نظام تحليل الغبار بالتصوير المجهري

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

يُعدّ نظام تحليل الغبار بالتصوير المجهري ( MIDAS ) أحد الأجهزة العديدة الموجودة على متن مهمة روزيتا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، والتي درست في الموقع البيئة المحيطة بالمذنب النشط 67P/تشوريوموف-جيراسيمينكو أثناء دخوله إلى النظام الشمسي الداخلي . [ 2 ] [ 3 ] ويُعتبر MIDAS مجهرًا للقوة الذرية (AFM) مصممًا لجمع جزيئات الغبار المنبعثة من المذنب، [ 4 ] [ 5 ] ثم مسحها ضوئيًا باستخدام طرف حاد للغاية يشبه الإبرة لتحديد بنيتها ثلاثية الأبعاد وحجمها وملمسها بدقة عالية جدًا (4 نانومترات ). [ 3 ]

أهداف العلوم

يُعدّ جهاز MIDAS أول أداة قادرة على تصوير أصغر جزيئات غبار المذنبات في موقعها الأصلي . [ 6 ] وقد أظهرت بعض جزيئات الغبار بين الكواكب التي جُمعت في طبقة الستراتوسفير للأرض أنها ذات أصل مذنب، ولكن مصدرها الدقيق غير معروف في الغالب. أعادت مهمة Stardust العديد من جزيئات غبار المذنبات، التي جُمعت خلال تحليق سريع بالقرب من المذنب 81P/Wild في هلام هوائي ، ولكن هذه الجزيئات تعرضت لتغيرات كبيرة، وسحقت، وانصهرت أثناء التباطؤ والعودة إلى الأرض. [ 7 ] استُخدم جهاز MIDAS بشكل أساسي مع الجزيئات التي يبلغ قطرها بضعة ميكرومترات أو أصغر. [ 3 ]

من خلال جمع وتصوير جزيئات الغبار - قطع صغيرة من الصخور والجليد والمركبات العضوية [ 7 ] - المنبعثة من المذنب 67P/Churyumov–Gerasimenko أثناء مروره عبر النظام الشمسي الداخلي، يعالج MIDAS أسئلة تشمل: [ 3 ] [ 6 ] [ 8 ]

  1. ما هو حجم وشكل الحبيبات الفردية؟
  2. ما هو تاريخ التغيرات التي طرأت على الحبوب الفردية؟
  3. ما هو توزيع أحجام أصغر الجسيمات؟
  4. هل الحبيبات بلورية أم غير متبلورة ؟
  5. هل الحبوب متراصة، أم مسامية للغاية و"هشة"؟
  6. ما هي أصغر "وحدة بناء" في حبة الحبوب؟

بما أن المذنبات يُعتقد أنها قديمة، وتحتوي على مواد لم تتغير منذ تكوينها في النظام الشمسي المبكر، فإن هذه الأسئلة ستساعد بشكل مباشر في دعم النظريات المتعلقة بتكوين النظام الشمسي. الباحث الرئيسي هو مارك بنتلي من معهد أبحاث الفضاء ( IWF ) في النمسا. [ 6 ] [ 7 ] وقد ساهمت جامعات في النمسا وهولندا وألمانيا بتوفير المعدات. [ 6 ]

وصف الجهاز

تم تركيب نظام MIDAS على لوحة النظير لمركبة روزيتا الفضائية ويتكون من ثلاثة أنظمة فرعية رئيسية وصندوق إلكترونيات: [ 2 ] [ 3 ] [ 6 ]

  • قمع، وغطاء، وموجه للتحكم في جمع الغبار
  • مرحلة معالجة العينات لجمع الغبار المتجمع ومعالجته
  • مجهر القوة الذرية.

يتم جمع الغبار عند الاقتراب من المذنب بفتح المصراع ووضع أحد الأهداف الـ 61 مباشرةً خلف القمع. يضمن مُجمِّع الأشعة تعريض هدف واحد فقط في كل مرة. الأهداف مستطيلة الشكل، أبعادها 1.4 × 2.4 مم ، ومثبتة حول محيط عجلة. يؤدي تدوير هذه العجلة إلى نقل الهدف من موضع جمع الغبار (التعريض) إلى موضع التحليل (المسح). بمجرد جمع كمية كافية من الغبار، يُغلق المصراع ويُحرَّك الهدف المُعرَّض أمام أحد النتوءات الـ 16. كل نتوء مزود برأس حاد؛ ولأن هذه الرؤوس قد تتآكل أثناء التشغيل، فإن وجود 16 رأسًا يوفر حماية احتياطية لمدة عام من التشغيل العادي.

الناتئات والأطراف

كل ناتئ من ناتئات جهاز MIDAS مقاوم للضغط، ما يعني أن انحرافه يُقاس بتغير المقاومة، وليس بانعكاس ضوء الليزر من الناتئ كما هو الحال في العديد من الأجهزة التجارية. وبهذه الطريقة، يُتجنب الحاجة إلى محاذاة بصرية معقدة، ويمكن جعل الجهاز متينًا بما يكفي لتحمل الإطلاق. يحتوي الجهاز على ستة عشر ناتئًا احتياطيًا، لكل منها طرف حاد يبلغ  طوله حوالي 10 ميكرومتر. أربعة منها مطلية بسبيكة الكوبالت للسماح بفحص الغبار المتجمع باستخدام مجهر القوة المغناطيسية . [ 6 ]

معالجة العينات

أهداف MIDAS، التي تُجمع عليها جزيئات الغبار، مصنوعة من السيليكون ومستطيلة الشكل، بأبعاد 1.4 × 2.4 مم . معظمها مغطى بطبقة من مادة سول-جل تُساعد على التصاق الجزيئات بالأهداف. كما تُحمل ثلاثة أهداف معايرة، تُتيح معايرة الماسح الضوئي في المحورين XY وZ، وتُمكّن من تصوير شكل رأس الماسح. جميع الأهداف الـ 64 مُثبتة على محيط عجلة تدور لاختيار العينة، ولتحديد موضعها التقريبي على المحور Y، ولنقل العينات من موضع التعريض إلى موضع المسح. يُمكن أيضًا تحريك العجلة جانبيًا، لتتحرك أمام كل من النتوءات الـ 16، مما يُتيح تحديد موضعها التقريبي على المحور X. [ 6 ]

مرحلة الاقتراب التقريبي

قبل مسح العينة، يجب تقريب المجهر منها. ويتم ذلك بواسطة منصة تقريب خشنة تُدار بمحرك تيار مستمر ذي فرش، مُغلف بمنفاخ تفريغ مضغوط. يُحرك هذا المحرك مغزلًا يرفع أو يخفض بدوره عجلة موضوعة في إسفين زنبركي، كما هو موضح في الرسم التخطيطي. يسمح هذا بتحريك منصة المجهر بأكملها بمقدار 0.5 مم تقريبًا. [ 6 ] 

مرحلة العينة

يُعدّ قلب الجهاز منصةً دقيقةً ثلاثية المحاور (XYZ) ذات مدى حركة يبلغ حوالي 100 × 100 ميكرومتر في المحورين XY و10  ميكرومتر في المحور Z. وتقوم هذه المنصة، التي تعمل بمحركات كهرضغطية، بتحريك الناتئ والطرف المُختارين عبر العينة بنمط مسح، لقياس ارتفاع العينة عند كل نقطة. [ 6 ]

مواصفات الجهاز

يلخص الجدول التالي الخصائص الرئيسية للجهاز: [ 6 ] [ 8 ]

المعلمةالأداء أثناء الرحلة
كتلة8.0  كجم
قوة7.4  واط (متوسط)
الدقة الجانبية3.8  نانومتر
دقة الارتفاع0.16  نانومتر
نطاق الارتفاع8  ميكرومتر
سكانفيلدالحد الأدنى: 0.97  ميكرومتر، الحد الأقصى: 94  ميكرومتر
دقة الصورة32 × 32 - 512 × 512 بكسل، 14  بت/بكسل
أوضاع التشغيلاتصال، ديناميكي، مغناطيسي
قنوات البياناتالتضاريس، إشارة الخطأ، إزاحة الطور، ناتئ تيار مستمر، تيار متردد، جهد وموضع X/Y/Z

عندما أُخرجت المركبة الفضائية من وضع السبات في 20 يناير 2014، [ 9 ] [ 10 ] تم تحديث برنامج حاسوب MIDAS ، ويجري حاليًا معايرة الجهاز واختباره. [ 11 ] [ 12 ]

نتائج

على الرغم من تشغيل جهاز MIDAS خلال مرحلة الرحلة الطويلة (عشر سنوات)، إلا أنه لم يتعرض مطلقًا لبيئة يُتوقع فيها وجود كميات كبيرة من الغبار. لذا، فإن النتائج الوحيدة المتاحة حتى الآن هي عمليات مسح مرجعية لأهداف المعايرة والأهداف الفارغة. من المتوقع أن تُتاح البيانات العلمية للجمهور عند بدء المرحلة العلمية الأساسية للمهمة في نوفمبر 2014، وذلك وفقًا لفترة الحماية المعتادة التي تبلغ ستة أشهر. وقد أُتيحت البيانات عبر أرشيف علوم الكواكب التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ، حيث يتوفر قسم مخصص لمهمة روزيتا .

مراجع

  1. ↑ "الجدول الزمني لروزيتا: العد التنازلي لوصول المذنب" . وكالة الفضاء الأوروبية. 5 أغسطس 2014. تم الاطلاع عليه في 6 أغسطس 2014 .
  2. ريدلر ، دبليو ؛ توركار، ك؛ جيزينسكي، هـ؛ رومستيدت، ج؛ وآخرون (2007). "نظام ميداس: نظام تحليل الغبار بالتصوير المجهري لمهمة روزيتا". مراجعات علوم الفضاء . 128 ( 1-4 ): 869-904 . رمز Bibcode : 2007SSRv..128..869R . doi : 10.1007/s11214-006-9040-y . S2CID 44189154 .  
  3. 1 2 3 4 5 "روسيتا - أدوات المركبة المدارية" . وكالة الفضاء الأوروبية . 6 مارس 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أبريل 2014 .
  4. ↑ ستانجلين، دوغ (20 يناير 2014). "المسبار روزيتا المتجه نحو المذنب يستيقظ: 'مرحباً بالعالم!'" . يو إس إيه توداي . تم الاسترجاع في 22 أبريل 2014 .
  5. ↑ "نموذج روزيتا EQM الهندسي يكتمل" . سبيس ديلي . 17 أغسطس 2000. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أبريل 2014 .
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 "MIDAS - نظام تحليل الغبار بالتصوير المجهري" . وكالة الفضاء الأوروبية . 6 سبتمبر 2013. تاريخ الاسترجاع : 22 أبريل 2014 .
  7. 1 2 3 "تقديم نظام MIDAS: نظام تحليل الغبار بالتصوير المجهري لمركبة روزيتا الفضائية" . مدونة وكالة الفضاء الأوروبية. 26 مارس 2014. تاريخ الاطلاع: 22 أبريل 2014 .
  8. 1 2 "نظام تحليل الغبار بالتصوير المجهري (MIDAS)" . وكالة الفضاء الأوروبية . ناسا . 16 أغسطس 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أبريل 2014 .
  9. ↑ جوردانز، فرانك (20 يناير 2014). "مسبار تعقب المذنبات يرسل إشارة إلى الأرض" . إكسيت نيوز . أسوشيتد برس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يناير 2014 .
  10. ↑ مورين، مونتي (20 يناير 2014). "استيقظي يا روزيتا! مركبة فضائية لمطاردة المذنبات تتلقى نداءً للاستيقاظ" . لوس أنجلوس تايمز . ساينس ناو . تم الاسترجاع في 21 يناير 2014 .
  11. ^ لوبيز ميشيلون ، مانويل (30 مارس 2014). "تحديث البرنامج إلى 655 مليون كيلومتر" [ تحديث البرنامج من 655 مليون كيلومتر ] . أونوسيرو (بالإسبانية). اسبانيا . تم الاسترجاع 2014/04/22 .
  12. ↑ ويلكس، جيريمي (7 أبريل 2014). "مركبة روزيتا لصيد المذنبات تقترب من فريستها" . يورونيوز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أبريل 2014 .