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Articulo de referencia

Sistema de análisis de polvo mediante microimágenes

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El Sistema de Análisis de Polvo por Microimágenes ( MIDAS ) es uno de los varios instrumentos de la misión Rosetta de la Agencia Espacial Europea que estudió in situ el entorno alrededor del cometa activo 67P/Churyumov-Gerasimenko mientras volaba hacia el Sistema Solar interior . [ 2 ] [ 3 ] MIDAS es un microscopio de fuerza atómica (AFM) diseñado para recolectar partículas de polvo emitidas por el cometa, [ 4 ] [ 5 ] y luego escanearlas con una punta muy afilada en forma de aguja para determinar su estructura 3D, tamaño y textura con muy alta resolución (4 nanómetros ). [ 3 ]

Objetivos científicos

MIDAS es el primer instrumento capaz de obtener imágenes de las partículas de polvo cometario más pequeñas in situ . [ 6 ] Se ha demostrado que algunas partículas de polvo interplanetario recolectadas en la estratosfera terrestre tienen un origen cometario, pero su procedencia precisa suele ser desconocida. La misión Stardust trajo de vuelta muchas partículas de polvo cometario, recolectadas durante un sobrevuelo rápido del cometa 81P/Wild en aerogel , pero estas fueron altamente modificadas, aplastadas y fundidas durante la desaceleración y el regreso a la Tierra. [ 7 ] MIDAS se utilizó principalmente en partículas de unos pocos micrómetros de diámetro o más pequeñas. [ 3 ]

Al recolectar y obtener imágenes de partículas de polvo —pequeños trozos de roca, hielo y compuestos orgánicos [ 7 ] — emitidas por el cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko mientras pasa por el sistema solar interior, MIDAS aborda preguntas que incluyen: [ 3 ] [ 6 ] [ 8 ]

  1. ¿Cuál es el tamaño y la morfología de los granos individuales?
  2. ¿Cuál es el historial de alteraciones de los granos individuales?
  3. ¿Cuál es la distribución de tamaños de las partículas más pequeñas?
  4. ¿ Los granos son cristalinos o amorfos ?
  5. ¿Los granos son compactos o muy porosos y esponjosos?
  6. ¿Cuál es el "bloque de construcción" más pequeño de un grano?

Dado que se cree que los cometas son antiguos y contienen material inalterado desde su formación en el Sistema Solar primitivo, estas preguntas ayudarán directamente a respaldar las teorías sobre la formación del Sistema Solar. El investigador principal es Mark Bentley del Instituto de Investigación Espacial ( IWF ) en Austria. [ 6 ] [ 7 ] El hardware es aportado por universidades de Austria, los Países Bajos y Alemania. [ 6 ]

Descripción del instrumento

MIDAS está montado en el panel nadir de la nave espacial Rosetta y se compone de tres subsistemas principales y una caja electrónica: [ 2 ] [ 3 ] [ 6 ]

  • un embudo, un obturador y un colimador para controlar la recolección de polvo
  • una etapa de manipulación de muestras para recoger y manipular el polvo recogido
  • un microscopio de fuerza atómica.

La recolección de polvo se realiza cerca del cometa abriendo el obturador y colocando uno de los 61 blancos directamente detrás del embudo. Un colimador garantiza que solo se pueda exponer un blanco a la vez. Los blancos son rectangulares, de 1,4 × 2,4 mm , y están montados alrededor de la circunferencia de una rueda. Al girar esta rueda, el blanco se desplaza desde la posición de recolección de polvo (exposición) hasta la posición de análisis (escaneo). Una vez que se ha recolectado suficiente polvo, se cierra el obturador y el blanco expuesto se mueve frente a uno de los 16 voladizos. Cada voladizo está provisto de una punta afilada; dado que estas pueden desgastarse durante el funcionamiento, las dieciséis puntas proporcionan redundancia para el año de funcionamiento nominal.

Voladizos y puntas

Cada una de las microvigas del MIDAS es piezorresistiva, lo que significa que su deflexión se mide mediante un cambio en la resistencia, y no por la reflexión de la luz láser en la microviga como en muchos instrumentos comerciales. De esta manera, se evita la necesidad de una alineación óptica compleja y el instrumento puede fabricarse con la robustez suficiente para soportar el lanzamiento. Se utilizan dieciséis microvigas para mayor redundancia, cada una con una punta afilada de aproximadamente 10  μm de longitud. Cuatro están recubiertas con una aleación de cobalto para permitir la microscopía de fuerza magnética del polvo recolectado. [ 6 ]

Manipulación de muestras

Los blancos MIDAS, sobre los que se recogen las partículas de polvo, están hechos de silicio y tienen forma rectangular, con unas dimensiones de 1,4 × 2,4 mm . La mayoría están recubiertos con una capa de gel de sílice que facilita la adhesión de las partículas a los blancos. También se incluyen tres blancos de calibración, que permiten calibrar el escáner en los ejes XY y Z, y obtener imágenes de la forma de la punta. Los 64 blancos están montados en la circunferencia de una rueda que gira para seleccionar una muestra, proporcionar un posicionamiento Y aproximado y mover las muestras desde la posición de exposición a la de escaneo. La rueda también puede moverse lateralmente, colocándola delante de cada uno de los 16 voladizos, lo que permite un posicionamiento X aproximado. [ 6 ]

Etapa de aproximación gruesa

Antes de escanear una muestra, es necesario acercar el microscopio a ella. Esto se logra mediante una platina de aproximación gruesa accionada por un motor de CC con escobillas , alojado en un fuelle de vacío presurizado. Este motor acciona un husillo que, a su vez, eleva o desciende una rueda colocada en una cuña con resorte, como se muestra en el diagrama. Esto permite desplazar toda la platina del microscopio aproximadamente 0,5 mm. [ 6 ] 

Etapa de muestra

El núcleo del instrumento es una platina XYZ de precisión con un recorrido de aproximadamente 100 × 100 μm en las direcciones XY y 10  μm en la dirección Z. Impulsada por actuadores piezoeléctricos , esta platina mueve el voladizo y la punta seleccionados a través de la muestra en un patrón de barrido, midiendo la altura de la muestra en cada punto. [ 6 ]

Especificaciones del instrumento

La siguiente tabla resume las características clave del instrumento: [ 6 ] [ 8 ]

Cuando la nave espacial salió del modo de hibernación el 20 de enero de 2014, [ 9 ] [ 10 ] se actualizó el software de la computadora MIDAS y el instrumento está siendo calibrado y probado. [ 11 ] [ 12 ]

Resultados

Aunque MIDAS ha estado en funcionamiento durante la fase de crucero de larga duración (10 años), nunca se ha encontrado en un entorno con presencia significativa de polvo. Por lo tanto, los únicos resultados disponibles hasta la fecha son escaneos de referencia de los objetivos de calibración y de referencia. Los datos científicos estarán disponibles para el público cuando la misión inicie su fase científica principal en noviembre de 2014, tras el habitual periodo de confidencialidad de 6 meses. Los datos se publicaron a través del Archivo de Ciencias Planetarias (PSA) de la ESA , donde existe una sección dedicada a Rosetta .

Referencias

  1. ↑ "Cronología de Rosetta: cuenta regresiva para la llegada del cometa" . Agencia Espacial Europea. 5 de agosto de 2014. Consultado el 6 de agosto de 2014 .
  2. 1 2 Riedler, W.; Torkar, K.; Jeszenszky, H.; Romstedt, J.; et al. (2007). "MIDAS El sistema de análisis de polvo por microimágenes para la misión Rosetta". Space Science Reviews . 128 ( 1– 4): 869– 904. Bibcode : 2007SSRv..128..869R . doi : 10.1007/s11214-006-9040-y . S2CID 44189154 .  
  3. 1 2 3 4 5 "Rosseta — Instrumentos del orbitador" . Agencia Espacial Europea . 6 de marzo de 2014. Recuperado el 22 de abril de 2014 .
  4. ↑ Stanglin, Doug (20 de enero de 2014). "La sonda Rosetta, que se dirige a un cometa, despierta: '¡Hola, mundo!'" . USA Today . Consultado el 22 de abril de 2014 .
  5. ↑ "El modelo de ingeniería Rosetta EQM se consolida" . Space Daily . 17 de agosto de 2000. Consultado el 22 de abril de 2014 .
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 "MIDAS - Sistema de análisis de polvo por microimágenes" . Agencia Espacial Europea . 6 de septiembre de 2013. Recuperado el 22 de abril de 2014 .
  7. 1 2 3 "Presentamos MIDAS: el sistema de análisis de polvo por microimágenes de Rosetta" . Blog de la ESA. 26 de marzo de 2014. Consultado el 22 de abril de 2014 .
  8. 1 2 "Sistema de análisis de polvo por microimágenes (MIDAS)" . Agencia Espacial Europea . NASA . 16 de agosto de 2013. Recuperado el 22 de abril de 2014 .
  9. ↑ Jordans, Frank (20 de enero de 2014). "Sonda que persigue cometas envía señal a la Tierra" . Excite News . Associated Press . Consultado el 20 de enero de 2014 .
  10. ↑ Morin, Monte (20 de enero de 2014). "¡Arriba y a brillar, Rosetta! La nave espacial cazadora de cometas recibe una llamada de atención" . Los Angeles Times . Science Now . Recuperado el 21 de enero de 2014 .
  11. ↑ López Michelone, Manuel (30 de marzo de 2014). «Actualización de software a 655 millones de kilómetros» [ Actualización de software desde 655 millones de kilómetros ] . UnoCero (en español). España . Consultado el 22 de abril de 2014 .
  12. ↑ Wilks, Jeremy (7 de abril de 2014). "El cazador de cometas Rosetta se acerca a su presa" . Euronews . Recuperado el 22 de abril de 2014 .
  • Instituto Austriaco de Investigación Espacial - MIDAS
  • Presentamos MIDAS: el sistema de análisis de polvo por microimágenes de Rosetta .