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Découvrez les secrets de la chimie spatiale
Les cristaux coulombiens entourés de molécules sont utilisés au Laboratoire Lewandowski pour étudier les réactions astrochimiques. Crédit : Stephen Burroughs/Olivia Krohn et le groupe Lewandowski
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Les cristaux coulombiens entourés de molécules sont utilisés au Laboratoire Lewandowski pour étudier les réactions astrochimiques. Crédit : Stephen Burroughs/Olivia Krohn et le groupe Lewandowski
Même si cela ne semble pas être le cas, l’espace interstellaire entre les étoiles n’est pas du tout vide. Des atomes, des ions, des molécules et bien plus encore existent dans cet environnement éthéré connu sous le nom de milieu interstellaire (ISM). L’ISM fascine les scientifiques depuis des décennies, avec au moins 200 molécules uniques formées dans son environnement froid et basse pression. C'est un sujet qui relie les domaines de la chimie, de la physique et de l'astronomie, car les scientifiques de chaque domaine travaillent pour déterminer les types de réactions chimiques qui s'y produisent.
Passons maintenant à la couverture de l'article Journal de chimie physique AHeather Lewandowski, boursière de la JILA et professeure de physique à l'Université du Colorado à Boulder, et Olivia Krohn, ancienne étudiante diplômée de la JILA, mettent en avant leur travail visant à imiter les conditions ISM à l'aide de cristaux de Coulomb, une structure pseudo-cristalline froide, pour observer les ions et les molécules neutres interagir les uns avec les autres.
Grâce à leurs expériences, les chercheurs ont pu résoudre la dynamique chimique des réactions neutres des ions en utilisant le microrefroidissement laser et la spectrométrie de masse pour contrôler les états quantiques, leur permettant ainsi de simuler avec succès les réactions chimiques ISM. Leurs travaux rapprochent les scientifiques de la réponse à certaines des questions les plus profondes sur l’évolution chimique de l’univers.
Filtrage par énergie
« Ce domaine réfléchit depuis longtemps aux réactions chimiques qui seront les plus importantes pour nous renseigner sur la composition du milieu interstellaire », explique Cron, premier auteur de l'étude.
« Un groupe vraiment important est celui des interactions moléculaires neutres des ions. Et c'est exactement à cela que convient ce dispositif expérimental du groupe Lewandowski, non seulement pour étudier les interactions chimiques neutres des ions, mais également à des températures relativement froides. »
Pour commencer l'expérience, Krohn et d'autres membres du groupe de Levandowski ont chargé un piège à ions dans une chambre à très vide avec différents ions. Les molécules neutres ont été présentées séparément. Même s’ils savaient quels réactifs seraient utilisés dans une expérience chimique de type ISM, les chercheurs n’étaient pas toujours sûrs des produits qui seraient produits. En fonction de leur test, les chercheurs ont utilisé différents types d'ions et de molécules neutres similaires à ceux trouvés dans l'ISM. Cela inclut CCl+ Ions fragmentés de tétrachloroéthylène.
« CCl+ On s’attend à ce qu’il se situe dans différentes régions de l’espace. « Mais personne n'a pu tester efficacement son interaction par le biais d'expériences sur Terre, car c'est très difficile à réaliser », ajoute Krohn. « Il faut le décomposer du tétrachloroéthylène avec un laser ultraviolet. Cela crée toutes sortes de fragments ioniques, pas seulement du CCl. »+« Cela pourrait compliquer les choses. »
Soit en utilisant du calcium, soit du CCl+ Ions Le dispositif expérimental a permis aux chercheurs de filtrer les ions indésirables à l'aide d'une excitation résonante, laissant derrière eux les produits chimiques réactifs.
« Vous pouvez secouer le piège à une fréquence qui correspond au rapport masse/charge d'un ion particulier, ce qui le fait sortir du piège », explique Krohn.
Refroidissement laser pour former des cristaux coulombiens
Après filtration, les chercheurs ont refroidi leurs ions en utilisant un processus appelé refroidissement Doppler. Cette technologie utilise la lumière laser pour réduire le mouvement des atomes ou des ions, les refroidissant efficacement en exploitant l'effet Doppler pour ralentir préférentiellement le mouvement des molécules vers le laser de refroidissement.
Lorsque le refroidissement Doppler a abaissé la température des particules jusqu'à des niveaux millikelvins, les ions se sont organisés en une structure pseudo-cristalline, un cristal coulombien, maintenu en place par des champs électriques à l'intérieur de la chambre à vide. Le cristal coulombien résultant avait une forme ellipsoïde avec des particules plus lourdes reposant dans une coquille à l'extérieur des ions calcium, poussées hors du centre du piège par les particules plus légères en raison des différences dans les rapports masse/charge.
Grâce au piège profond contenant les ions, les cristaux coulombiens peuvent rester piégés pendant des heures, et Krohn et son équipe peuvent les imager dans ce piège. En analysant les images, les chercheurs ont pu identifier et surveiller l’interaction en temps réel, et voir les ions s’organiser en fonction de leurs rapports masse/charge.
L’équipe a également déterminé la dépendance de l’état quantique de l’interaction des ions calcium avec l’oxyde nitrique en affinant les lasers cryogéniques, ce qui a permis de produire des combinaisons relatives spécifiques d’états quantiques pour les ions calcium piégés.
« Ce qui est amusant, c'est qu'il tire parti de l'une des techniques les plus spécifiques de la physique atomique pour examiner les interactions quantiques, ce qui, je pense, constitue un peu plus le cœur de la physique dans les trois domaines : chimie, astronomie et physique. , même si les trois sont ce qu'ils sont toujours impliqués.
Le timing est primordial
Outre la filtration par piège et le refroidissement Doppler, une troisième technique expérimentale a aidé les chercheurs à simuler les interactions ISM : une configuration de spectrométrie de masse à temps de vol (TOF-MS). Dans cette partie de l’expérience, une impulsion à haute tension a accéléré les ions à travers le tube de vol, où ils ont heurté un détecteur à plaque à microcanaux. Les chercheurs ont pu identifier les particules dans le piège en fonction du temps nécessaire aux ions pour atteindre la plaque et de leurs techniques d'imagerie.
« Grâce à cela, nous avons pu réaliser deux études différentes dans lesquelles nous avons pu résoudre les masses adjacentes pour les ions réactifs et produits », ajoute Kron.
Ce troisième bras de l'appareil expérimental de la chimie ISM a encore amélioré la précision, car les chercheurs disposent désormais de plusieurs moyens pour identifier les produits créés dans les réactions de type ISM et leurs masses spécifiques.
Le calcul de la masse des produits potentiels était particulièrement important, car l’équipe était alors en mesure d’échanger les réactifs initiaux avec des isotopes de masses différentes et de voir ce qui se passait.
Comme l'explique Krohn : « Cela nous permet de jouer des tours sympas comme remplacer des atomes d'hydrogène par des atomes de deutérium ou remplacer différents atomes par des isotopes plus lourds. Lorsque nous faisons cela, nous pouvons voir par spectrométrie de masse à temps de vol comment nos produits ont changé, ce qui est le cas. nous donne plus de confiance dans nos connaissances sur la façon d'identifier ce que sont ces produits.
Étant donné que les astrochimistes ont observé plus de molécules contenant du deutérium dans l'ISM que ce que l'on pourrait attendre du rapport atomique deutérium/hydrogène observé, l'échange isotopique dans des expériences comme celle-ci permet aux chercheurs de faire un pas de plus vers la détermination de la raison.
« Je pense que, dans ce cas, cela nous permet d'avoir une bonne détection de ce que nous voyons », explique Krohn. « Cela ouvre plus de portes. »
Plus d'information:
OA Krohn et al., Interactions moléculaires ioniques froides dans l'environnement extrême d'un cristal coulombien, Journal de chimie physique A (2024). est ce que je: 10.1021/acs.jpca.3c07546
Informations sur les magazines :
Journal de chimie physique A
29 août 2024
Le chef du commandement spatial américain espère que la prochaine fois que la Chine lancera un missile laissant derrière elle des débris spatiaux de longue durée, Pékin avertira Washington à l’avance, plutôt que de laisser les États-Unis découvrir par eux-mêmes le chaos orbital.
Parlez dans L’efficacité du Mitchell Institute for Aerospace Studies Lors d’une réunion à la base spatiale Peterson, au Colorado, le 28 août, le général Stephen N. Whiting a souligné deux incidents récents impliquant des débris spatiaux chinois comme étant une source de préoccupation et la nécessité d’améliorer la communication à l’avenir.
« Nous venons de voir le lancement de leur version de Constellation du soleil « Cela a laissé plus de 300 débris en orbite – une fusée Longue Marche 6A », a déclaré Whiting. « Il y a moins de deux ans, ils avaient une autre fusée, qui a mis plus de 500 débris à longue durée de vie… J’espère que la prochaine fois. que « Dans un missile comme celui-ci, il laisse beaucoup de débris. Ce ne sont pas nos capteurs qui détectent cela en premier, mais nous obtenons des communications qui nous aident à comprendre cela, tout comme nous communiquons avec les autres. »
L’incident le plus récent impliquant une fusée Longue Marche 6A s’est produit au début du mois, lorsque le lanceur transportait les 18 premiers satellites d’une constellation de communications prévue pour rivaliser avec Starlink. La fusée s’est brisée en orbite terrestre basse (LEO) quelques jours plus tard, répandant des débris et suscitant des inquiétudes parmi les experts. La société privée de suivi spatial a rapporté que la désintégration pourrait produire plus de 10… 900 épaves shrapnel.
Whiting a noté que les débris provenaient de l’étage supérieur de la fusée après le lancement des satellites, indiquant que la mission était « généralement réussie ». Cependant, à des altitudes plus élevées, les débris resteront en orbite plus longtemps.
« Nous ne voulons certainement pas voir ce genre de débris », a ajouté Whiting.
Les débris se trouvent généralement sur des orbites inférieures à 600 km (373 miles). Il revient sur Terre après quelques annéesÀ une altitude de 800 km, sa décomposition peut prendre des siècles. Avec de plus en plus de satellites en orbite terrestre basse et des débris persistants provenant de lancements peu judicieux, La probabilité de collisions continue d’augmenter.
Selon le général à la retraite Kevin Shelton, directeur du Centre d’excellence sur l’énergie spatiale du Mitchell Institute, les États-Unis ont déjà eu des problèmes similaires avec des débris à haute altitude, mais ont commencé à évacuer le carburant et les gaz des étages de fusée avant d’entrer en orbite. Cette pratique réduisait les débris et le risque de désintégration, et la Russie l’adopta peu après. Whiting a déclaré qu’on ne savait pas actuellement si la Chine utilisait cette méthode.
« Depuis des décennies, les États-Unis s’intéressent tellement à l’espace que nous avons mis la grande majorité de nos données de suivi à la disposition du monde entier », a déclaré Whiting. « Chaque jour, nous analysons tous les satellites actifs à la recherche de tous ces débris, et nous en informons tout le monde, y compris les Chinois et les Russes… parce que nous ne voulons pas que les satellites heurtent des débris et laissent derrière eux d’autres débris. »
Le développement rapide des capacités spatiales et l’augmentation significative des déploiements de satellites par la Chine et la Russie restent une préoccupation majeure quant à la manière dont les États-Unis abordent le domaine spatial. Chef adjoint des opérations spatiales, le général Michael A. Gotlin a souligné que les récentes mesures prises par ces pays prouvent leur intention d’opérer de manière dangereuse dans ce domaine.
« Ils créent beaucoup de débris et d’orbites que nous devons contourner, ou ils mettent en danger des choses comme la Station spatiale internationale », a déclaré Gotlin lors du Sommet AFCEA/INSA sur le renseignement et la sécurité nationale à Rockville, Maryland, le 28 août. Il a ajouté : « Ils ne se soucient même pas de la sécurité des astronautes. Si ce n’est pas dangereux et non professionnel, je ne sais pas ce que c’est. »
En novembre 2021, la Russie a procédé à un test de missile antisatellite, aboutissant à la création d’un Grande quantité de débris En orbite terrestre basse, ce qui présente un danger pour la Station spatiale internationale et incite l’équipage à prendre des mesures de précaution. En outre, Moscou a également été témoin Une série de fuites de liquide de refroidissement Ces dernières années, la Chine a lancé son propre vaisseau spatial. Même s’il n’y a pas de négociations prévues avec la Russie sur le développement spatial, les espoirs sont grands d’une communication plus active avec Pékin sur les alertes spatiales.
« Nous donnons ces avis aux Chinois, et au cours de l’année dernière, nous avons vu à plusieurs reprises qu’ils nous ont donné quelques avis en retour, et je pense que c’est une chose positive. Nous n’avons aucune discussion. prévu avec la Russie », a déclaré Whiting.
science
À la recherche de pierres précieuses : caractérisation de six planètes géantes en orbite autour de naines froides
Données d’imagerie à contraste élevé pour toutes les cibles. Dans chaque panneau, nous montrons la limite de contraste de 5σ atteinte en fonction de la séparation angulaire de l’étoile hôte pour chaque ensemble de données à contraste élevé. Nous traçons également des cachets postaux de 1,4″ × 1,4″ d’images NESSI reconstruites en bande z (encadré à droite dans chaque panneau) pour toutes les cibles et des images AO (encarts à gauche) pour TOI-5414, TOI-5616, TOI-5634A et TOI-6034. — astro-ph.EP
Les exoplanètes géantes transitant autour d’étoiles naines de type M (GEMS) sont rares, en raison de la faible masse de leurs étoiles hôtes. Cependant, la couverture de l’ensemble du ciel par TESS a permis d’en détecter un nombre croissant pour permettre des enquêtes statistiques telles que le GEMS Search Survey.
Dans le cadre de cet effort, nous décrivons les observations de six planètes géantes en transit, qui incluent des mesures de masse précises pour deux GEMS (K2-419Ab, TOI-6034b) et une validation statistique de quatre systèmes, qui incluent une vérification et des limites de masse supérieures pour trois d’entre elles. (TOI-5218b, TOI-6034b). 5616b, TOI-5634Ab), tandis que le quatrième système – TOI-5414b – est classé comme « planète potentielle ».
Nos observations incluent les vitesses radiales du Habitable Zone Planet Finder sur le télescope Hobby-Eberly et de l’observatoire Maroon-X sur Gemini-North, ainsi que la photométrie et l’imagerie à contraste élevé provenant de plusieurs installations au sol. En plus de la photométrie TESS, K2-419Ab a également été observé et validé statistiquement dans le cadre de la mission K2 au cours des campagnes 5 et 18, qui fournit des contraintes orbitales et planétaires précises malgré la faible luminosité de l’étoile hôte et la longue période orbitale d’environ 20,4 jours.
Avec une température d’équilibre de seulement 380 K, K2-419Ab est l’une des planètes en transit les plus froides et les mieux caractérisées connues. TOI-6034 a un compagnon tardif de type F à environ 40 secondes d’arc, ce qui en fait la première étoile hôte GEMS à avoir un ancien compagnon binaire sur la séquence principale. Ces confirmations s’ajoutent au petit échantillon existant de planètes en transit GEMS confirmées.
Shubham Kanodia, Arvind F. Gupta, Caleb I. Canas, Lea Marta Bernabo, Varghese Reggie, T. Hahn, Madison Brady, Andreas Seyfart, William D. Cochrane, Nydia Morrell, Ritvik Basant, Jacob Bean et Chad F. Bender, Zoé L. De Bors, Alison Perella, Alexina Birkholz, Nina Brown, Franklin Chapman, David R. Ciardi, Catherine A. Clark, Ethan J. Cotter, Scott A. Diddams, Samuel Halverson, Susan Hawley, Leslie Hebb, Ray Holcomb, Steve B. Howell, Henry A. Kobolnicki, Adam F. Kowalski, Alexander Larsen, Jessica Libby Roberts, Andrea S. J. Lin, Michael B. Lund, Raphael Locke, Andrew Munson, Joe B. Ninan, Brooke A. Parker, Nishka Patel, Michael Rudrak, Gabrielle Ross, Arpita Roy, Christian Schwab, Jomundur Stefansson, Aubrey Thoms, Andrew Vanderberg
Commentaires : Accepté dans AJ
Sujets : Astrophysique terrestre et planétaire (astro-ph.EP)
Citer ce qui suit : arXiv:2408.14694 [astro-ph.EP] (ou arXiv :2408.14694v1 [astro-ph.EP] (pour cette version)
https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.14694
Concentrez-vous pour en savoir plus
Date de publication
De : Shubham Kanodia
[v1] Lundi 26 août 2024, 23:47:24 UTC (5 169 Ko)
https://arxiv.org/abs/2408.14694
Astrobiologie
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La Federal Aviation Administration des États-Unis a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX dans l’attente d’une enquête sur un rare accident d’atterrissage au large des côtes.
La Federal Aviation Administration a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX en attendant une enquête visant à déterminer pourquoi le propulseur du premier étage s’est arrêté. Collision avec un bateau de débarquement tôt mercredi après avoir contribué au lancement d’un autre lot de satellites Internet Starlink.
après Se lever Après avoir reporté mardi soir le lancement du vaisseau spatial avec équipage Polaris Dawn en raison de prévisions météorologiques à long terme défavorables, SpaceX a continué à travailler sur le premier des lancements consécutifs de satellites Starlink, un depuis la Floride et un depuis la Californie.
Mais le deuxième vol a été annulé après que le premier étage utilisé lors du lancement en Floride s’est brisé et est tombé dans l’océan Atlantique alors qu’il tentait d’atterrir sur un drone SpaceX stationné à des centaines de kilomètres au nord-est de Cap Canaveral.
EspaceX
La FAA a déclaré qu’elle ordonnerait une enquête, immobilisant efficacement les fusées Falcon 9 de SpaceX – y compris la fusée Polaris Dawn – jusqu’à ce que l’enquête soit terminée et que les mesures correctives soient approuvées.
« Le retour en vol de la fusée Falcon 9 dépend de la détermination par la FAA que tout système, processus ou procédure lié à l’anomalie n’a pas d’impact sur la sécurité publique », a déclaré la FAA dans un communiqué.
« En outre, SpaceX devra peut-être demander et obtenir l’approbation de la FAA pour modifier sa licence qui inclut des actions correctives et satisfaire à toutes les autres exigences de licence », a ajouté l’agence.
Mardi soir, SpaceX a reporté un lancement prévu mercredi Mission Aube PolarisLe lancement d’un vol commercial comprenant la première sortie dans l’espace par une organisation non gouvernementale a été reporté à vendredi au plus tôt en raison des conditions météorologiques attendues à la fin de la mission. Le lancement a été suspendu indéfiniment dans l’attente d’une enquête sur l’accident à l’atterrissage.
L’échec de l’atterrissage a mis fin à une séquence de 267 récupérations consécutives réussies de boosters remontant à février 2021. Cependant, le deuxième étage de la fusée Falcon 9 a réussi à transporter 21 satellites Starlink sur leur orbite prévue.
L’atterrissage du premier étage semblait normal jusqu’au moment de l’atterrissage, lorsque plus de flammes que d’habitude sont apparues autour de la base de la fusée à l’approche du pont de la fusée. L’une des jambes d’atterrissage s’est effondrée immédiatement après l’atterrissage et la fusée d’appoint, masquée par le feu et la fumée, s’est renversée par-dessus le côté de la péniche de débarquement dans l’océan Atlantique.
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« Après une ascension réussie, le premier étage d’une fusée Falcon 9 s’est retourné après son atterrissage sur le vaisseau spatial sans pilote ‘Zero Gravity' », SpaceX Il a dit sur les réseaux sociaux« Les équipes évaluent les données de vol et l’état du missile. »
Il s’agissait du 23e premier étage de la fusée B1062, qui s’est avéré être son dernier lancement et atterrissage, un nouveau record de réutilisabilité. SpaceX autorise les premiers étages de la fusée Falcon 9 pour un maximum de 40 vols par étage.
Peu de temps après le déploiement des satellites Starlink en Floride, la société a annulé le lancement en Californie, qui était prévu à 5 h 58 HAE, pour donner aux ingénieurs plus de temps pour examiner la télémétrie et les séquences vidéo, à la recherche de tout signe de problème. affecter d’autres missiles.
« Retrait de notre deuxième lancement @Starlink la nuit pour donner à l’équipe le temps d’examiner les données d’atterrissage du booster du lancement précédent », a déclaré SpaceX. Il a dit« Une nouvelle date de lancement cible sera partagée une fois disponible. »
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