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    Ricercatori per progettare, costruire uno strumento per esplorare asteroidi metallici

    Un prototipo di spettrometro a raggi gamma progettato e costruito dai ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) viene mostrato con un meteorite, parte di un asteroide caduto sulla Terra nel 1922. Gli scienziati di laboratorio stanno effettuando misurazioni di test sul meteorite in gran parte di ferro e nichel perché è composto da materiale simile a quello che dovrebbe essere trovato su un asteroide noto come 16 Psyche situato nella fascia degli asteroidi tra Marte e Giove. Gli scienziati del LLNL stanno lavorando con il Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins per costruire uno spettrometro a raggi gamma per una missione NASA Discovery del 2022 su Psiche. Il meteorite, che è stato scoperto a Odessa, Texas, proviene dalla collezione di meteoriti dell'Università del New Mexico. Credito:Carrie Martin

    In pochi anni, uno strumento progettato e costruito dai ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) volerà per centinaia di milioni di miglia attraverso lo spazio per esplorare un raro, asteroide in gran parte metallico.

    Lo spettrometro per raggi gamma di Livermore sarà costruito in collaborazione con i ricercatori del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory per la prima visita in assoluto a Psiche, il più grande asteroide metallico del sistema solare.

    "È scientificamente interessante perché si pensa che sia un nucleo planetario, un residuo di una collisione durante le prime fasi dello sviluppo del sistema solare, " ha detto il fisico LLNL Morgan Burks, che guida il team di Lab.

    "Crediamo che l'esplorazione dell'asteroide Psiche potrebbe aumentare la nostra comprensione dei nuclei nascosti della Terra, Marte, Mercurio e Venere, " ha detto Burk.

    L'investigatore principale per la missione Psiche, Lindy Elkins-Tanton dell'Arizona State University, ha notato che l'esplorazione di Psiche consentirà agli scienziati di "visitare letteralmente un nucleo planetario, l'unico modo possibile per l'umanità". La missione NASA Discovery to Psyche è guidata dall'Arizona State University (ASU).

    Poiché la composizione in gran parte di ferro e nichel metallico di Psiche assomiglia al nucleo della Terra, lo studio dell'asteroide potrebbe aiutare i ricercatori a capire meglio come gli strati di un pianeta, come croste e torsoli, separato.

    Gli asteroidi sono corpi spaziali rocciosi che orbitano intorno al sole e hanno dimensioni variabili da minuscole particelle di polvere fino a 600 miglia di diametro.

    Chiamato per la dea greca dell'anima, l'asteroide Psiche, come la maggior parte degli asteroidi, risiede nella fascia degli asteroidi tra Marte e Giove. Questa cintura di asteroidi ospita più di 1 milione di altri asteroidi più grandi di mezzo miglio di diametro, insieme a molti più piccoli, secondo le stime della NASA.

    Lo scopo dello spettrometro a raggi gamma del laboratorio sulla missione sarà determinare la composizione elementare della superficie di Psiche. Sebbene l'asteroide sia composto principalmente da ferro e nichel, altri elementi di interesse includono silicio, potassio, zolfo, alluminio, calcio, torio e uranio.

    "La superficie di Psiche rilascia un gran numero di raggi gamma indotti dal bombardamento di raggi cosmici, " ha detto Burks. "Misurando l'energia dei raggi gamma ad alta risoluzione, è possibile determinare la composizione della superficie del pianeta. Ogni elemento emette una firma di raggi gamma unica."

    Gli scienziati del laboratorio lavoreranno con i collaboratori del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (JHAPL) e insieme il team integrerà lo spettrometro a raggi gamma con uno spettrometro a neutroni per il volo spaziale.

    Il nuovo spettrometro a raggi gamma (GRS), soprannominato GeMini-Plus, sarà il secondo GRS progettato e costruito da LLNL per l'esplorazione dello spazio negli ultimi 13 anni.

    Nel 2004, il Mercury MESSENGER (abbreviazione di MErcury Surface, Ambiente spaziale, GEochemistry and Ranging) è stato lanciato nello spazio con una suite di sette strumenti, compreso un GRS sviluppato da LLNL.

    Gli scienziati dell'LLNL eseguono lavori di assemblaggio su un prototipo di spettrometro a raggi gamma che è in fase di test come parte di uno sforzo per progettare e costruire uno strumento per volare a bordo di una missione della NASA sull'asteroide 16 Psyche. Credito:Carrie Martin

    Il Mercury MESSENGER GRS e altri strumenti hanno viaggiato attraverso l'ambiente ostile dello spazio fino al pianeta più interno del sistema solare per circa 6 anni e mezzo e più di 4,8 miliardi di miglia.

    Una volta lì, il veicolo spaziale ha effettuato misurazioni per circa quattro anni durante più di 4, 000 orbite nei dintorni roventi, dove il sole è 11 volte più luminoso che sulla Terra e la temperatura può raggiungere i 400 gradi Celsius (752 gradi Fahrenheit).

    Per garantire il corretto funzionamento dello spettrometro a base di germanio, I ricercatori del laboratorio hanno ideato un design di raffreddamento termico e meccanico che ha permesso al cristallo di vivere a -200 gradi Celsius (-330 gradi Fahrenheit), mentre rifiuta il 98 percento del calore e dell'energia a infrarossi di Mercurio.

    "La missione GeMini-Plus for the Psyche beneficia di anni di ricerca e sviluppo del progetto Mercury MESSENGER e di altri strumenti Lab GRS. In effetti, stiamo sfruttando la ricerca e lo sviluppo che abbiamo raggiunto durante la preparazione e il volo di MESSENGER, " ha detto Burk.

    La nuova GeMini-Plus sarà la quarta generazione di dispositivi ad alta purezza, spettrometri a raggi gamma a base di germanio - seguendo il Cryo-3, il Mercury MESSENGER GRS e l'originale GeMini. Quest'ultimo strumento è stato commercializzato da ORTEC con sede nel Tennessee, una filiale di AMETEK.

    Circa le dimensioni di una pagnotta di pane, il nuovo GeMini-Plus sarà costruito da LLNL nei prossimi tre anni. Sarà paragonabile per dimensioni e potenza a MESSENGER GRS.

    Burks è a capo di un piccolo team di ricercatori del laboratorio, tra cui Lena Heffern, un laureato della California State University, ciccio, che sta attualmente costruendo e testando il prototipo dello strumento GeMini-Plus. Lo sviluppo dello strumento dovrebbe iniziare questo autunno.

    La navicella spaziale delle dimensioni di un bus navetta che viaggerà verso Psiche sarà costruita da Space Systems Loral dalla Bay Area. Dovrebbe essere lanciato nel 2022 dal Kennedy Space Center in Florida e arrivare all'asteroide nel 2026. GeMini-Plus funzionerà per circa un anno.

    Lo strumento Livermore è uno dei tre strumenti scientifici chiave per la missione Psiche, con l'ASU che costruisce un imager multispettrale e l'UCLA che fornisce un magnetometro per misurare il campo magnetico dell'asteroide. Il Jet Propulsion Laboratory della NASA con sede a Pasadena è responsabile della progettazione della missione, operazioni e pianificazione scientifica.

    Esiste da tempo una sinergia per alcuni strumenti scientifici, come spettrometri a raggi gamma, per applicazioni nell'esplorazione dello spazio esterno e ritorno sulla Terra per applicazioni di sicurezza interna, tali da rilevare materiali nucleari.

    "Le tecnologie che stiamo sviluppando hanno una vasta gamma di applicazioni sulla Terra e nello spazio, "Ha detto Burks. "Quello che sviluppiamo per la ricerca di base ci permette anche di fare importanti applicazioni per la sicurezza nazionale. A sua volta, i progressi in materia di sicurezza nazionale che conseguiamo ci aiutano a promuovere la nostra ricerca di base".

    Ufficialmente noto come 16 Psiche (il numero indica l'ordine in cui è stato scoperto), l'asteroide fu scoperto per la prima volta nel 1852 da un astronomo italiano. Circa 130 miglia (o 210 chilometri) di diametro, è uno dei 10 asteroidi più massicci nella fascia degli asteroidi.

    La visita di Psiche è una delle due missioni di asteroidi che la NASA ha annunciato a gennaio sarebbe stata finanziata attraverso il suo Discovery Program. Sotto la seconda missione, un altro veicolo spaziale robotico, soprannominata Lucia, esplorerà sei asteroidi troiani di Giove che sono fossili della formazione di pianeti e potrebbero fornire importanti indizi sulla storia più antica del sistema solare.


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