Kada putujete u daleke krajeve, jedno se pakirajte pažljivo. Ono što nosite mora biti sveobuhvatno, ali ne toliko da predstavlja veliko opterećenje. Nakon što stignete, morate biti spremni učiniti nešto izvanredno kako bi dugo putovanje bilo vrijedno.
Prethodni članak Space Magazina "Kako slijećete na kometu?" opisala je Philaeva tehnika slijetanja na komet 67P / Churyumov-Gerasimenko. Ali što će zemljište učiniti kad stigne i naseli se u svom novom okruženju? Kao što je Henry David Thoreau rekao: "Ne vrijedi obilaziti svijet kako bi brojio mačke u Zanzibaru." Tako je i s zemljoradnikom Rosetta Philae. Uz postavljenu scenu - odabrano mjesto slijetanja i datum slijetanja 11. studenoga, zemlja Philae opremljena je pomno promišljenim skupom znanstvenih instrumenata. Sveobuhvatan i kompaktan, Philae je poput noža alata u švicarskoj vojsci za prvo pregledavanje komete na licu mjesta.
Sada razmotrite znanstvene instrumente o Philaeu koji su odabrani prije otprilike 15 godina. Kao i svaki dobar putnik, morali su se odrediti proračuni koji su funkcionirali kao ograničenja pri odabiru instrumenata koja se mogu spakirati i nositi sa sobom na putovanju. Postojala je maksimalna težina, maksimalna zapremina i snaga. Konačna masa Philaea je 100 kg (220 lbs). Zapremina je 1 × 1 × 0,8 metra (3,3 × 3,3 × 2,6 ft) otprilike u rasponu peći od četiri plamenika. Međutim, Philae po dolasku mora funkcionirati na malo uskladištene energije: 1000 Watt Hours (ekvivalent žarulji od 100 W, koja radi 10 sati). Nakon što se ta snaga potroši, proizvest će najviše 8 vata električne energije iz solarnih panela za pohranu u bateriji od 130 W-sat.
Bez ikakvog uvjerenja da će slučajno sletjeti i proizvesti više snage, Philaejevi dizajneri osigurali su bateriju velikog kapaciteta koja se, jednokratno, napunila primarnim solarnim nizovima svemirskih letjelica (64 četvornih metara) prije spuštanja na kometu. Uz početni redoslijed znanstvenih zapovjedništava Philaeja i napajanje baterije pohranjene u Rosetti, Philae neće gubiti vrijeme da započne analizu - za razliku od forenzičke analize - da napravi "seciranje" komete. Nakon toga koriste manju bateriju kojoj će trebati najmanje 16 sati da se napune, ali će Filaeu omogućiti potencijalno proučavanje 67P / Churyumov-Gerasimenko tijekom mjeseci.
Na zemljištu Philae nalazi se 10 paketa znanstvenih instrumenata. Instrumenti koriste apsorbiranu, raspršenu i emitiranu svjetlost, električnu vodljivost, magnetizam, toplinu, pa čak i akustiku za ispitivanje svojstava kometa. Ta svojstva uključuju površinsku strukturu (morfologija i kemijska svojstva površinskog materijala), unutarnju strukturu P67, magnetsko polje i plazme (ionizirani plinovi) iznad površine. Uz to, Philae ima ruku za jedan instrument, a glavno tijelo Philae može se okretati za 360 stupnjeva oko Z-osi. Post koji podržava Philae i uključuje prigušivač udara.
CIVA i ROLIS sustavi za obradu slike. CIVA predstavlja tri kamere koje s ROLIS-om dijele dio hardvera. CIVA-P (Panoramska) sedam je identičnih kamera, raspoređenih oko tijela Philae-a, ali s dvije funkcionalne u tandemu za stereo snimke. Svaka ima vidno polje od 60 stupnjeva i koristi se kao 1024 × 1024 CCD detektor. Kao što se većina ljudi sjeća, digitalni su fotoaparati brzo napredovali u posljednjih 15 godina. Philaejevi snimci dizajnirani su krajem 1990-ih u blizini najsuvremenijih, ali danas ih je, barem u broju piksela, većina nadmašila većinom pametnih telefona. No, osim hardvera, napredna je i obrada slike u softveru i slike se mogu poboljšati da udvostruče svoju razlučivost.
CIVA-P imat će neposredni zadatak, kao dio početnog niza autonomnih naredbi, pregledati cjelokupno mjesto slijetanja. Od presudnog je značaja za uporabu drugih instrumenata. Za istraživanje će također koristiti rotaciju tijela Philae-a osi Z. CIVA-M / V je mikroskopski 3-kolorni imager (rezolucija 7 mikrona), a CIVA-M / I je skoro infracrveni spektrometar (raspon valnih duljina od 1 do 4 mikrona) koji će pregledati svaki uzorak koji je isporučen u pećnice COSAC i PTOLEMY prije zagrijavanja uzoraka.
ROLIS je jedna kamera, također s CCD detektorom od 1024 × 1024, čija je glavna uloga snimanje mjesta slijetanja tijekom faze spuštanja. Fotoaparat je fiksiran i usmjeren prema dolje s f / 5 (omjerom f) fokusa koji se može podesiti s vidnim poljem od 57 stupnjeva. Za vrijeme spuštanja postavljen je na beskonačnost i snimat će fotografije svakih 5 sekundi. Njegova će elektronika komprimirati podatke da minimizira ukupne podatke koji se moraju pohraniti i prenijeti na Rosettu. Fokus će se prilagoditi neposredno prije dodirivanja, ali nakon toga, kamera djeluje u makro načinu kako bi spektroskopski pregledala kometu odmah ispod Philae-a. Zakretanjem Philae tijela stvorit će se "radni krug" za ROLIS.
Višenamjenski dizajn ROLIS-a jasno pokazuje kako su znanstvenici i inženjeri radili zajedno na ukupnom smanjenju težine, obujma i potrošnje energije, a Philaeu su omogućili i zajedno s Rosettom stali u granice korisnog opterećenja lansirnog vozila, ograničenja snage solarne energije ćelije i baterije, ograničenja naredbenog i podatkovnog sustava i radijski odašiljači.
APXS. Ovo je Rendgenski spektrometar Alpha Proton, Ovo je gotovo neophodni instrument noža švicarske vojske svemirskog znanstvenika. APXS spektrometri postali su uobičajeno sredstvo u svim misijama Mars Rover, a Philae je nadograđena verzija Mars Pathfinder-a. Nasljeđe APXS dizajna su rani eksperimenti Ernesta Rutherforda i drugih koji su doveli do otkrića strukture atoma i kvantne prirode svjetla i materije.
Ovaj instrument ima mali izvor emisije čestica Alpha (Curium 244) koji je neophodan za njegovo djelovanje. Principi Rutherfordovog raspršivanja alfa čestica koriste se za otkrivanje prisutnosti lakših elemenata poput vodika ili berilija (onih u masi bliskih alfa česticama, helijevih jezgara). Masa takvih lakših elementarnih čestica apsorbirat će mjerljivu količinu energije iz čestice Alpha tijekom elastičnog sudara; kao što se događa u Rutherfordu koji se raspršuje na blizu 180 stupnjeva. Međutim, neke alfa čestice se apsorbiraju, a ne odražavaju jezgre materijala. Apsorpcija alfa čestice uzrokuje emitiranje protona s mjerljivom kinetičkom energijom koja je također jedinstvena za elementarnu česticu iz koje je nastala (u materijalu u kometerima); ovo se koristi za otkrivanje težih elemenata poput magnezija ili sumpora. Konačno, elektroni unutarnje ljuske u zanimljivom materijalu mogu se istisnuti od čestica Alpha. Kad elektroni iz vanjske ljuske zamijene te izgubljene elektrone, oni emitiraju X-zrak specifične energije (kvantne) koja je jedinstvena za tu elementarnu česticu; na taj način se mogu otkriti teži elementi poput željeza ili nikla. APXS je utjelovljenje fizike čestica ranog 20. stoljeća.
CONSERT. Eksperiment sa zvukom nukleusa COmeta radiovalnim prijenosom, kao što ime sugerira, emitirat će radio valove u jezgro kometa. Orbita Rosetta odašilje radio valove od 90 MHz i istovremeno Philae stoji na površini kako bi je primio s kometom koji boravi između njih. Posljedično, vrijeme putovanja kroz komet i preostala energija radio valova potpis je materijala kroz koji se propagirao. Za utvrđivanje unutarnje strukture komete bit će potrebni mnogi prijenosi i prijenosi CONSERT-a kroz mnoštvo kutova. To je slično načinu na koji bi se mogao osjetiti oblik sjenovitog predmeta koji stoji ispred vas tako što ćete pomicati glavu lijevo i desno gledati kako se silueta mijenja; uopšte vaš mozak opaža oblik predmeta. S CONSERT podacima potreban je složen proces dekonvolucije pomoću računala. Preciznost prema kojoj je poznata unutrašnjost kometa poboljšava se s više mjerenja.
MUPUS. Višenamjenski senzor za znanost o površini i podlozi je skup detektora za mjerenje energetske ravnoteže, toplinskih i mehaničkih svojstava površine i podzemlja kometa do dubine od 30 cm (1 stopa). Tri glavna dijela su MUPUS-u. Tu je PEN koji je cijev penetratora. PEN je pričvršćen na čekiću koja se proteže do 1,2 metra od tijela. Ona se koristi s dovoljnom silom prema dolje da prodre i zakopa PEN ispod površine; mogući su višestruki udarci čekićem. Na vrhu ili sidru PEN-a (cijev penetracije) nalazi se akcelerometar i standardni PT100 (termometar za otpornost na platinu). Sidreni senzori zajedno ćeodrediti profil tvrdoće na mjestu slijetanja i toplinsku difuzivnost na krajnjoj dubini [ref], Kako prodire kroz površine, manje ili više usporavanje ukazuje na tvrđi ili mekši materijal. PEN uključuje niz od 16 toplinskih detektora duž svoje duljine za mjerenje podzemnih temperatura i toplinske vodljivosti. PEN također ima izvor topline za prijenos topline do kometnog materijala i za mjerenje njegove toplinske dinamike. Kad je izvor topline isključen, detektori u PEN-u nadzirat će temperaturu i energetsku ravnotežu kometa kako se približava Suncu i zagrijava. Drugi dio je MUPUS TM, radiometar iznad PEN-a koji će mjeriti toplinsku dinamiku površine. TM se sastoji od četiri termopilna senzora s optičkim filtrima koji pokrivaju raspon valnih duljina od 6-25 µm.
SD2 Uređaj za bušenje i distribuciju uzorka prodrijet će na površinu i podzemnu površinu do dubine od 20 cm. Svaki dohvaćeni uzorak bit će volumen nekoliko kubičnih milimetara i raspoređen u 26 pećnica montiranih na vrtiću. Pećnice zagrijavaju uzorak koji stvara plin koji se dovodi u plinske kromatografe i masene spektrometre koji su COSAC i PTOLEMY. Promatranja i analiza podataka APXS i ROLIS koristit će se za određivanje mjesta uzorkovanja koja će se nalaziti u „radnom krugu“ iz rotacije Philaeovog tijela oko njegove Z-osi.
COSAC Uzorkovanje i sastav korova eksperiment. Prvi plinski kromatograf (GC) koji sam vidio bio je u laboratoriju koledža i vodio ga je laboratorijski laboratorij za forenzičke testove koji podržavaju lokalnu policijsku upravu. Namjera Philae nije ništa manja od obavljanja forenzičkih ispitivanja na kometi udaljenoj stotinu milijuna kilometara od Zemlje. Philae je učinkovito Sherlock Holmesovo špijunsko staklo, a Sherlock su svi istraživači na Zemlji. COSAC plinski kromatograf uključuje maseni spektrometar i mjerit će količine elemenata i molekula, posebno složenih organskih molekula, koje čine materijal kometa. Dok je prvi laboratorij GC-a koji sam vidio bio bliži veličini Philae-a, dva GC-a u Philaeu otprilike su veličina kutija za cipele.
Ptolomej. Razvijeni analizator plina [ref], različita vrsta plinskog kromatografa. Svrha Ptolomeja je izmjeriti količine specifičnih izotopa da se dobiju izotopski omjeri, na primjer, dva dijela izotopa C12 prema jednom dijelu C13. Po definiciji, izotopi nekog elementa imaju isti broj protona, ali različit broj neutrona u svojim jezgrama. Primjer su 3 izotopa ugljika, C12, C13 i C14; brojevi su broj neutrona. Neki izotopi su stabilni, dok drugi mogu biti nestabilni - radioaktivni i propadaju u stabilne oblike istog elementa ili u druge elemente. Ono što zanima istraživače Ptolomeja je omjer stabilnih izotopa (prirodnih, a ne onih koji su pogođeni ili su posljedica radioaktivnog raspada) za elemente H, C, N, O i S, ali posebno ugljik. Koeficijenti će biti pokazatelji gdje i kako nastaju komete. Do sada su spektroskopska mjerenja kometa za određivanje izotopskih omjera bila iz daljine, a točnost je bila nedovoljna za iznošenje čvrstih zaključaka o podrijetlu kometa i o tome kako su komete povezane sa stvaranjem planeta i razvojem Sunčeve maglice rodno mjesto našeg planetarnog sustava koji okružuje Sunce, našu zvijezdu. Razvijeni analizator plina zagrijat će uzorak (~ 1000 C) kako bi se materijali pretvorili u plinovito stanje koje spektrometar može vrlo precizno izmjeriti količine. Sličan instrument, TEGA (Thermal Evolved Gas Analyzer) bio je instrument na Mars Phoenixu.
SEZAM Pokus površinskog električnog sondiranja i akustičkog nadzoraOvaj instrument uključuje tri jedinstvena detektora. Prvi je SESAME / CASSE, akustički detektor. Svako Philaevo podnožje za slijetanje ima akustičke odašiljače i prijemnike. Svaka noga će se izmjenjivati zvukom valova (100 Hertz do raspona KiloHertza) u kometi koje će mjeriti senzori drugih nogu. Kako je taj val oslabljen, tj. Oslabljen i transformiran, pomoću kometnog materijala kroz koji prolazi, može se upotrijebiti zajedno s drugim kotarskim svojstvima dobivenim od Philae instrumenata, za određivanje dnevnih i sezonskih promjena u strukturi kometa do dubine od oko 2 metara. Također, u pasivnom režimu (slušanje) CASSE će nadzirati zvučne valove od pucketanja, stenjanja unutar komete uzrokovanih potencijalno stresima od solarnog grijanja i odzračivanjem plinova.
Slijedi detektor SESAME / PP - sonda za permitivnost. Dozvoljenost je mjera otpornosti materijala na električna polja. SESAME / PP će u kometu unijeti oscilirajuće (sinusni) električno polje. Philaeva stopala nose prijemnike - elektrode i izmjenične izmjenične struje za emitiranje električnog polja. Tako se mjeri otpornost kometnog materijala na dubini od oko 2 metra, pružajući još jedno bitno svojstvo komete - propusnost.
Treći detektor naziva se SESAME / DIM. Ovo je brojač kometne prašine. Za sastavljanje ovih opisa instrumenata koristilo se nekoliko referenci. Za ovaj instrument postoji, kako bih nazvao, lijep opis koji ću ovdje jednostavno navesti u referenci. „Kocka prašine za prašinu (DIM) na vrhu balkona Lander je senzor za prašinu s tri aktivna pravokutna piezo senzora (50 × 16) mm. Iz mjerenja prolaznog vršnog napona i trajanja polovine kontakta, mogu se izračunati brzine i radijusi utjecajnih čestica prašine. Mogu se mjeriti čestice s radijusima od oko 0,5 um do 3 mm i brzine od 0,025–0,25 m / s. Ako je pozadinski šum vrlo visok, ili su brzina i / ili amplitude signalnog signala previsoke, sustav automatski prelazi u takozvani prosječni kontinuirani način rada; tj. dobivat će se samo prosječni signal koji daje mjeri praška. " [Ref]
ROMAP Rosetta Lander magnetometar i plazma detektor također uključuje treći detektor, senzor tlaka. Nekoliko svemirskih letjelica letjelo je kometama i vlastitim magnetskim poljem, a jedno stvoreno jezgrom kometa (glavnim tijelom) nikada nije otkriveno. Ako postoji unutarnje magnetsko polje, vjerojatno je jako slabo i slijetanje na površinu bi bilo neophodno. Pronalazak bi bio izvanredan i preokrenuo bi teorije o kometama. Philae je nisko i ima magnetski mjerni protok.
Zemljino magnetsko (B) polje koje nas okružuje mjeri se u 10s tisuća nano-Tesla (SI jedinica, milijarda Tesle). Iza zemaljskog polja, planeti, asteroidi i kometi su uronjeni u Sunčevo magnetsko polje koje se u blizini Zemlje mjeri jednocifrenim brojem, 5 do 10 nano-Tesla. Philaeov detektor ima raspon od +/- 2000 nanoTesla; raspon za svaki slučaj, ali onaj koji lako nude fluxgates. Osjetljivost je 1/100 nanoTesla. Dakle, ESA i Rosetta došli su pripremljeni. Magnetometar može otkriti vrlo minutno polje ako je tamo. Pogledajmo sada plazma detektor.
Veliki dio dinamike svemira uključuje interakciju plinoziranih ioniziranih plinova (obično nedostaje jedan ili više elektrona koji na taj način nose pozitivan električni naboj) s magnetskim poljem. Kometi također uključuju takve interakcije i Philae nosi plazma detektor za mjerenje energije, gustoće i smjera elektrona i pozitivno nabijenih iona. Aktivni kometi ispuštaju u osnovi neutralni plin plus male čvrste (prašine) čestice. Sunčevo ultraljubičasto zračenje djelomično ionizira kometarni plin kometovog repa, to jest stvara plazmu. Na udaljenosti od jezgre kometa, ovisno o tome koliko je plazma vruća i gusta, postoji razdvajanje sunčevog magnetskog polja i repa plazme. Sunčevo B polje presvlači se oko repa komete poput bijelog lima prekrivenog trikom Halloween-a, ili bez njega, ali bez rupa za oči.
Na površini P67, Philaeov ROMAP / SPM detektor, elektrostatički analizatori i senzor Faraday Cup izmjerit će slobodne elektrone i ione u ne tako praznom prostoru. "Hladna" plazma okružuje kometa; SPM će otkriti ionsku kinetičku energiju u rasponu od 40 do 8000 elektro-volti (eV) i elektrone od 0,35 eV do 4200 eV. Posljednje, ali ne najmanje bitno, ROMAP uključuje senzor tlaka koji može mjeriti vrlo nizak tlak - milijun ili milijardu ili manji od tlaka zraka koji uživamo na Zemlji. Koristi se Penning vakuum mjerač koji ionizira primarno neutralni plin u blizini površine i mjeri struju koja nastaje.
Philae će na površinu 67P / Churyumov-Gerasimenko nositi 10 skupina instrumenata, ali ukupno deset predstavljaju 15 različitih vrsta detektora. Neki su međusobno ovisni, to jest da bi se dobila određena svojstva potrebna su mnoštva podataka. Sletanje Philaea na površinu komete pružit će sredstva za mjerenje mnogih svojstava komete za vrijeme prvih šaka i drugih sa znatno većom točnošću. Znanstveno, znanstvenici će se približiti razumijevanju podrijetla kometa i njihovom doprinosu evoluciji Sunčevog sustava.
