Joe Nuth ama la polvere. Tra gli astronomi, che lo pone in minoranza.

"Gli astronomi tradizionali - le persone che guardano le galassie e le stelle - odiano la polvere, " disse Nut, uno scienziato planetario presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Sono le cose che sono sulla loro strada."

Come la polvere terrena che si raccoglie sotto il tuo letto, la polvere cosmica è difficile da evitare. "È circa il due percento della roba totale, da qui a ovunque, " disse Nuth. Ma non occupa tutto quello spazio per niente.

La polvere si condensa in asteroidi e pianeti. Gigantesche nuvole di polvere possono trasportare gas da una stella morente per fertilizzarne una nuova. La polvere che circonda i giovani pianeti può tenerli al caldo, fornendo superfici per la raccolta dell'acqua e la formazione di molecole organiche. Ma se si verifica uno di questi effetti dipende da come sono costruiti questi minuscoli granelli di polvere, alla più piccola delle scale.

Ecco perché Nuth lancia la funzione Determinazione dei tratti sconosciuti ma significativi, o razzo sonda DUST. Una collaborazione tra la NASA e la Japan Aerospace Exploration Agency, il razzo farà un breve volo nello spazio, trasportare apparecchiature di laboratorio in un ambiente a gravità zero. Là, Nuth e il suo team costruiranno i propri granelli di polvere, sperando di far luce sul ruolo smisurato che questi minuscoli granelli svolgono nel nostro universo. La prima opportunità di lancio di DUST dalla White Sands Missile Range nel New Mexico inizia il 7 ottobre. 2019.

Sollevare la polvere

Per quanto diffuso possa essere, la polvere cosmica non si forma facilmente. I granelli di polvere nascono quando i singoli atomi si scontrano e si attaccano l'uno all'altro. Ma nello spazio, le collisioni dirette sono rare (lo spazio in cui si forma la polvere è circa 2,7 miliardi di volte meno denso dell'aria a livello del mare). Anche quando gli atomi si scontrano, potrebbero non attaccarsi. In un precedente esperimento, Nuth ha scoperto che per ogni 100, 000 collisioni tra atomi di zinco, solo tre si attaccano a un cristallo di polvere in crescita.

Una volta che alcuni atomi si ammassano insieme, emerge una torre traballante simile a Jenga. "Stai salendo una scala di instabilità, " disse Nuth. "I piccoli ammassi vogliono davvero cadere a pezzi." Ma se puoi circondare abbastanza atomi su tutti i lati, il sistema inizia a stabilizzarsi. Hai un grano di polvere in crescita.

È quando i granelli di polvere si scontrano che le cose si fanno interessanti. Se si impacchettano insieme come neve in palle di neve, non reagiscono molto con la luce o il calore. Ma se invece si uniscono in pizzo, strutture simili a fiocchi di neve, fanno molto di più. Tali aggregati di polvere cristallina catturano la luce delle stelle come una vela, sbattere i gas da una stella all'altra. Trattengono anche il calore, potenzialmente cambiando il destino dei pianeti che coprono. "Se hai un pianeta in crescita circondato da una coperta polverosa, è un ambiente termico diverso da quello senza, " ha detto Nuth. "La polvere influenza il modo in cui i pianeti crescono."

Ma come questi granelli di polvere si formino e si aggregano insieme non è ancora ben compreso. Capirlo potrebbe ripagare importanti ritorni in tutta la fisica spaziale.

Raccogliendo polvere

Finora, Nuth ha svolto la maggior parte del suo lavoro in laboratorio, ma la gravità terrestre impone gravi limitazioni. I suoi esperimenti richiedono il riscaldamento di materiali a oltre 1000 gradi Fahrenheit. Ma temperature così elevate creano una convezione, il rimescolamento dell'aria che avviene nel tuo forno, che non avviene nello spazio profondo. "Per misurare la crescita dei grani di polvere, abbiamo bisogno di un ambiente costante, " disse Nuth. Per ottenerlo, devi andare in microgravità.

Nuth ha collaborato con il suo ex postdoc Yuki Kimura dell'Università di Hokkaido in Giappone per lanciare apparecchiature di laboratorio nello spazio. Il carico utile, progettato da Kimura, pesa circa 330 libbre. "È grande quanto una piccola moto, " disse Kimura.

Dentro, una serie di fili metallici rivestiti con silicati di magnesio, potenziali particelle di polvere, stanno aspettando il lancio. Una volta che il razzo entra nello spazio e sperimenta la microgravità, il filo si riscalda e gli atomi e le molecole si disperdono. alcuni si scontrano, bastone, e iniziano a formare grani di polvere; altri no. Usando la spettroscopia e altre misure, l'esperimento DUST misurerà quando i grani iniziano a crescere e si uniscono in aggregati, annotando a quale temperatura e densità fanno meglio. Il carico utile ricadrà quindi sulla Terra per essere raccolto per ulteriori analisi.

Quando la polvere si deposita

Anche prima di recuperare il carico utile, Nuth sarà in laboratorio a lavorare sulla parte terrestre dell'esperimento. La sua domanda è se la formazione dei grani di polvere potrebbe essere più semplice del previsto.

In linea di principio, i grani di polvere possono formarsi da uno qualsiasi dei 92 elementi presenti in natura nella tavola periodica. "Ma è molto difficile da modellare, " ha detto Nuth. Ogni elemento ha le sue peculiarità; prenderle tutte in considerazione contemporaneamente è una grande sfida.

In precedenti esperimenti, Nuth apprese che alcuni elementi si bloccano a vicenda:se il ferro entra in un granello di polvere in crescita, ad esempio, tende a tenere fuori il magnesio. Sta esplorando questo comportamento in laboratorio, sperando di ridurre un'equazione a 92 variabili in qualcosa di molto più gestibile. "È molto più semplice se devi preoccuparti solo di uno o due materiali particolari, " disse Nut.

I risultati del razzo, abbinato al lavoro di Nuth in laboratorio, mirano a far luce su come funziona il polveroso due percento del nostro universo visibile. Globale, l'esperimento DUST ci ricorda che la chiave dell'inimmaginabilmente grande a volte risiede nell'incredibilmente piccolo.

Il razzo sonda DUST verrà lanciato dal White Sands Missile Range su un razzo Black Brant IX. Durante i suoi circa 14 minuti di volo, il razzo raggiungerà un'altitudine stimata di 200 miglia prima di ricadere sulla Terra per il recupero.