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La mission Hera de l’ESA transporte deux cubesats. Ils atterriront sur Dimorphos
Dans environ un an, l’Agence spatiale européenne lancera sa sonde La mission d’Héra. Sa destination est l’astéroïde Didymos, et ce sera le deuxième vaisseau spatial humain à visiter ce morceau de roche de 390 mètres de haut. La mission DART de la NASA a fait s’écraser une sonde cinétique sur la petite lune de Didymos, Demorphos, pour tester la défense planétaire.
Hera mènera une enquête de suivi sur l’astéroïde binaire pour mesurer la taille et la forme du cratère d’impact sur Dimorphos. Pour y parvenir, il faudra deux petits CubeSats qui atterriront sur Dimorphos.
Il peut paraître étrange que deux petits satellites se posent sur un astéroïde. Mais Hera est conçue pour atteindre des objectifs différents. Tout d’abord, cela fait partie de Défense planétaire de l’ESA programme. Ainsi, sa mission principale est d’étudier l’impact de la mission DART de la NASA sur Dimorphos et Didymos afin que nous puissions en savoir plus sur la lutte contre les astéroïdes dangereux qui pourraient menacer la Terre. Mais c’est aussi une mission de démonstration technologique.
La paire de CubeSats pourrait tester une nouvelle méthode d’atterrissage sur un astéroïde appelée Robust Ballistic Landings.
Atterrir quelque chose sur un astéroïde en orbite avec presque aucune gravité est difficile. Si vous êtes prêt à dépenser beaucoup d’argent pour un vaisseau spatial complexe, vous pouvez obtenir de bons résultats. Mais peut-on le faire à moindre coût et avec moins de complexité tout en réussissant ? C’est ce que tenteront de faire l’équipe CubeSats Milani et Juventus.
La paire de CubeSats est identique à l’exception de leurs instruments. Il pèse environ 12 kg (26,5 lb), est monté sur trois axes et dispose de systèmes de propulsion à gaz froid. Ils utiliseront leurs instruments pour compléter l’étude d’Héra sur l’astéroïde binaire. Leurs instruments comprennent un spectromètre, un thermogravimètre pour détecter les substances volatiles et organiques, un radar pour explorer la structure interne des dimorphos et un gravimètre. Il y a aussi des caméras et des radios. Hera, Milani et la Juventus examineront Demorphos et Didymus pendant environ six mois.
Puis, à la fin de leur mission, il est prévu que Milani et la Juventus atterrissent sur Demorphos.
Un nouveau document de recherche présente une nouvelle méthode que les CubeSats pourraient utiliser pour atterrir sur Dimorphos. Son titre est « Conception et analyse d’atterrissages balistiques puissants sur la partie secondaire de l’astéroïde binaire.« L’auteur principal est Iosto Fodde de l’Université de Glasgow au Royaume-Uni.
« Deux CubeSats à bord d’Hera prévoient d’effectuer un atterrissage balistique sur la partie secondaire du système, appelée Dimorphos », ont écrit les auteurs. « Pour ces types d’atterrissages, l’état de transition n’est pas contrôlé lors de l’atterrissage, ce qui réduit la complexité de l’engin spatial mais augmente également sa sensibilité aux erreurs de manœuvre de déploiement et aux incertitudes dynamiques. »
Qu’est-ce qu’un atterrissage balistique dur ? En gros, cela signifie qu’il ne s’agit pas d’une descente automatique.
De nombreuses mathématiques sont impliquées, mais cela se résume à ce qu’on appelle la technique d’interpolation non intrusive de Chebyshev (NCI). Essentiellement, l’ordinateur calcule le taux de croissance du nombre d’instances possibles du CubeSat au fil du temps. Cela permet au vaisseau spatial de limiter le nombre de vitesses et d’angles d’impact qui permettront un atterrissage réussi. Le résultat est que le vaisseau spatial peut améliorer son atterrissage. Par conséquent, un petit CubeSat peut augmenter la force de sa trajectoire par rapport à d’autres méthodes.
« La trajectoire résultante augmente la résistance de la trajectoire par rapport à la méthode conventionnelle, améliorant ainsi le succès de l’atterrissage de 20 pour cent et réduisant considérablement l’impact de l’atterrissage », déclarent les auteurs du nouvel article.
La mission réussie de retour d’échantillons d’astéroïdes OSIRIS-REx de la NASA a souligné l’importance de ramener des échantillons sur Terre. Ce fut un succès fantastique. Mais c’était aussi une tâche relativement complexe et coûteuse. Toute cette complexité n’est pas nécessaire pour chaque tâche. Les auteurs de cet article soulignent que même l’atterrissage d’un simple vaisseau spatial sur un astéroïde pourrait révéler beaucoup de choses. « Les atterrissages d’astéroïdes sont extrêmement précieux en termes de résultats scientifiques, car l’interaction vaisseau spatial-surface fournit des informations directes sur la structure interne et les propriétés matérielles de l’astéroïde, tandis que ses instruments peuvent effectuer des mesures in situ pour caractériser l’astéroïde avec plus de précision », écrivent-ils dans Depth. .
Ainsi, développer un moyen fiable d’atterrir sur des astéroïdes fait partie de leur étude.
Milani et la Juventus tenteront d’atterrir sur Dimorphos à la fin de la mission d’Héra. D’ici là, ils disposeront d’informations détaillées sur la surface, notamment sur les roches et les cratères. Mais Dimorphos est un système binaire, ce qui, entre autres choses, introduit une complexité supplémentaire à laquelle les missions d’astéroïdes précédentes n’avaient pas eu à faire face. « La dynamique complexe due à la grande influence de la forme du noyau, à la forme non sphérique des deux objets et aux faibles forces gravitationnelles rend difficile la conception de la trajectoire d’atterrissage », expliquent les auteurs.
Plus précisément, les chercheurs ont observé l’atterrissage des CubeSats dans le même hémisphère que le cratère créé par l’impact du DART. Cela nécessitera une manœuvre de freinage supplémentaire pour réduire la vitesse d’atterrissage. La méthode d’atterrissage balistique agressive utilisée par NCI « a augmenté le taux de réussite de l’atterrissage de 74,3% à 94,7% par rapport à une trajectoire conçue sans tenir compte des incertitudes ». Il s’agit d’une amélioration majeure, qui suscite l’enthousiasme des ingénieurs, surtout lorsqu’elle ne nécessite pas une conception de vaisseau spatial plus complexe.
« Cela se fait au prix d’une augmentation de l’angle d’impact moyen et d’un éloignement de la longitude moyenne d’atterrissage de l’emplacement souhaité », expliquent les auteurs. « Cependant, même avec ces changements, la voie robuste s’est révélée beaucoup plus souhaitable. »
« Ces résultats démontrent le potentiel de cette méthodologie pour concevoir un atterrissage balistique sur Dimorphos », déclarent les auteurs.
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La « Main de Dieu » capturée par un télescope chilien offre un aperçu de la majesté cosmique
Le handball fantomatique de Dieu capturé par la caméra à énergie sombre (DECam) | Image : CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA
Dans leur quête incessante pour percer les mystères de l’univers, les astronomes ont réalisé une nouvelle avancée majeure avec une découverte étonnante réalisée par un nouveau télescope au Chili. La dernière merveille de l’exploration cosmique se présente sous la forme d’une image si captivante qu’elle a été surnommée la « Main de Dieu ». Ce spectacle céleste, officiellement connu sous le nom de CG 4, est une boule cométaire située à environ 1 300 années-lumière dans la constellation de Puppis.
La caméra à énergie sombre (DECam), montée sur le Victor M. Le Blanco de 4 mètres de diamètre de l’Observatoire interaméricain de Cerro Tololo est l’instrument responsable de cette capture remarquable. L’image révèle une structure inquiétante, éthérée, semblable à une main, s’étendant à travers la Voie lactée, ses « doigts » composés de nuages denses de gaz et de poussière.
Les globules comètes comme CG 4 sont des phénomènes astronomiques intéressants caractérisés par des nuages denses et isolés entourés de matière chaude et ionisée. Malgré leur nom, ces structures n’ont rien à voir avec les comètes, mais tirent leur surnom de leur apparence comète, contenant souvent un excès de matière ressemblant à la queue d’une comète. La queue de CG 4 s’étend sur environ huit années-lumière, tandis que la main elle-même mesure 1,5 années-lumière.
Les mécanismes de formation des globules cométaires restent un sujet de débat scientifique, avec des hypothèses allant des effets sculpteurs des vents stellaires à l’influence des explosions de supernova. Les images comme celles capturées par DECam jouent un rôle central dans l’élucidation des processus derrière ces formations mystérieuses, aidant ainsi les astronomes dans leur quête de compréhension.
Les capacités uniques de DECam le rendent exceptionnellement bien adapté à l’observation d’objets célestes faibles. Équipé d’un filtre alpha à hydrogène, il peut imager l’hydrogène ionisé, pénétrant dans la poussière cosmique qui obscurcit souvent de minuscules formations telles que les globules cométaires. Les images qui en résultent présentent non seulement un intérêt scientifique, mais possèdent également une beauté captivante qui enflamme l’imagination.
La « Main de Dieu » immortalisée par DECam n’est pas seulement un spectacle visuel mais aussi une région d’une grande importance pour l’activité stellaire. La tête sphérique de la comète, éclairée par la lumière d’une étoile proche, révèle des détails complexes sur sa structure et sa composition. Pendant ce temps, sa queue allongée fait partie de la Grande Nébuleuse, une nébuleuse en émission située à environ 1 400 années-lumière.
La nébuleuse de la gomme, où se trouve la main de Dieu, est une vaste étendue de régions de formation d’étoiles. On pense que cette nébuleuse, qui s’étend selon un angle de 35 degrés, est le vestige d’une ancienne explosion de supernova et continue de s’étendre et de se développer sur des millions d’années.
L’image « Main de Dieu » capturée par DECam sert de passerelle vers la dynamique en cours au sein de la nébuleuse de la Gomme. Les données collectées à partir de ces images contribuent de manière significative à notre compréhension des processus de formation des étoiles et de la dynamique complexe des environnements nébulaires, améliorant ainsi l’exploration de l’univers par l’humanité.
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Des chercheurs de l’ETH Zurich ont montré pour la première fois comment les électrons forment des tourbillons dans un matériau à température ambiante. Leur expérience a utilisé un microscope à détection quantique à extrêmement haute résolution.
Lorsqu’un conducteur électrique ordinaire – tel qu’un fil métallique – est connecté à une batterie, les électrons du conducteur sont accélérés par le champ électrique généré par la batterie. Lorsqu’ils se déplacent, les électrons entrent fréquemment en collision avec des atomes d’impuretés ou des lacunes dans le réseau cristallin du fil, convertissant une partie de leur énergie cinétique en vibrations du réseau. L’énergie perdue au cours de ce processus se transforme en chaleur qui peut être ressentie, par exemple, en touchant une ampoule à incandescence.
Alors que les collisions avec les impuretés du réseau se produisent fréquemment, les collisions entre électrons sont beaucoup plus rares. Cependant, la situation change lorsque le graphène, une seule couche d’atomes de carbone disposés dans un réseau en nid d’abeilles, est utilisé à la place d’un fil de fer ou de cuivre ordinaire. Dans le graphène, les collisions d’impuretés sont rares et les collisions entre électrons jouent le rôle principal. Dans ce cas, les électrons se comportent comme un fluide visqueux. Par conséquent, des phénomènes d’écoulement bien connus, tels que des tourbillons, devraient se produire dans la couche de graphène.
Dans un rapport publié dans la revue scientifique Science, des chercheurs de l’ETH Zurich du groupe de Christian Degen ont pu pour la première fois détecter directement des vortex électroniques dans le graphène, à l’aide d’un capteur de champ magnétique à haute résolution.
Microscope à détection quantique haute sensibilité
Les vortex se sont formés en petits disques circulaires, que Degen et ses collègues ont attachés pendant le processus de fabrication à un ruban de graphène conducteur d’à peine un micromètre de large. Les disques avaient différents diamètres allant de 1,2 à 3 µm. Les calculs théoriques indiquent que des vortex électroniques devraient se former dans les disques plus petits, mais pas dans les disques plus grands.
Pour rendre les vortex visibles, les chercheurs ont mesuré de petits champs magnétiques produits par les électrons circulant dans le graphène. À cette fin, ils ont utilisé un capteur de champ magnétique quantique constitué d’un centre dit de lacune d’azote (NV) intégré dans la pointe d’une aiguille en diamant. Étant un défaut atomique, le centre NV se comporte comme un objet quantique dont les niveaux d’énergie dépendent d’un champ magnétique externe. À l’aide de faisceaux laser et d’impulsions micro-ondes, les états quantiques du centre peuvent être préparés de manière à être le plus sensible possible aux champs magnétiques. En lisant les états quantiques avec un laser, les chercheurs ont pu déterminer très précisément l’intensité de ces champs.
« Grâce aux petites dimensions de l’aiguille en diamant et à la faible distance de la couche de graphène – environ 70 nanomètres seulement – nous avons pu rendre visibles les courants électroniques avec une résolution inférieure à une centaine de nanomètres », explique Marius Palm, ancien chercheur. scientifique. Doctorant chez Degen Group. Cette résolution est suffisante pour voir les tourbillons.
Sens d’écoulement inversé
Dans leurs mesures, les chercheurs ont remarqué un signe distinctif des tourbillons attendus dans les disques plus petits : une inversion de la direction du flux. Alors que dans le transport normal (diffus) des électrons, les électrons dans la bande et le disque circulent dans la même direction, dans le cas d’un vortex, le sens du flux à l’intérieur du disque est inversé. Comme le prédisaient les calculs, aucun tourbillon n’a pu être observé dans les disques les plus grands.
« Grâce à notre capteur très sensible et à notre haute résolution spatiale, nous n’avons même pas eu besoin de refroidir le graphène et avons pu réaliser des expériences à température ambiante », explique Palm. De plus, lui et ses collègues ont découvert non seulement des vortex électroniques, mais également des vortex formés par des porteurs de trous. En appliquant une tension sous le graphène, ils ont modifié le nombre d’électrons libres de telle manière que le flux de courant n’était plus transporté par les électrons, mais par les électrons manquants, également appelés trous. Ce n’est qu’au point de neutralité de charge, où se trouve une petite concentration équilibrée d’électrons et de trous, que les vortex ont complètement disparu.
« À l’heure actuelle, la détection des vortex électroniques constitue une recherche fondamentale, et de nombreuses questions restent encore en suspens », explique Palm. Par exemple, les chercheurs doivent encore savoir comment les collisions d’électrons avec les limites du graphène affectent le modèle d’écoulement et quels effets se produisent dans les structures plus petites. La nouvelle méthode de détection utilisée par les chercheurs de l’ETH permet également d’examiner de plus près de nombreux autres effets exotiques de transfert d’électrons dans des structures microscopiques – des phénomènes qui se produisent à des échelles de longueur allant de plusieurs dizaines de nanomètres à quelques micromètres.
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La recherche sur la structure des centromères donne de nouvelles informations sur les mécanismes des erreurs de ségrégation chromosomique
Des chercheurs du groupe COPS, en collaboration avec des chercheurs de l’Université d’Édimbourg, ont fait une nouvelle découverte surprenante dans la structure du centromère, la structure impliquée pour garantir que les chromosomes se séparent correctement lorsqu’une cellule se divise. Des erreurs dans la ségrégation des chromosomes peuvent entraîner la mort cellulaire et le développement d’un cancer. Les chercheurs ont découvert que le centromère se compose de deux sous-domaines. Cette découverte fondamentale a des implications importantes pour le processus de ségrégation des chromosomes et fournit de nouveaux mécanismes sous-jacents aux divisions défectueuses des cellules cancéreuses. La recherche a été publiée dans cellule Le 13 maioui 2024.
Notre corps est constitué de milliards de cellules, dont la plupart ont une durée de vie limitée et doivent donc se reproduire pour remplacer les vieilles cellules. Ce processus de reproduction est appelé division cellulaire ou mitose. Lors de la mitose, la cellule mère duplique ses chromosomes afin de transmettre le matériel génétique aux cellules filles. Les paires de chromosomes identiques qui en résultent, les chromatides sœurs, sont maintenues ensemble par une structure appelée centromère. Les chromatides sœurs doivent ensuite être divisées à parts égales entre les deux cellules filles pour garantir que chaque cellule fille est une copie exacte de la cellule mère. Si des erreurs se produisent lors de la ségrégation, une cellule fille aura trop de chromosomes, tandis que l’autre en aura trop peu. Cela peut conduire à la mort cellulaire ou au développement d’un cancer.
Le rôle du centromère
Le centromère est une partie du chromosome qui joue un rôle essentiel dans la ségrégation des chromosomes pendant la mitose. Le processus de division des chromatides sœurs sur les cellules est dirigé par l’interaction entre les centromères et les structures appelées microtubules du fuseau. Ces microtubules fusiformes sont responsables du désassemblage des chromatides et ainsi de la séparation des chromatides sœurs. « Si l’attachement du centromère aux microtubules du fuseau ne se produit pas correctement, cela conduit à des erreurs de ségrégation chromosomique fréquemment observées dans le cancer », explique Carlos Sacristan Lopez, premier auteur de cette étude. Comprendre la structure des centromères peut contribuer à mieux comprendre la fonction des centromères et son rôle dans la mauvaise ségrégation des chromosomes.
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Pour étudier la structure du centromère, les chercheurs ont utilisé une combinaison de techniques d’imagerie et de séquençage. L’imagerie par microscopie à super-résolution a été réalisée à l’Institut Hubrecht, tandis que le groupe de Bill Earnshaw effectuait le séquençage. Cette collaboration a conduit à une nouvelle découverte surprenante dans la structure du centromère. On pensait auparavant qu’il s’agissait d’une structure compacte attachée à des microtubules multi-fuseaux, mais il s’est avéré que le centromère était constitué de deux sous-domaines. « C’était une découverte très surprenante, car les sous-domaines lient les microtubules indépendamment les uns des autres », explique Carlos. Cependant, pour former les bonnes associations, ils doivent rester étroitement liés. Cependant, dans les cellules cancéreuses, on observe souvent que les sous-domaines ne sont pas associés, conduisant à de fausses associations et à des erreurs de ségrégation chromosomique.
Cette découverte passionnante et très fondamentale contribue à notre compréhension de l’origine des erreurs de ségrégation chromosomique qui apparaissent fréquemment dans le cancer.
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