Een studentenruimtemissie om planeetvorming te bestuderen

Het Esrange Space Center bevindt zich in de poolcirkel in het noorden van Zweden, dicht bij het mijnstadje Kiruna. Op 19 maart vorig jaar vond de lancering plaats van een ongebruikelijke ruimtemissie om de vorming van planeten te bestuderen.

Astrofysici geloven dat planeetvorming begint wanneer micrometergrote stofdeeltjes, de overblijfselen van stervorming, aan elkaar worden gebonden om millimeter- of centimetergrote kiezelstenen te vormen. Deze aggregeren vervolgens in grotere rotsen enzovoort. Maar hoe deze eerste fase precies gebeurt, is niet goed begrepen.

Dat komt deels omdat experimenten om dit fenomeen te bestuderen op aarde moeilijk te doen zijn. In dit vroege stadium van planeetvorming botsen de stofdeeltjes waarschijnlijk met snelheden van minder dan 1 centimeter per seconde en dit kan alleen worden gereproduceerd en bestudeerd onder microzwaartekrachtomstandigheden.

Dus de missie, REXUS 12 genaamd, was een suborbitale hop die tot 3 minuten microzwaartekracht genereerde om te bestuderen hoe stofdeeltjes aan elkaar kleven. Het experiment is ontworpen, gebouwd en uitgevoerd om onze kennis te vergroten over de processen die de eerste fase van planeetvorming domineren, zeggen Julie Brisset en vrienden van de Technische Universiteit van Braunschweig in Duitsland.

De ruimtemissie was ongebruikelijk omdat Brisset en een aantal van haar collega's studenten zijn die aan hun doctoraat werken. REXUS staat voor Rocket Experiments University Students, een project dat voor een groot deel wordt gefinancierd door het Duitse Aerospace Center DLR.

Het experiment is relatief eenvoudig. Het bestond uit een machine die glazen containers met stof schudde om deeltjesbotsingen met de vereiste snelheid te produceren. Het stof bestond uit submillimeterkorrels bolvormig en onregelmatig siliciumdioxide. Brisset en co filmden het hele experiment met een snelheid van 170 beelden per seconde om precies te zien hoe de stofdeeltjes zich gedroegen in microzwaartekracht.

Ze zeggen dat ze een aantal waardevolle lessen hebben geleerd over de praktische aspecten van dit soort werk. Zo zijn hun glazen containers speciaal gecoat met een anti-kleeflaag die is ontworpen om te voorkomen dat het stof aan de wanden van de container blijft plakken.

Maar dit was niet zo efficiënt als ze hadden gehoopt. De stofaggregaten … bezitten een zeer hoge kleefkracht met de glazen wanden van de deeltjescontainers, ook al waren deze eigenlijk gecoat met een nanodeeltjes-antikleeflaag, zeggen Brisset en co. Dus het zal in de toekomst belangrijk zijn om betere manieren te vinden om dit soort plakken te voorkomen.

Ze merkten ook op dat de microzwaartekrachtomstandigheden tijdens het experiment verre van perfect waren en dat hierdoor een deel van het stof zich ophoopte in een hoek van de containers. Brisset en co zeggen dat dit het resultaat was van versnellingen veroorzaakt door resterende atmosferische weerstand en de spin van de raket.

Het team zegt ook dat als ze de kans zouden krijgen om het experiment opnieuw uit te voeren, ze een camera met meer intern geheugen zouden gebruiken, zodat ze een hogere framesnelheid konden gebruiken voor het opnemen van de gegevens.

Brisset en co hebben nog geen gedetailleerde analyse van hun gegevens gepubliceerd. Maar wanneer deeltjes botsen, zijn er in wezen drie mogelijke uitkomsten: ze kunnen stuiteren, aan elkaar plakken om grotere deeltjes te vormen of fragmenteren in kleinere deeltjes. Theoretici geloven dat de uitkomst alleen afhangt van de massa van de deeltjes en hun snelheid en hebben een soort fasediagram gemaakt dat laat zien wat er zou moeten gebeuren voor verschillende waarden van deze variabelen (zie diagram hierboven).

De afbeeldingen in dit artikel laten inderdaad zien hoe stofaggregaten samen grotere deeltjes vormen. Het zal interessant zijn om te zien of de gegevens meer gedetailleerd inzicht in dit proces bieden en of de theoretische voorspellingen van de manier waarop stofaggregaten daadwerkelijk overeenkomen met hun experimentele waarnemingen.

Referentie: arxiv.org/abs/1308.3645 : The Suborbital Particle Aggregation and Collision Experiment (SPACE): bestudering van het botsingsgedrag van submillimetergrote stofaggregaten op de suborbitale raketvlucht REXUS 12

zich verstoppen