Uzak topraklara seyahat ederken, dikkatli bir şekilde paketlenir. Taşıdığın şey kapsamlı olmalı ama o kadar da fazla bir yük değil. Ve geldiğinizde, uzun yolculuğunuzu değerli kılmak için olağanüstü bir şey yapmaya hazır olmalısınız.
Önceki Space Magazine makalesi “Bir Kuyruklu Yıldız'a nasıl inersiniz?” Philae’nin 67P / Churyumov-Gerasimenko kuyruklu yıldızına iniş tekniğini anlattı. Peki iniş yeni geldiği yere yerleştiğinde ne yapacak? Henry David Thoreau'nun dediği gibi, “Zanzibar'daki kedileri saymak için dünyayı dolaşmaya değmez.” Yani Rosetta Lander Philae ile. Sahne seti - seçilen bir iniş yeri ve 11 Kasım'ın açılış tarihi ile, Philae lander dikkatlice düşünülmüş bir dizi bilimsel araçla donatılmıştır. Kapsamlı ve kompakt olan Philae, bir kuyruklu yıldızın ilk yerinde (yerinde) muayenesini yapmak için bir İsviçre Ordusu araç bıçağı gibidir.
Şimdi, yaklaşık 15 yıl önce seçilen Philae üzerindeki bilimsel araçları düşünün. İyi bir gezgin gibi, enstrüman seçiminde yolculuk boyunca paketlenip taşınabilecek kısıtlamalar olarak işlev gören bütçelerin ayarlanması gerekiyordu. Maksimum ağırlık, maksimum hacim ve güç vardı. Philae'nin son kütlesi 100 kg'dır (220 lbs). Hacmi, dört brülörlü bir fırın menzili büyüklüğünde yaklaşık 1 × 1 × 0.8 metredir (3.3 × 3.3 × 2.6 ft). Ancak, Philae varışta az miktarda depolanan enerji üzerinde çalışmalıdır: 1000 Watt-Saat (10 saat boyunca çalışan 100 watt'lık bir ampule eşdeğer). Bu güç boşaltıldığında, 130 Watt-Saatlik bir pilde saklanmak üzere Güneş panellerinden maksimum 8 watt elektrik üretecektir.
Tesadüfen ineceklerine ve daha fazla güç üreteceklerine dair herhangi bir güvence olmaksızın, Philae tasarımcıları, kuyruklu yıldızın inişinden önce birincil uzay aracı güneş dizileri (64 metrekare) tarafından şarj edilen yüksek kapasiteli bir pil sağladılar. Philae'deki ilk bilim komut dizisi ve Rosetta'dan depolanan pil gücü ile Philae, bir kuyruklu yıldızın “diseksiyonu” yapmak için analize başlamak için hiçbir zaman harcamaz - adli bir analizin aksine. Daha sonra, şarj edilmesi en az 16 saat sürecek ancak Philae'nin potansiyel olarak aylarca 67P / Churyumov-Gerasimenko çalışmasına izin verecek daha küçük pili kullanıyorlar.
Philae inişinde 10 bilim enstrümanı paketi var. Enstrümanlar, kuyruklu yıldızın özelliklerini test etmek için absorbe, dağınık ve yayılan ışık, elektrik iletkenliği, manyetizma, ısı ve hatta akustik kullanır. Bu özellikler arasında yüzey yapısı (yüzey malzemesinin morfolojisi ve kimyasal yapısı), P67'nin iç yapısı ve yüzeyin üzerindeki manyetik alan ve plazmalar (iyonize gazlar) bulunur. Ek olarak, Philae'nin bir alet için bir kolu vardır ve Philae ana gövdesi Z ekseni etrafında 360 derece döndürülebilir. Philae'yi destekleyen ve bir darbe sönümleyici içeren direk.
CIVA ve ROLIS görüntüleme sistemleri. CIVA, ROLIS ile bazı donanımları paylaşan üç kamerayı temsil eder. CIVA-P (Panoramik), Philae gövdesi etrafında dağıtılan ancak stereo görüntüleme için birlikte çalışan iki özdeş kameradır. Her birinin 60 derecelik bir görüş alanı vardır ve 1024 × 1024 CCD dedektörü olarak kullanılır. Çoğu insanın hatırlayabileceği gibi, dijital kameralar son 15 yılda hızla ilerlemiştir. Philae’nin görüntüleyicileri 1990'ların sonlarında, son teknoloji ürünü tasarımlara yakın bir şekilde tasarlandı, ancak bugün çoğu akıllı telefon tarafından en azından piksel sayısından fazla. Bununla birlikte, donanımın yanı sıra, yazılımdaki görüntü işleme de gelişmiştir ve görüntüler çözünürlüklerini ikiye katlayacak şekilde geliştirilebilir.
CIVA-P, ilk otonom komut dizisinin bir parçası olarak, tüm iniş sahasını inceleme görevini üstlenecektir. Diğer araçların konuşlandırılması için kritik öneme sahiptir. Ayrıca araştırma için Philae gövdesinin Z ekseni dönüşünü kullanacaktır. CIVA-M / V, mikroskobik 3 renkli bir görüntüleyicidir (7 mikron çözünürlük) ve CIVA-M / I, teslim edilen örneklerin her birini inceleyecek yakın kızıl ötesi spektrometredir (1 ila 4 mikron dalga boyu aralığı) COSAC ve PTOLEMY fırınları numuneler ısıtılmadan önce.
ROLIS, ayrıca 1024 × 1024 CCD dedektörlü, asıl aşamada iniş alanını araştırmak olan tek bir kameradır. Fotoğraf makinesi sabittir ve 57 derecelik görüş açısına sahip f / 5 (f-oranı) odak ayarlı objektifle aşağıya bakacak şekilde sabitlenmiştir. İniş sırasında sonsuza ayarlanır ve her 5 saniyede bir resim çeker. Elektronikleri, depolanması ve Rosetta'ya iletilmesi gereken toplam verileri en aza indirmek için verileri sıkıştıracaktır. Odaklama, dokunmadan hemen önce ayarlanacak, ancak daha sonra kamera, Philae'nin hemen altındaki kuyruklu yıldızı spektroskopik olarak incelemek için makro modunda çalışır. Philae gövdesinin dönüşü ROLIS için bir “çalışma çemberi” yaratacaktır.
ROLIS'in çok rollü tasarımı, bilim insanlarının ve mühendislerin toplam ağırlığı, hacmi ve güç tüketimini azaltmak ve Philae'yi mümkün kılmak ve Rosetta ile birlikte fırlatma aracının yük sınırlarına uyması için güneşin güç sınırlamalarına nasıl uyum sağladığını açıkça göstermektedir. hücreler ve piller, komut ve veri sistemi ve radyo vericilerinin sınırlamaları.
Apxs. Bu bir Alfa Proton X-ışını Spektrometresi. Bu, uzay bilim insanının İsviçre Çakısı'nın sahip olması gereken bir araçtır. APXS spektrometreleri tüm Mars Rover görevlerinde ortak bir fikstür haline geldi ve Philae’ler Mars Pathfinder’lerin yükseltilmiş bir versiyonudur. APXS tasarımının mirası, Ernest Rutherford ve diğerleri tarafından, atomun yapısını ve ışığın ve maddenin kuantum doğasını keşfetmeye yol açan ilk deneylerdir.
Bu cihaz, çalışması için gerekli olan küçük bir Alfa parçacık emisyon kaynağına (Curium 244) sahiptir. Rutherford Alfa parçacıklarının geri saçılması prensipleri Hidrojen veya Berilyum (kütle halinde bir Alfa parçacığına, bir Helyum çekirdeğine yakın olanlar) gibi daha hafif elementlerin varlığını tespit etmek için kullanılır. Bu tür daha hafif element parçacıklarının kütlesi, elastik bir çarpışma sırasında Alfa parçacığından ölçülebilir miktarda enerji emecektir; 180 dereceye yakın Rutherford geri saçılmasında olduğu gibi. Bununla birlikte, bazı Alfa parçacıkları, malzemenin çekirdeği tarafından yansıtılmak yerine emilir. Bir Alfa parçacığının emilimi, bir protonun, geldiği temel parçacık için de benzersiz olan ölçülebilir bir kinetik enerjiye sahip yayılmasına neden olur (gelecekteki malzemede); bu magnezyum veya kükürt gibi daha ağır elementleri tespit etmek için kullanılır. Son olarak, ilgilenilen malzemedeki iç kabuk elektronları Alfa parçacıkları tarafından atılabilir. Dış kabuklardaki elektronlar bu kayıp elektronların yerini aldığında, o temel parçacık için benzersiz olan belirli bir enerjiden (kuantum) bir X-Işını yayarlar; bu nedenle, Demir veya Nikel gibi daha ağır elementler tespit edilebilir. APXS, 20. yüzyılın başlarında Parçacık Fiziğinin somutlaşmış halidir.
Consert. Radyo dalgası İletimi ile Kuyruklu Yıldız Çekirdeği Sondaj Deneyiadından da anlaşılacağı gibi, radyo dalgalarını kuyruklu yıldızın çekirdeğine iletir. Rosetta yörüngesi 90 MHz radyo dalgası iletir ve aynı anda Philae aralarında bulunan kuyruklu yıldız ile almak için yüzeyde durur. Sonuç olarak, kuyruklu yıldızdan geçme süresi ve radyo dalgalarının kalan enerjisi, içinden yayıldığı malzemenin imzasıdır. Kuyruklu yıldızın iç yapısını belirlemek için CONSERT tarafından çok sayıda açıdan birçok radyo iletimi ve alımı gerekli olacaktır. Bu, siluetin nasıl değiştiğini izlemek için birinin başını sağa ve sola kaydırarak önünüzde duran gölgeli bir nesnenin şeklini nasıl algılayabileceğine benzer; beyniniz tamamen nesnenin şeklini algılar. CONSERT verileri ile bilgisayar kullanan karmaşık bir dekonvolüsyon işlemi gereklidir. Kuyruklu yıldızın iç kısmının bilindiği hassasiyet, daha fazla ölçümle iyileşiyor.
MUPUS. Yüzey ve Yeraltı Bilimi için Çok Amaçlı Sensör kuyruklu yıldızın yüzeyinin ve yeraltı yüzeyinin enerji dengesini, termal ve mekanik özelliklerini 30 cm (1 fit) derinliğe kadar ölçen bir dedektör paketidir. MUPUS'un üç ana parçası vardır. Penetrasyon tüpü olan PEN vardır. PEN, gövdeden 1,2 metreye kadar uzanan bir çekiç koluna tutturulmuştur. PEN'in yüzeyin altına nüfuz etmesi ve gömülmesi için yeterli aşağı doğru kuvvet uygular; çoklu çekiç darbeleri mümkündür. PEN'in (delici tüp) ucunda veya çapasında bir ivmeölçer ve standart PT100 (Platin Direnç Termometresi) bulunur. Birlikte, çapa sensörleriiniş sahasındaki sertlik profilini ve son derinlikteki ısıl yayılımın belirlenmesi [ref]. Yüzeylere nüfuz ettiğinden, az ya da çok yavaşlama, daha sert veya daha yumuşak malzemeyi gösterir. PEN, yeraltı sıcaklıklarını ve termal iletkenliği ölçmek için uzunluğu boyunca 16 termal dedektör dizisi içerir. PEN ayrıca, gelecekteki materyale ısı iletmek ve termal dinamiklerini ölçmek için bir ısı kaynağına sahiptir. Isı kaynağı kapalıyken, PEN'deki dedektörler Güneş'e yaklaştıkça ve ısındığında kuyruklu yıldızın sıcaklık ve enerji dengesini izleyecektir. İkinci kısım, yüzeyin termal dinamiklerini ölçecek PEN'in üstünde bir radyometre olan MUPUS TM. TM, 6-25 um dalga boyu aralığını kapsamak için optik filtreli dört termopil sensörden oluşur.
SD2 Numune Delme ve Dağıtım cihazı yüzeye ve yüzeye 20 cm derinliğe kadar nüfuz eder. Alınan her numune hacim olarak birkaç kübik milimetre olacak ve bir atlıkarıncaya monte edilmiş 26 fırına dağıtılacaktır. Fırınlar, gaz kromatograflarına ve COSAC ve PTOLEMY olan kütle spektrometrelerine iletilen bir gaz oluşturan numuneyi ısıtır. APXS ve ROLIS verilerinin gözlemleri ve analizi, tümü Philae'nin vücudunun Z ekseni etrafında dönmesinden itibaren bir “çalışma çemberinde” olacak örnekleme konumlarını belirlemek için kullanılacaktır.
CEAC Karma Örnekleme ve Kompozisyon Deney. Gördüğüm ilk gaz kromatografisi (GC) bir üniversite laboratuvarındaydı ve laboratuvar müdürü tarafından yerel polis departmanını destekleyen adli testler için kullanılıyordu. Philae'nin amacı, Dünya'dan yüz milyon mil uzakta bir kuyrukluyıldız üzerinde adli tıp testleri yapmaktan başka bir şey değildir. Philae etkili bir şekilde Sherlock Holmes'un casus camı ve Sherlock dünyadaki tüm araştırmacılar. COSAC gaz kromatografisi bir kütle spektrometresi içerir ve kuyruklu malzeme oluşturan elementlerin ve moleküllerin, özellikle karmaşık organik moleküllerin miktarlarını ölçecektir. Gördüğüm ilk laboratuvar GC, Philae'nin boyutuna daha yakınken, Philae'deki iki GC, ayakkabı kutularının büyüklüğündedir.
Ptolemy. Bir Evolved Gas Analyzer [ref], farklı bir gaz kromatografisi. Ptolemi'nin amacı, izotop oranları, örneğin 2 kısım izotop C12'yi bir kısım C13'e türetmek için spesifik izotopların miktarlarını ölçmektir. Tanım olarak, bir elementin izotopları, çekirdeklerinde aynı sayıda protona ancak farklı sayıda nötrona sahiptir. Bir örnek, Karbon, C12, C13 ve C14'ün 3 izotopudur; sayılar nötron sayısıdır. Bazı izotoplar stabildir, diğerleri kararsız olabilir - radyoaktiftir ve aynı elementin stabil formlarına veya diğer elementlere bozunur. Ptolemy araştırmacıları için ilgi çekici olan, H, C, N, O ve S elementleri, özellikle Karbon için kararlı izotopların (doğal ve radyoaktif bozunmadan etkilenen veya bunun sonucu olmayan) oranıdır. Oranlar kuyruklu yıldızların nerede ve nasıl yaratıldığının açık bir göstergesi olacaktır. Şimdiye kadar, izotopik oranları belirlemek için kuyruklu yıldızların spektroskopik ölçümleri uzaktan yapılmış ve kuyruklu yıldızların kökeni ve kuyruklu yıldızların gezegenlerin yaratılması ve Güneş Bulutsusu'nun evrimi ile nasıl bağlantılı olduğu konusunda kesin sonuçlar çıkarmak için doğruluk yetersiz kalmıştır. Güneş'i çevreleyen gezegen sistemimizin doğum yeri, yıldızımız. Evrimleşmiş bir gaz analizörü, malzemeleri bir spektrometrenin miktarları çok doğru bir şekilde ölçebileceği bir gaz haline dönüştürmek için bir numuneyi (~ 1000 C) ısıtacaktır. Benzer bir alet olan TEGA (Termal Evrimleşmiş Gaz Analizörü) Mars Phoenix inişinde bir aletti.
SUSAM Yüzey Elektrik Sondajı ve Akustik İzleme DeneyiBu cihaz üç benzersiz dedektör içerir. Birincisi SESAME / CASSE, akustik dedektör. Philae'nin her iniş ayağının akustik yayıcıları ve alıcıları vardır. Bacakların her biri, diğer bacakların sensörlerinin ölçeceği kuyruklu yıldıza akustik dalgalar (100 Hertz ila KiloHertz aralığı) iletir. Bu dalganın nasıl zayıflatıldığı, yani, içinden geçtiği gelenek malzemesi tarafından zayıflatıldığı ve dönüştürüldüğü, kuyruklu yıldızın yapısındaki günlük ve mevsimsel değişimleri yaklaşık 2 derinliğe kadar belirlemek için Philae enstrümanlarından elde edilen diğer gelecekteki özellikler ile birlikte kullanılabilir. metre. Ayrıca, pasif (dinleme) bir modda, CASSE, güneş enerjisi ısıtma ve havalandırma gazlarının stresinden kaynaklanabilecek kuyruklu yıldız içindeki ses dalgalarını, kuyruklu yıldızın içindeki ses dalgalarını izleyecektir.
Sırada SESAME / PP detektörü - Permittivity Probe. Geçirgenlik, bir malzemenin elektrik alanlarına karşı direncinin ölçüsüdür. SESAME / PP kuyruklu yıldıza salınımlı (sinüs dalgası) bir elektrik alanı iletecektir. Philae'nin ayakları, elektrik alanını yaymak için alıcıları - elektrotları ve AC sinüs jeneratörlerini taşır. Gelen materyalin yaklaşık 2 metre derinliğe direnci, kuyruklu yıldızın başka bir önemli özelliği olan geçirgenlik sağlanarak ölçülür.
Üçüncü dedektör SESAME / DIM olarak adlandırılır. Bu kuyrukluyıldız toz sayacı. Bu cihaz tanımlarını derlemek için kullanılan birkaç referans vardı. Bu enstrüman için, ne diyeceğim, burada referans olarak alıntı yapacağım güzel bir açıklama var. “Lander balkonunun üstündeki Toz Darbe Monitörü (DIM) küpü, üç aktif dikey (50 × 16) mm piezo sensöre sahip bir toz sensörüdür. Geçici tepe geriliminin ve yarım temas süresinin ölçümünden, etkilenen toz parçacıklarının hızları ve yarıçapları hesaplanabilir. Yarıçapları yaklaşık 0.5 um ila 3 mm arasında ve hızları 0.025-0.25 m / s arasında ölçülebilir. Arka plan gürültüsü çok yüksekse veya seri çekim sinyalinin hızı ve / veya genlikleri çok yüksekse, sistem otomatik olarak Ortalama Sürekli moduna geçer; yani, toz akışının bir ölçüsünü vererek sadece ortalama sinyal elde edilecektir. ” [Ref]
ROMAP Rosetta Lander Manyetometre ve Plazma dedektör ayrıca üçüncü bir dedektör, bir basınç sensörü içerir. Kuyruklu yıldızlar ve kuyruklu yıldızların çekirdeği (ana gövde) tarafından oluşturulan bir manyetik alan birkaç uzay aracı tarafından uçurulmuştur. İçsel bir manyetik alan varsa, çok zayıf olması muhtemeldir ve yüzeye iniş gerekli olacaktır. Birini bulmak olağanüstü olurdu ve kuyrukluyıldızlarla ilgili teorileri başlarına çevirirdi. Düşük ve işte Philae bir fluxgate manyetometresine sahiptir.
Dünya'nın bizi çevreleyen manyetik (B) alanı 10 bin nano-Teslas'da (SI birimi, Tesla'nın milyarda biri) ölçülür. Dünya'nın ötesinde, gezegenlerin, asteroitlerin ve kuyruklu yıldızların hepsi Güneş'in manyetik alanına daldırılır ve Dünya'nın yakınında 5 ila 10 nano-Tesla tek rakamlarla ölçülür. Philae’nin dedektörü +/- 2000 nanoTesla aralığındadır; her ihtimale karşı bir ürün yelpazesi, ancak fluxgates tarafından kolayca sunulan bir ürün. Bir nanoTesla'nın 1/100. Hassasiyetine sahiptir. Böylece ESA ve Rosetta hazırlandı. Manyetometre, varsa çok küçük bir alanı tespit edebilir. Şimdi Plazma dedektörünü ele alalım.
Evrenin dinamiklerinin çoğu, plazma iyonize gazların (genellikle bir veya daha fazla elektronu eksik, dolayısıyla pozitif bir elektrik yükü taşır) manyetik alanlarla etkileşimini içerir. Kuyruklu yıldızlar da bu tür etkileşimleri içerir ve Philae elektronların ve pozitif yüklü iyonların enerjisini, yoğunluğunu ve yönünü ölçmek için bir plazma detektörü taşır. Aktif kuyruklu yıldızlar, esasen boşluğa nötr bir gaz artı küçük katı (toz) parçacıklar salar. Güneş’in ultraviyole radyasyonu kuyruklu yıldızın kuyruğunun gelecekteki gazını kısmen iyonize eder, yani bir plazma oluşturur. Kuyruklu yıldız çekirdeğinden, plazmanın ne kadar sıcak ve yoğun olduğuna bağlı olarak, Güneş'in manyetik alanı ile kuyruğun plazması arasında bir ayrılık vardır. Sun’ın B alanı, kuyruklu yıldızın kuyruğu etrafında, bir Cadılar Bayramı hilesi veya muamelesi üzerine örtülmüş ancak göz delikleri olmayan beyaz bir tabaka gibi örtülür.
P67'nin yüzeyinde, Philae’nin ROMAP / SPM dedektörü, elektrostatik analizörler ve Faraday Kupası sensörü, o kadar boş olmayan alanda serbest elektronları ve iyonları ölçecek. Kuyruklu yıldızın etrafını “soğuk” bir plazma; SPM, iyon kinetik enerjisini 40 ila 8000 elektron-volt (eV) aralığında ve elektronları 0,35 eV ila 4200 eV aralığında tespit edecektir. Son fakat en az değil, ROMAP çok düşük basıncı ölçebilen bir basınç sensörü içerir - Dünya'da hoşlandığımız hava basıncından milyonda veya milyarda veya daha az. Yüzeye yakın olan esas olarak nötr gazı iyonize eden ve üretilen akımı ölçen bir Penning Vakum ölçer kullanılır.
Philae, 67P / Churyumov-Gerasimenko'nun yüzeyine 10 cihaz paketi taşıyacak, ancak on tanesi 15 farklı dedektör tipini temsil edecek. Bazıları birbirine bağımlıdır, yani belirli özellikleri türetmek için birden fazla veri setine ihtiyaç vardır. Kuyruklu yıldızın yüzeyine iniş Philae, bir kuyruklu yıldızın birçok özelliğini ilk kez ve diğerlerine göre önemli ölçüde yüksek doğrulukla ölçmek için araçlar sağlayacaktır. Bilim adamları, kuyruklu yıldızların kökenlerini ve Güneş Sisteminin evrimine katkılarını anlamaya daha da yaklaşacaklar.
