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    Des chercheurs pour concevoir, construire un instrument pour explorer un astéroïde métallique

    Un prototype de spectromètre à rayons gamma conçu et construit par les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) est montré avec une météorite, partie d'un astéroïde qui est tombé sur Terre en 1922. Les scientifiques du laboratoire effectuent des mesures de test sur la météorite en grande partie de fer et de nickel, car elle est composée d'un matériau similaire à ce qui devrait être trouvé sur un astéroïde connu sous le nom de 16 Psyche situé dans la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter. Les scientifiques du LLNL travaillent avec le Johns Hopkins Applied Physics Laboratory pour construire un spectromètre à rayons gamma pour une mission de découverte de la NASA en 2022 à Psyché. La météorite, qui a été découvert à Odessa, Texas, provient de la collection de météorites de l'Université du Nouveau-Mexique. Crédit :Carrie Martin

    Dans quelques années, un instrument conçu et construit par les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) parcourra des centaines de millions de kilomètres à travers l'espace pour explorer un rare, astéroïde en grande partie métallique.

    Le spectromètre à rayons gamma Livermore sera construit en collaboration avec des chercheurs du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory pour la toute première visite à Psyche, le plus gros astéroïde métallique du système solaire.

    "C'est scientifiquement intéressant car on pense qu'il s'agit d'un noyau planétaire, un vestige d'une collision au cours des premiers stades du développement du système solaire, " a déclaré Morgan Burks, physicien du LLNL, qui dirige l'équipe du Lab.

    "Nous pensons que l'exploration de l'astéroïde Psyché pourrait accroître notre compréhension des noyaux cachés de la Terre, Mars, Mercure et Vénus, ", a déclaré Burks.

    L'investigateur principal de la mission Psyché, Lindy Elkins-Tanton de l'Université d'État de l'Arizona, a noté que l'exploration de Psyché permettra aux scientifiques de « visiter littéralement un noyau planétaire – la seule façon dont l'humanité puisse le faire ». La mission de découverte de la NASA à Psyché est dirigée par l'Arizona State University (ASU).

    Puisque la composition métallique en grande partie de fer et de nickel de Psyché ressemble au noyau de la Terre, l'étude de l'astéroïde pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre comment les couches d'une planète, tels que les croûtes et les noyaux, séparé.

    Les astéroïdes sont des corps spatiaux rocheux qui orbitent autour du soleil et dont la taille varie de minuscules particules de poussière à plus de 600 milles de diamètre.

    Nommé pour la déesse grecque de l'âme, l'astéroïde Psyché, comme la plupart des astéroïdes, réside dans la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter. Cette ceinture d'astéroïdes abrite plus d'un million d'autres astéroïdes de plus d'un demi-mile de diamètre, avec beaucoup de plus petits, selon les estimations de la NASA.

    L'objectif du spectromètre à rayons gamma du laboratoire sur la mission sera de déterminer la composition élémentaire de la surface de Psyché. Bien que l'astéroïde soit principalement composé de fer et de nickel, d'autres éléments d'intérêt incluent le silicium, potassium, soufre, aluminium, calcium, thorium et uranium.

    "La surface de Psyché libère un grand nombre de rayons gamma qui sont induits par le bombardement de rayons cosmiques, " a déclaré Burks. " En mesurant l'énergie des rayons gamma avec une haute résolution, il est possible de déterminer la composition de la surface de la planète. Chaque élément dégage une signature de rayons gamma unique."

    Les scientifiques du laboratoire travailleront avec des collaborateurs du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (JHAPL) et ensemble, l'équipe intégrera le spectromètre à rayons gamma avec un spectromètre à neutrons pour le vol spatial.

    Le nouveau spectromètre gamma (GRS), surnommé le GeMini-Plus, sera le deuxième GRS conçu et construit par LLNL pour l'exploration spatiale au cours des 13 dernières années.

    En 2004, le Mercury MESSENGER (abréviation de MErcury Surface, Environnement spatial, GEochemistry and Ranging) a été lancé dans l'espace avec une suite de sept instruments, y compris un GRS développé par LLNL.

    Les scientifiques du LLNL effectuent des travaux d'assemblage sur un prototype de spectromètre à rayons gamma qui subit des tests dans le cadre d'un effort visant à concevoir et à construire un instrument pour voler à bord d'une mission de la NASA vers l'astéroïde 16 Psyche. Crédit :Carrie Martin

    Le Mercury MESSENGER GRS et d'autres instruments ont voyagé à travers l'environnement hostile de l'espace jusqu'à la planète la plus interne du système solaire pendant environ 6 ans et demi et plus de 4,8 milliards de kilomètres.

    Une fois là, le vaisseau spatial a pris des mesures pendant environ quatre ans pendant plus de 4, 000 orbites dans les environs bouillonnants, où le soleil est 11 fois plus brillant que sur Terre et la température peut atteindre 400 degrés Celsius (752 degrés Fahrenheit).

    Pour garantir le bon fonctionnement du spectromètre à base de germanium, Les chercheurs du laboratoire ont conçu une conception de refroidissement thermique et mécanique qui a permis au cristal de vivre à -200 degrés Celsius (-330 degrés Fahrenheit), tout en rejetant 98 pour cent de la chaleur infrarouge et de l'énergie de Mercure.

    "La mission GeMini-Plus pour la Psyché bénéficie d'années de recherche et développement du projet Mercury MESSENGER et d'autres instruments du Lab GRS. En effet, nous tirons parti de la R&D que nous avons réalisée pendant la préparation et le vol de MESSENGER, ", a déclaré Burks.

    Le nouveau GeMini-Plus sera la quatrième génération de haute pureté, spectromètres gamma à base de germanium – à la suite du Cryo-3, le Mercury MESSENGER GRS et le GeMini original. Ce dernier instrument a été commercialisé par ORTEC, basé au Tennessee, une filiale d'AMETEK.

    De la taille d'une miche de pain, le nouveau GeMini-Plus sera construit par LLNL au cours des trois prochaines années. Il sera comparable en taille et en puissance au MESSENGER GRS.

    Burks dirige une petite équipe de chercheurs du Lab, dont Lena Heffern, diplômé de la California State University, Chico, qui construit et teste actuellement le prototype de l'instrument GeMini-Plus. Le développement de l'instrument devrait commencer cet automne.

    Le vaisseau spatial de la taille d'une navette qui se rendra à Psyché sera construit par Space Systems Loral depuis la région de la baie. Il devrait être lancé en 2022 depuis le Centre spatial Kennedy en Floride et arriver sur l'astéroïde en 2026. GeMini-Plus fonctionnera pendant environ un an.

    L'instrument Livermore est l'un des trois instruments scientifiques clés de la mission Psyché, avec ASU construisant un imageur multispectral et UCLA fournissant un magnétomètre pour mesurer le champ magnétique de l'astéroïde. Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA basé à Pasadena est responsable de la conception de la mission, les opérations et la planification scientifique.

    Il existe depuis longtemps une synergie pour certains instruments scientifiques, tels que les spectromètres à rayons gamma, pour des applications dans l'exploration spatiale et de retour sur Terre pour des applications de sécurité intérieure, telles que la détection de matières nucléaires.

    « Les technologies que nous développons ont un large éventail d'applications sur Terre et dans l'espace, " Burks a déclaré. "Ce que nous développons pour la recherche fondamentale nous permet également de faire d'importantes applications de sécurité nationale. À son tour, les avancées en matière de sécurité nationale que nous réalisons nous aident à poursuivre notre recherche fondamentale. »

    Officiellement connu sous le nom de 16 Psyché (le numéro désigne l'ordre dans lequel il a été découvert), l'astéroïde a été découvert pour la première fois en 1852 par un astronome italien. Quelque 130 miles (ou 210 kilomètres) de diamètre, c'est l'un des 10 astéroïdes les plus massifs de la ceinture d'astéroïdes.

    La visite Psyche est l'une des deux missions d'astéroïdes que la NASA a annoncées en janvier comme étant financées par son programme Discovery. Dans le cadre de la deuxième mission, un autre vaisseau spatial robotisé, surnommée Lucie, explorera six astéroïdes troyens de Jupiter qui sont des fossiles de la formation des planètes et pourraient fournir des indices importants sur l'histoire la plus ancienne du système solaire.


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