Rymddammmätning
Rymddammmätning hänvisar till studiet av små partiklar av utomjordiskt material, kända som mikrometeoroider eller interplanetära stoftpartiklar (IDPs), som finns i solsystemet . Dessa partiklar är vanligtvis av mikrometer till submillimeter storlek och är sammansatta av en mängd olika material inklusive silikater, metaller och kolföreningar . Studiet av rymddamm är viktigt eftersom det ger insikt i solsystemets sammansättning och utveckling, såväl som de potentiella farorna som dessa partiklar utgör för rymdfarkoster och andra rymdburna tillgångar. Mätningen av rymddamm kräver användning av avancerade vetenskapliga tekniker såsom masspektrometri, optisk mikroskopi och laserinducerad nedbrytningsspektroskopi (LIBS) för att exakt karakterisera dessa partiklars fysikaliska och kemiska egenskaper.
Översikt
Från marken observeras rymddamm som spritt solljus från myriader av interplanetära dammpartiklar och som meteoroider som kommer in i atmosfären . Genom att observera en meteor från flera positioner på marken kan banan och ingångshastigheten bestämmas genom triangulering . Atmosfäriska inträdeshastigheter på upp till 72 000 m/s har observerats för Leonid -meteorer.
Även submillimeterstora meteoroider som träffar rymdfarkoster med hastigheter runt 300 m/s (mycket snabbare än kulor ) kan orsaka betydande skada. Därför bar de tidiga amerikanska Explorer 1 , Vanguard 1 , och de sovjetiska Sputnik 3 -satelliterna enkla 0,001 m 2 stora mikrofondammdetektorer för att upptäcka nedslag av mikronstora meteoroider. De erhållna flödena var storleksordningar högre än de som uppskattades från zodiakalljusmätningar. Den senare bestämningen hade dock stora osäkerheter i den antagna storleken och heliocentriska radiella dammdensitetsfördelningarna. Termiska studier i labbet med mikrofondetektorer antydde att de höga räknehastigheterna som registrerades berodde på brus som genererades av temperaturvariationer i jordens omloppsbana.
En utmärkt recension av de tidiga dagarna av rymddammsforskning gavs av Fechtig, H., Leinert, Ch. och Berg, O. i boken Interplanetary Dust .
Dammacceleratorer
En dammaccelerator är en viktig möjlighet att utveckla, testa och kalibrera rymddamminstrument. Klassiska vapen har mynningshastigheter mellan bara några 100 m/s och 1 km/s, medan meteoroidhastigheter varierar från några km/s till flera 100 km/s för nanometerstora dammpartiklar. Endast experimentella lättgasvapen (t.ex. vid NASA:s Johnson Space Center , JSC) når projektilhastigheter på flera km/s upp till 10 km/s i laboratoriet. Genom att byta ut projektilen med en sabot som innehåller dammpartiklar kan höghastighetsdammprojektiler användas för kraterings- och dammsensorkalibreringsexperiment.
Arbetshästen för dammstötsexperiment med hög hastighet är den elektrostatiska dammacceleratorn. Nanometer till mikrometer stora ledande dammpartiklar laddas elektriskt och accelereras av en elektrostatisk partikelaccelerator till hastigheter upp till 100 km/s. För närvarande finns operativa dammacceleratorer hos IRS i Stuttgart, Tyskland (formellt vid Max Planck Institute for Nuclear Physics i Heidelberg), och vid Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) i Boulder, Colorado. LASP-dammacceleratoranläggningen har varit i drift sedan 2011 och har använts för grundläggande konsekvensstudier, samt för utveckling av damminstrument. Anläggningen är tillgänglig för planetariska och rymdforskningssamhällen.
Dammacceleratorer används för krateringsstudier, kalibrering av dammdetektorer för stötjonisering och meteorstudier. Endast elektriskt ledande partiklar kan användas i en elektrostatisk dammaccelerator eftersom dammkällan är placerad i högspänningsterminalen. James F. Vedder, vid Ames Research Center, ARC, använde en linjär partikelaccelerator genom att ladda dammpartiklar med en jonstråle i en fyrpolig jonfälla under visuell kontroll. På så sätt kunde ett brett utbud av dammmaterial accelereras till höga hastigheter.
Pålitlig dammdetektering
Penetrationsdetektorer i storleken av en tennisbana (200 m 2 ) på Pegasus -satelliterna bestämde ett mycket lägre flöde av 100 mikron stora partiklar som inte skulle utgöra en betydande fara för de bemannade Apollo-uppdragen. De första pålitliga dammdetekteringarna av mikronstora meteoroider erhölls av dammdetektorerna ombord på rymdfarkosterna Pioneer 8 och 9 och HEOS 2 . Båda instrumenten var stötjoniseringsdetektorer som använde sammanfallande signaler från joner och elektroner som frigjordes vid stöten. Detektorerna hade känsliga ytor på cirka 0,01 m 2 och detekterade utanför jordens magnetosfär i genomsnitt ett slag per tio dagar.
Mikrokrateranalyser
Mikrokratrar på månprover ger en omfattande registrering av nedslag på månens yta. Oeroderat glasstänk från stora nedslag som täcker kristallina månstenar bevarar mikrokratrar väl.
Mikroskopiska och svepelektronmikroskopiska analyser mäter mikrokraterdensiteter på ett enda prov med kratrar med diametrar från 10 −8 till 10 −3 m. Slagkraterstorlekar korrelerades till meteoroidmassor baserat på dammacceleratorsimuleringar, med antagande av en effektiv nedslagshastighet på månens yta på 20 km/s. Eftersom ingen tillförlitlig ytexponeringsålder kunde bestämmas från solflensspårdensiteter på samma stenar, användes rymdskeppsmätningar för att bestämma det interplanetära stoftflödet vid 1 AU. Kraterproduktionsflödet vid 100 μm storlek (motsvarande mikrometeoroider på cirka 10 m -9 kg) justerades till flödet som observerades av Pegasus-satelliterna. Flödet av mikronstora och mindre meteoroider är mindre än respektive kraterflöde på månens yta på grund av det betydande snabba utstötningsflödet från närliggande nedslag av större meteoroider. Detta flöde justerades till det meteoroidflöde som observerades av rymdsonderna HEOS-2 och Pioneer 8/9.
Från april 1984 till januari 1990 exponerade NASA: s Long Duration Exposure Facility flera passiva stötuppsamlare (var och en några kvadratmeter i yta) för rymddammmiljön i låg jordomloppsbana . Efter återvinning av LDEF av rymdfärjan Columbia analyserades instrumentbrickorna. Resultaten bekräftade generellt den tidigare analysen av månmikrokratrar.
Optiska och infraröda zodiakaldammobservationer
Zodiacal ljusobservationer på olika heliocentriska avstånd utfördes av Zodiacal ljusfotometerinstrumenten på Helios 1 och 2 och Pioneer 10 och Pioneer 11 rymdsonderna, som sträckte sig mellan 0,3 AU och 3,3 AU från solen. På detta sätt bestämdes den heliocentriska radiella profilen och visades variera med en faktor på cirka 100 över det avståndet. Asteroid Meteoroid Detector (AMD) på Pioneer 10 och Pioneer 11 använde optisk detektering och triangulering av enskilda meteoroider för att få information om deras storlekar och banor. Tyvärr sattes triggertröskeln för lågt och brus förstörde data. Zodiacal ljusobservationer vid synliga ljusvåglängder använder ljuset som sprids av interplanetära dammpartiklar , som bara utgör några få procent av det inkommande ljuset. Resten (över 90%) absorberas och återbestrålas vid infraröda våglängder.
Zodiakalens dammmoln är mycket ljusare vid infraröda våglängder än synliga våglängder. Men på marken är de flesta av dessa infraröda våglängder blockerade av atmosfäriska absorptionsband. Därför görs de flesta infraröda astronomiobservationer från rymdobservationssatelliter. Den infraröda astronomiska satelliten (IRAS) kartlade himlen vid våglängder på 12, 25, 60 och 100 mikrometer. Mellan våglängder på 12 och 60 mikron var zodiakaldamm ett framträdande inslag. Senare gav det diffusa infraröda bakgrundsexperimentet (DIRBE) på NASA:s COBE-uppdrag en fullständig högprecisionsundersökning av zodiakalens dammmoln vid samma våglängder.
IRAS himmelskartor visade struktur i himlens ljusstyrka vid infraröda våglängder. Förutom det breda, allmänna zodiakala molnet och ett brett, centralt asteroidband, fanns det flera smala kometspår . Uppföljningsobservationer med hjälp av rymdteleskopet Spitzer visade att minst 80 % av alla kometer i Jupiterfamiljen hade spår. När jorden passerar genom ett kometspår observeras en meteorregn från marken. På grund av den ökade risken för rymdfarkoster i sådana meteoroidströmmar, Europeiska rymdorganisationen IMEX-modellen, som följer utvecklingen av kometpartiklar och därmed tillåter oss att bestämma risken för kollision vid specifika positioner och tidpunkter i det inre solsystemet.
Penetrationsdetektorer
I början av 1960-talet flögs mikrometeoritdetektorer med trycksatta celler på satelliterna Explorer 16 och Explorer 23 . Varje satellit bar mer än 200 individuella gasfyllda tryckceller med metallväggar på 25 och 50 mikron tjocka. En punktering av en cell genom ett meteoroidspåslag kunde detekteras av en trycksensor. Dessa instrument gav viktiga mätningar av meteoroidflödet nära jorden. 1972 och 1973 bar de Pioneer 10 och Pioneer 11 234 trycksatta celldetektorer vardera, monterade på baksidan av huvudskålsantennen. Väggtjockleken i rostfritt stål var 25 mikron på Pioneer 10 och 50 mikron på Pioneer 11. De två instrumenten karakteriserade meteoroidmiljön i det yttre solsystemet såväl som nära Jupiter och nära Saturnus.
Som förberedelse för Apollo-uppdragen till månen, skickades tre Pegasus-satelliter upp av Saturn 1- raketen i en omloppsbana nära jorden. Varje satellit bar 416 individuella meteoroidetektorer med en total detekteringsyta på cirka 200 m 2 . Detektorerna bestod av aluminiumpenetreringsskivor av olika tjocklekar: 171 m 2 av 400 mikron tjocka, 16 m 2 av 200 mikron tjocka och 7,5 m 2 av 40 mikron tjocka. Placerade bakom dessa penetreringsark fanns 12 mikron tjocka mylarkondensatordetektorer som registrerade penetrationer av det överliggande arket. Resultaten visade att meteoroidfaran är betydande och meteoroidskyddsmetoder måste implementeras för stora rymdfarkoster.
1986 var Vega 1- och Vega 2 -uppdragen utrustade med en ny dammdetektor, utvecklad av John Simpson , som använde polyvinylidendifluorid PVDF -filmer. Detta material reagerar på dammstötar genom att generera elektrisk laddning på grund av krattering eller penetration. Eftersom PVDF-detektorer också är känsliga för mekaniska vibrationer och energetiska partiklar, fungerar detektorer som använder PVDF acceptabelt bra som höghastighetsdammdetektorer i mycket dammiga miljöer, som kometkoma eller planetringar (som var fallet med Cassini -Huygens Cosmic Dust Analyzer ) . Till exempel på Stardust -uppdraget använde Dust Flux Monitor Instrument (DFMI) PVDF-detektorer för att studera damm i Comet Wild 2: s koma . I miljöer med låg dammhalt, t.ex. interplanetärt utrymme, gör dock denna känslighet detektorerna mottagliga för brus. På grund av detta behövde PVDF-detektorerna på Venetia Burney Student Dust Counter också skärmade referensdetektorer för att bestämma bakgrundsbrushastigheten.
Moderna mikrofondetektorer
Under sin förbiflygning av Halley's Comet på ett avstånd av 600 km, skyddades rymdfarkosten Giotto från rymddamm av en 1 mm tjock främre Whipple-sköld (1,85 m diameter) och en 12 mm tjock bakre Kevlar - sköld. Monterade på den främre dammskölden fanns tre piezoelektriska momentumsensorer från Dust Impact Detection System (DIDSY). En fjärde momentumsensor var monterad på den bakre skölden. Dessa mikrofondetektorer, tillsammans med andra detektorer, mätte dammfördelningen inom kometens inre koma. Dessa instrument mätte även damm under Giottos möte med kometen 26P/Grigg–Skjellerup .
På Mercury Magnetospheric Orbiter från BepiColombo- uppdraget kommer Mercury Dust Monitor (MDM) att mäta dammmiljöerna i det interplanetära rymden och Merkurius . MDM består av fyra piezoelektriska keramiska sensorer gjorda av blyzirkonattitanat , från vilka stötsignaler kommer att spelas in och analyseras.
Risk dammdetektorer
De flesta instrument på en rymdfarkost som flyger genom en tät dammmiljö kommer att uppleva effekter av dammpåverkan. Ett framträdande exempel på ett sådant instrument var Plasma Wave Subsystem (PWS) på rymdfarkosterna Voyager 1 och Voyager 2 . PWS gav användbar information om den lokala dammmiljön. Inledningsvis valdes Asteroid Meteoroid Detector (AMD) som tidigare flögs på Pioneer 10 och 11 preliminärt ut för Voyager-nyttolasten. Men eftersom det fanns tvivel om dess prestanda, avmarkerades instrumentet och därför bars inget dedikerat damminstrument av varken Voyager 1 eller 2.
Under Saturnussystemets Voyager 2 -genomgång upptäckte PWS intensivt impulsljud centrerat på ringplanet på 2,88 Saturnus radier, något utanför G-ringen. Detta brus tillskrevs mikronstora partiklar som träffade rymdfarkosten. In-situ dammdetektering av Cassini Cosmic Dust Analyzer och kameraobservationer av de yttre ringarna bekräftade förekomsten av en förlängd G-ring. Även under Voyagers förbiflygningar av Uranus och Neptunus observerades stoftkoncentrationer i ekvatorialplanen.
Under förbiflygningen av kometen 21P/Giacobini-Zinner av International Cometary Explorer observerades dammstötar av plasmavågsinstrumentet.
Även om plasmavågsinstrument på olika rymdfarkoster hävdade att de upptäcker damm, var det först 2021 som en modell för generering av signaler på plasmavågsantenner genom dammstötar presenterades, baserad på dammacceleratortester.
Slagjoniseringsdetektorer
Stötjoniseringsdetektorer är de mest framgångsrika dammdetektorerna i rymden. Med dessa detektorer har den interplanetära stoftmiljön mellan Venus och Jupiter utforskats.
Slagjoniseringsdetektorer använder samtidig detektering av positiva joner och elektroner vid dammpåverkan på ett fast mål. Detta sammanträffande ger ett sätt att skilja från brus på en enda kanal. Den första framgångsrika dammdetektorn i det interplanetära rymden vid cirka 1 AU flögs på rymdsonderna Pioneer 8 och Pioneer 9 . Pioneer 8- och 9 -detektorerna hade känsliga målområden på 0,01 m 2 . Förutom interplanetärt damm på excentriska banor, upptäckte den damm på hyperboliska banor - det vill säga damm som lämnar solsystemet. HEOS 2 dammdetektorn var den första detektorn som använde en halvsfärisk geometri, som alla efterföljande detektorer från rymdfarkosterna Galileo och Ulysses , och LDEX-detektorerna på LADEE-uppdraget. Det halvsfäriska målet på 0,01 m 2 area samlade elektroner från stöten och jonerna samlades upp av den centrala jonsamlaren. Dessa signaler tjänade till att bestämma massan och hastigheten på den drabbade meteoroiden. HEOS 2 dammdetektor utforskade jordens dammmiljö inom 10 jordradier.
De dubbla dammdetektorerna Galileo och Ulysses var optimerade för interplanetära dammmätningar i det yttre solsystemet. De känsliga målområdena ökades tio gånger till 0,1 m 2 för att klara de förväntade låga dammflödena. För att tillhandahålla tillförlitliga dammpåverkansdata även i den hårda jovianska miljön, lades en elektronkanaltron till i mitten av jonnätuppsamlaren. På detta sätt detekterades en påverkan av tre laddningssignaler som sammanfaller med tre gånger. Rymdfarkosten Galileo på 2,5 ton lanserades 1989 och kryssade i 6 år i interplanetärt rymd mellan Venus och Jupiters bana och mätte interplanetärt damm. Rymdfarkosten Ulysses på 370 kg lanserades ett år senare och gick på en direkt bana till Jupiter, som den nådde 1992 för en svängningsmanöver som satte rymdfarkosten i en heliocentrisk bana med 80 graders lutning. 1995 Galileo sin 7-åriga väg genom det jovianska systemet med flera förbiflygningar av alla galileiska månar . Efter Jupiter-förbiflygningen Ulysses ett flöde av interstellärt damm som sveper genom solsystemet och strömmar av nano-damm med hög hastighet som sänds ut från Jupiter och sedan kopplas till solens magnetfält. Dessutom Galileo -instrumentet ejectamoln runt de galileiska månarna.
Lunar Dust Experiment (LDEX) ombord på uppdraget Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) är en mindre version av Galileo och Ulysses dammdetektorer. Den mest känsliga stötladdningsdetektorn är en mikrokanalplatta (MCP) bakom det centrala fokuseringsnätet. LDEX har en känslig yta på 0,012 m 2 . Syftet med instrumentet var detektering och analys av månens dammmiljö. Från 16 oktober 2013 till 18 april 2014 upptäckte LDEX cirka 140 000 dammträffar på en höjd av 20–100 km över månens yta. Den hittade ett tunt och permanent, asymmetriskt utstötningsmoln runt månen som orsakas av meteoroidspåverkan på månens yta. Från dessa data fann man att ungefär 40 μm/Myr av månregolit omfördelas på grund av meteoritisk bombardemang. Förutom ett kontinuerligt meteoroidbombardement, orsakar meteoroidströmmar tillfälliga förbättringar av ejectamolnet.
Dammsammansättningsanalysatorer
Helios Micrometeoroid Analyzer var instrumentet på plats för att analysera sammansättningen av kosmiskt stoft. 1974 bars instrumentet av rymdfarkosten Helios från jordens omloppsbana ner till 0,3 AU från solen. Målet med Micrometeoroid Analyzer var att bestämma den rumsliga fördelningen av stoftet i det inre planetsystemet och att söka efter variationer i mikrometeoroiders sammansättning och fysikaliska egenskaper . Instrumentet bestod av två masspektrometrar för flygtid för slagjonisering ( ekliptik- och sydsensor) med en total målarea på cirka 0,01 m 2 . En sensor var skyddad av rymdfarkostens kant från direkt solljus, medan den andra sensorn skyddades av en tunn aluminiserad parylenfilm från intensiv solstrålning. Dessa mikrometeoroidanalysatorer kalibrerades med ett brett utbud av material vid stoftacceleratorerna vid Max Planck Institute for Nuclear Physics i Heidelberg och Ames Research Center i Moffet Field. Massupplösningen för Helios-sensorernas masspektra var låg: R . Det fanns ett överskott av stötar som registrerades av sydsensorn jämfört med ekliptiksensorn. På basis av penetrationsstudierna med Helios -filmen tolkades detta överskott bero på lågdensitet ( ρ < 1000 kg/m 3 ) meteoroider som var avskärmade från att komma in i ekliptiksensorn. Masspektra sträcker sig från de med dominanta låga massor (upp till 30 m u ), kompatibla med silikater, till de med dominanta höga massor (mellan 50 och 60 m u ), kompatibla med järn och molekylära joner. Meteoroidströmmar och till och med interstellära dammpartiklar identifierades i data.
Tvillingdammmassanalysatorer flögs på Halley's Comet -uppdragen 1986 Vega 1 , Vega 2 och Giotto . Dessa rymdfarkoster flög förbi kometen på ett avstånd av 600–1 000 km med en hastighet av 70–80 km/s. PUMA ( Vega ) och PIA ( Giotto ) utvecklades av Jochen Kissel från Max Planck-institutet för kärnfysik i Heidelberg . Dammpartiklar som träffar det lilla (cirka 5 cm 2 ) anslagsmålet genererade joner genom stötjonisering . Instrumenten var masspektrometrar med hög massupplösning ( R ≈ 100) av reflektrontyp . Instrumenten kunde registrera upp till 500 stötar per sekund. Under kometförbiflygningar registrerade instrumenten ett överflöd av små partiklar med en massa mindre än 10–14 gram . Förutom obalanserade silikater var många av partiklarna rika på lätta element som väte , kol , kväve och syre . Detta tyder på att de flesta partiklar bestod av en övervägande kondritisk kärna med en eldfast organisk mantel.
Cometary and Interstellar Dust Analyzer (CIDA) flögs på Stardust -uppdraget. I januari 2004 flög Stardust med kometen Comet Wild 2 på ett avstånd av 240 km med en relativ hastighet på 6,1 km/s. I februari 2011 flög Stardust av kometen Tempel 1 på ett avstånd av 181 km med en hastighet av 10,9 km/s. Under den interplanetära kryssningen mellan kometmötena fanns det gynnsamma möjligheter att analysera den interstellära stoftström som upptäcktes tidigare av Ulysses . CIDA är ett derivat av masspektrometrarna för stötjonisering som flögs på uppdragen Giotto , Vega 1 och Vega 2 . Islagsmålet kikar ut vid sidan av rymdfarkosten medan huvuddelen av instrumentet är skyddad från höghastighetsdammet. Den har en känslig yta på cirka 100 cm 2 och en massupplösning R ≈ 250. Förutom det positiva jonläget har CIDA även ett negativt jonläge för bättre känslighet för organiska molekyler. De 75 spektra som erhölls under kometernas förbiflygningar indikerar en dominans av organiskt material; svaveljoner detekterades också i ett spektrum. I de 45 spektra som erhölls under kryssningsfasen som var gynnsamma för detektering av interstellära partiklar, föreslogs derivat av kinon som beståndsdelar av den organiska komponenten.
Cosmic Dust Analyzer (CDA) flögs på Cassini -uppdraget till Saturnus . CDA är ett damminstrument med stor yta (0,1 m 2 total känslig yta) med flera sensorer som inkluderar en 0,01 m 2 medelupplösning ( R ≈ 20–50) kemisk dammanalysator , en 0,09 m 2 mycket pålitlig stötjoniseringsdetektor och två höghastighetspolariserade polyvinylidenfluorid (PVDF) detektorer med känsliga ytor på 0,005 m 2 respektive 0,001 m 2 . Under sin 6-åriga kryssning till Saturnus analyserade CDA interplanetärt damm , strömmen av interstellärt stoft och Jupiter- dammströmmar. En höjdpunkt var upptäckten av elektriska stoftladdningar i det interplanetära rummet och i Saturnus magnetosfär . Under de följande 13 åren Cassini 292 omlopp runt Saturnus (2004–2017) och mätte flera miljoner dammslag som kännetecknar damm främst i Saturnus E-ring . 2005, under Cassinis nära förbiflygning av Enceladus inom 175 km från ytan, upptäckte CDA aktiva isgejsrar. Detaljerade sammansättningsanalyser fann saltrika vatteniskorn nära Enceladus, vilket ledde till upptäckten av stora reservoarer av flytande vattenhav under månens isiga skorpa. Analyser av interstellära korn på Saturnus avstånd tyder på magnesiumrika korn av silikat- och oxidsammansättning, några med järninneslutningar.
Dammteleskop
Ett dammteleskop är ett instrument för att utföra stoftastronomi. Den analyserar inte bara de signaler och joner som genereras av en dammpåverkan på det känsliga målet, utan bestämmer också dammbanan före nedslaget. Den senare är baserad på den framgångsrika mätningen av den elektriska laddningen av damm med Cassinis Cosmic Dust Analyzer ( CDA). En dammbanasensor består av fyra plan av parallella positionsavkännande trådelektroder. Dammacceleratortester visar att dammbanor kan bestämmas med en noggrannhet på 1% i hastighet och 1° i riktning. Det andra elementet i ett dammteleskop är en storarea massanalysator: en massanalysator av reflektrontyp med en känslig yta på upp till 0,2 m 2 och en massupplösning R > 150. Den består av ett cirkulärt plattmål . med jondetektorn bakom mitthålet. Framför målet finns ett accelerationsnät. Joner som genereras av en stöt reflekteras av ett paraboloidformat rutnät på den centrala jondetektorn. Prototyper av stofteleskop har byggts vid Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) vid University of Colorado, Boulder , USA och vid Institute of Space Systems vid University of Stuttgart, Tyskland, och testats vid deras respektive dammacceleratorer.
Surface Dust Analyzer (SUDA) ombord på Europa Clipper -uppdraget utvecklas av Sacha Kempf och kollegor på LASP. SUDA kommer att samla in rumsligt upplösta sammansättningskartor över Jupiters måne Europa längs markspåren av Europas omloppsbana och söka efter plymer. Instrumentet kan identifiera spår av organiska och oorganiska föreningar i isutkastet. Lanseringen av Europa Clipper -uppdraget är planerad till 2024.
DESTINY + Dust Analyzer (DDA) kommer att flyga på det japansk - tyska rymduppdraget DESTINY + till asteroiden 3200 Phaethon . Phaethon tros vara ursprunget till Geminidernas meteorström som kan observeras från marken varje december. DDA-utvecklingen leds av Ralf Srama och kollegor från Institute of Space Systems (IRS) vid universitetet i Stuttgart i samarbete med företaget von Hoerner & Sulger GmbH (vH&S). DDA kommer att analysera interstellärt och interplanetärt damm på kryssning till Phaethon och kommer att studera dess dammmiljö under mötet; av särskilt intresse är andelen organiskt material. Lanseringen är planerad till 2024.
Interstellar Dust Experiment (IDEX), utvecklat av Mihaly Horanyi och kollegor vid LASP, kommer att flyga på Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) i omloppsbana kring sol-jordens L1 Lagrange-punkt . IDEX är en stoftanalysator med stor yta (0,07 m 2 ) som tillhandahåller massfördelningen och grundämnessammansättningen av interstellära och interplanetära dammpartiklar. En laboratorieversion av IDEX-instrumentet användes vid dammacceleratoranläggningen som drivs vid University of Colorado för att samla in slagjoniseringsmasspektra för en rad dammprover med känd sammansättning. Lanseringen är planerad till 2025.
Insamlade dammanalyser
Vikten av månprover och månjord för stoftvetenskapen var att de gav ett meteoroidkrateringsrekord. Ännu viktigare är de kosmokemiska aspekterna - från deras isotopiska , elementära , molekylära och mineralogiska sammansättningar kan viktiga slutsatser dras, till exempel angående hypotesen om gigantisk påverkan av månens bildning. Från 1969 till 1972 samlade sex Apollo-uppdrag in 382 kilo månstenar och jord . Dessa prover är tillgängliga för forsknings- och undervisningsprojekt. Från 1970 till 1976 returnerade tre Luna-rymdskepp 301 gram månmaterial. 2020 Chang'e 5 in 1,7 kg månmaterial.
År 1950 visade Fred Whipple att mikrometeoroider mindre än en kritisk storlek (~100 mikrometer) bromsas in på höjder över 100 km långsamt nog för att stråla bort sin friktionsenergi utan att smälta. Sådana mikrometeoriter sedimenterar genom atmosfären och avsätts slutligen på marken. Den mest effektiva metoden för att samla in mikrometeoriter är med högt (~20 km) flygande flygplan med speciella kiseloljetäckta samlare som fångar upp detta damm. På lägre höjder blandas dessa mikrometeoriter med jorddamm. Don Brownlee identifierade först tillförlitligt den utomjordiska naturen hos insamlade dammpartiklar genom deras kondritiska sammansättning . Dessa stratosfäriska dammprover är tillgängliga för vidare forskning.
Stardust var det första uppdraget att returnera prover från en komet och från det interstellära rymden. I januari 2004 flög Stardust av Comet Wild 2 på ett avstånd av 237 km med en relativ hastighet på 6,1 km/s. Dess stoftuppsamlare bestod av 0,104 m 2 aerogel och 0,015 m 2 aluminiumfolie; ena sidan av detektorn exponerades för flödet av kometdamm. Stardust- kometproverna var en blandning av olika komponenter, inklusive presolära korn som 13 C-rika kiselkarbidkorn , ett brett spektrum av kondrulliknande fragment och högtemperaturkondensat som kalcium-aluminiuminneslutningar som hittades i primitiva meteoriter som transporterades till kalla nebulosområden. Under mars–maj 2000 och juli–december 2002 var rymdfarkosten i ett gynnsamt läge för att samla interstellärt damm på baksidan av provsamlaren. När provkapseln returnerades i januari 2006 inspekterades uppsamlingsbrickorna och tusentals korn från Comet Wild 2 och sju troliga interstellära korn identifierades. Dessa korn är tillgängliga för undervisning och forskning från NASA Astromaterials Curation Office.
De första asteroidproverna returnerades av JAXA Hayabusa -uppdragen. Hayabusa mötte asteroiden 25143 Itokawa i november 2005, tog ytprover och återvände till jorden i juni 2010. Trots vissa problem under provinsamlingen samlades tusentals partiklar i storleken 10–100 mikron in och är tillgängliga för forskning i laboratorierna. Det andra Hayabusa2 -uppdraget möttes med asteroiden 162173 Ryugu i juni 2018. Cirka 5 g yt- och underjordsmaterial från denna primitiva asteroid av C-typ returnerades. JAXA delar cirka 10 % av de insamlade proverna med NASA-provkurering.
Rymdsonden Rosetta kretsade kring kometen 67P/Churyumov–Gerasimenko från augusti 2014 till september 2016. Under denna tid analyserade Rosettas instrument miljön i kärnan, damm, gas och plasma. Rosetta bar en svit av sofistikerade miniatyriserade labbinstrument för att studera insamlade kometdammpartiklar. Bland dem var den högupplösta sekundära jonmasspektrometern COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyzer) som analyserade den steniga och organiska sammansättningen av uppsamlade dammpartiklar, ett atomkraftmikroskop MIDAS (Micro-Imaging Dust Analysis System) som undersökte morfologi och fysikaliska egenskaper av dammpartiklar av mikrometerstorlek som avsattes på en samlarplatta, och dubbelfokusmagnetisk masspektrometer (DFMS) och flygtids-masspektrometer av reflektrontyp ( RTOF ) av ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) för att analysera kometgas och de flyktiga komponenterna i kometpartiklar. Rosettas Philae lander bar gaskromatografi-masspektrometri COSAC experiment för att analysera organiska molekyler i kometens atmosfär och på dess yta .