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Comment le télescope romain de la NASA éclairera les mystères de la Voie Lactée

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Comment le télescope romain de la NASA éclairera les mystères de la Voie Lactée

Le prochain télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA offrira des vues sans précédent du cœur de la Voie lactée. Utilisant principalement des microlentilles, la mission observera des centaines de millions d’étoiles, identifiant potentiellement l’exoplanète la plus éloignée et révolutionnant l’astronomie temporelle.

NASANancy Grâce Télescope spatial romaindont le lancement est prévu en 2027, vise à révolutionner notre compréhension de Voie Lactée Grâce aux microlentilles, possibilité de découvrir de nouvelles planètes, trous noirs et phénomènes cosmiques.

Le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA offrira l’une des vues les plus profondes jamais vues du cœur de notre Voie lactée. La mission surveillera des centaines de millions d’étoiles à la recherche d’éclairs de planètes, d’étoiles lointaines, de petits corps glacés hantant les limites de notre système solaire, de trous noirs isolés, et bien plus encore. Roman est susceptible d’établir un nouveau record pour la distance la plus longue connue Exoplanèteoffrant un aperçu d’une région galactique différente qui pourrait abriter des mondes très différents des plus de 5 500 actuellement connus.


Regardez cette vidéo pour en savoir plus sur l’astronomie du domaine temporel et comment le temps sera un élément clé dans l’exploration du renflement galactique avec le télescope spatial romain Nancy Grace. Source : Centre de vol spatial Goddard de la NASA

Une révolution en astronomie dans le domaine temporel

Les observations du ciel à long terme de Roman qui permettront d’obtenir ces résultats sont une aubaine pour ce que les scientifiques appellent l’astronomie temporelle, qui étudie la façon dont l’univers évolue au fil du temps. Roman rejoindra une flotte internationale croissante d’observatoires travaillant ensemble pour capturer ces changements à mesure qu’ils se déroulent. L’étude dans le domaine temporel des renflements galactiques de Roman se concentrera sur la Voie Lactée, en utilisant la vue infrarouge du télescope (voir vidéo ci-dessous) pour voir les nuages ​​de poussière qui pourraient bloquer notre vision de la région centrale surpeuplée de notre galaxie.

« Roman sera une machine de découverte étonnante, combinant une vision large de l’espace avec une vision aiguë », a déclaré Julie McNairy, scientifique du projet Roman au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. « Ses enquêtes dans le domaine temporel produiront un trésor de nouvelles informations sur l’univers. »


Le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA pourra explorer des questions plus cosmiques, grâce à un nouveau filtre proche infrarouge. La mise à niveau permettra à l’observatoire de voir des longueurs d’onde de lumière plus longues, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités passionnantes de découvertes depuis les limites de notre système solaire jusqu’aux confins de l’espace. Source : Centre de vol spatial Goddard de la NASA

La microlentille et son importance

Lors du lancement de ROMAN, prévu d’ici mai 2027, la mission scannera le centre de la Voie lactée à la recherche d’événements de microlentille, qui se produisent lorsqu’un objet tel qu’une étoile ou une planète s’aligne presque parfaitement avec une étoile d’arrière-plan qui n’est pas pertinente à notre vue. . Parce que tout a une masse Cela déforme le tissu de l’espace-tempsLa lumière provenant de l’étoile lointaine se courbe autour de l’objet le plus proche lorsqu’elle passe à proximité. L’objet le plus proche agit donc comme une loupe naturelle, créant un pic temporaire de luminosité de la lumière de l’étoile en arrière-plan. Ce signal permet aux astronomes de savoir qu’il y a un objet intermédiaire, même s’ils ne peuvent pas le voir directement.

Modèle galaxie de Besançon NASA Roman

Une image simulée des observations de Roman vers le centre de notre galaxie, qui s’étend sur un peu moins de 1 % de la superficie totale de l’enquête sur le domaine temporel du renflement galactique de Roman. Les étoiles simulées ont été extraites du modèle galactique de Besançon. Crédit : Matthew Penny (Université d’État de Louisiane)

Dans les plans actuels, l’enquête consistera à prendre une image toutes les 15 minutes, 24 heures sur 24, pendant environ deux mois. Les astronomes répéteront le processus six fois au cours de la mission principale de cinq ans de Roman, pour un total de plus d’un an d’observations.

« Ce sera l’une des expositions du ciel les plus longues jamais réalisées », a déclaré Scott Gaudy, professeur d’astronomie à l’Université d’État de l’Ohio à Columbus, dont les recherches aident à orienter la stratégie d’enquête de Roman. « Cela couvrira un territoire largement inexploré en ce qui concerne les planètes. »

Attentes de découverte

Les astronomes s’attendent à ce que l’enquête révèle plus d’un millier de planètes en orbite loin de leurs étoiles hôtes et dans des systèmes situés plus loin de la Terre que n’importe quelle mission précédente n’avait découvert. Cela inclut certaines planètes qui pourraient se trouver dans la zone habitable de leur étoile hôte – la gamme de distances orbitales où de l’eau liquide pourrait exister à la surface – et des mondes qui pèsent quelques fois moins que la masse de la Lune.

Observations du télescope spatial romain à microlentille

Le concept de cet artiste montre la région qu’une étude temporelle du renflement galactique de la Voie Lactée couvrirait. La densité plus élevée d’étoiles dans cette direction produira plus de 50 000 événements de microlentilles, qui révéleront des planètes, des trous noirs, des étoiles à neutrons et des objets transneptuniens, et permettront une science stellaire passionnante. L’enquête couvrira également des territoires relativement inexplorés lorsqu’il s’agira de trouver des planètes. Ceci est important car la façon dont les planètes se forment et évoluent peut être différente selon leur emplacement dans la galaxie. Notre système solaire se trouve à la périphérie de la Voie lactée, à peu près à mi-chemin de l’un des bras spiraux de la galaxie. Une étude récente du télescope spatial Kepler montre que les étoiles situées à la périphérie de la Voie lactée comptent moins de types de planètes parmi les plus courants découverts à ce jour. Roman regarderait dans la direction opposée, vers le centre galactique, et pourrait également trouver des différences dans ce voisinage galactique. Source de l’image : Centre de vol spatial Goddard de la NASA/Laboratoire CI

Roman peut également détecter des mondes « voyous » qui ne tournent pas du tout autour d’une étoile à l’aide de microlentille. Ces parias cosmiques peuvent s’être formés de manière isolée ou avoir été expulsés de leurs systèmes planétaires d’origine. Son étude fournit des indices sur la façon dont les systèmes planétaires se forment et évoluent.

Les observations de Roman aideront également les astronomes à explorer dans quelle mesure des planètes communes existent autour de différents types d’étoiles, y compris les systèmes binaires. La mission estimera combien de mondes avec deux étoiles hôtes existent dans notre galaxie en identifiant de véritables planètes « Tatooine », en s’appuyant sur les travaux commencés par l’équipe de la NASA. Télescope spatial Kepler et TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite).

Certaines des choses que l’enquête identifiera se situent dans une zone grise cosmique. Connues sous le nom de naines brunes, elles sont trop massives pour être des planètes, mais pas assez massives pour s’enflammer comme des étoiles. Son étude permettra aux astronomes d’explorer les frontières entre la formation des planètes et des étoiles.

Roman devrait également observer plus d’un millier d’étoiles à neutrons et des centaines de trous noirs de masse stellaire. Ces objets lourds se forment après qu’une étoile massive a épuisé son carburant et s’est effondrée. Les trous noirs sont presque impossibles à trouver lorsqu’ils n’ont pas de compagnon visible pour indiquer leur présence, mais Roman serait capable de les repérer même s’ils n’étaient pas accompagnés, car la microlentille repose uniquement sur la gravité de l’objet. La mission trouvera également des étoiles à neutrons isolées, qui sont les noyaux restants d’étoiles qui n’étaient pas assez massives pour devenir des trous noirs.


Cette animation compare les signaux de deux méthodes de détection de planètes : la microlentille (en haut) et le transit (en bas) pour les planètes de masse élevée et faible. Les microlentilles créent des pics de luminosité de l’étoile, tandis que les transits ont l’effet inverse. Étant donné que les deux méthodes impliquent de suivre la quantité de lumière que nous recevons des étoiles au fil du temps, les astronomes pourront utiliser le même ensemble de données pour les deux méthodes. Source de l’image : Centre de vol spatial Goddard de la NASA/Laboratoire CI

Objets cosmiques et études stellaires

Les astronomes romains l’utiliseraient pour trouver des milliers de Ceinture de Kuiper Les objets, qui sont pour la plupart des corps glacés dispersés au-delà Neptune. Le télescope en détectera quelques-uns d’un diamètre aussi petit qu’environ six milles (environ 1 pour cent de Plutondiamètre), parfois parce qu’ils sont visibles directement à partir de la lumière solaire réfléchie, et parfois parce qu’ils bloquent la lumière des étoiles en arrière-plan.

Un type de jeu d’ombres similaire révélera 100 000 planètes passant entre la Terre et le centre galactique. Ces mondes se croisent devant leur étoile hôte lors de leur rotation et la lumière que nous recevons de l’étoile est temporairement atténuée. Cette méthode révélera des planètes en orbite beaucoup plus proches de leurs étoiles hôtes que ne le fait la microlentille, dont certaines sont probablement situées dans la zone habitable.

Les scientifiques mèneront également des études sur les séismes stellaires sur 1 million d’étoiles géantes. Cela comprendra l’analyse des changements de luminosité provoqués par la fréquence des ondes sonores à travers l’intérieur gazeux de l’étoile pour en savoir plus sur sa structure, son âge et d’autres caractéristiques.

Toutes ces découvertes scientifiques et bien d’autres proviendront de l’étude temporelle du renflement galactique réalisée par Romain, qui représentera moins d’un quart du temps d’observation de la mission principale de cinq ans de Romain. Sa vision étendue de l’espace permettra aux astronomes de mener bon nombre de ces études d’une manière jamais possible auparavant, nous offrant ainsi une nouvelle vision de l’univers en constante évolution.

Le télescope spatial romain Nancy Grace est exploité au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, avec la participation du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, de Caltech/IPAC en Californie du Sud, du Space Telescope Science Institute de Baltimore et d’une équipe scientifique comprenant des scientifiques de autour du monde. Instituts de recherche. Les principaux partenaires industriels sont Ball Aerospace and Technologies Corporation de Boulder, Colorado ; L3Harris Technologies à Melbourne, en Floride ; et Teledyne Scientific & Imaging à Thousand Oaks, en Californie.

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Le framework CUISINES pour les projets de comparaison de modèles exoplanétaires, version 1.0

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Le framework CUISINES pour les projets de comparaison de modèles exoplanétaires, version 1.0

Illustration de la conception expérimentale générale du CREME exoMIP (Tsigaridis et al. en préparation), comme exemple de la façon dont l’exoMIP peut être structuré pour permettre une large participation communautaire. — Ph.EP astronomique

Alors que le télescope spatial James Webb commence à renvoyer des observations, il est plus important que jamais que les modèles climatiques exoplanétaires soient capables de prédire de manière cohérente et correcte l’observabilité des exoplanètes, de récupérer leurs données et d’interpréter les environnements planétaires à partir de ces données.

Les comparaisons entre modèles jouent un rôle crucial dans ce contexte, surtout à l’heure où peu de données sont disponibles pour valider les prédictions des modèles. Le groupe de travail CUISINES du Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) de la NASA soutient une approche systématique pour évaluer les performances des modèles d’exoplanètes et fournit ici un cadre pour mener des projets d’intercomparaison de modèles d’exoplanètes organisés par la communauté (exoMIP).

Le cadre CUISINES adapte spécifiquement les pratiques de la communauté climatique terrestre pour répondre aux besoins des chercheurs exoplanétaires, y compris une gamme de types de modèles, de cibles planétaires et d’études spatiales paramétriques. Son objectif est d’aider les chercheurs à travailler collectivement, équitablement et ouvertement pour atteindre des objectifs communs.

Le cadre CUISINES repose sur cinq principes : 1) Définir à l’avance la ou les questions de recherche que exoMIP vise à aborder. 2) Créer une conception pilote qui maximise la participation de la communauté et en faire la publicité largement. 3) Planifiez un calendrier de projet qui permet à tous les membres d’exoMIP de participer pleinement. 4) Créer des produits de données à partir des résultats du modèle pour une comparaison directe avec les observations. 5) Créez un plan de gestion des données applicable aujourd’hui et évolutif à l’avenir.

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Au cours des premières années de son existence, CUISINES fournit déjà un soutien logistique à 10 exoMIP et continuera à organiser des ateliers annuels pour approfondir les commentaires de la communauté et présenter de nouvelles idées d’exoMIP.

Linda E. Sohl, Thomas J. Fuchez, Sean Domagal-Goldman, Duncan A. Christie, Russell Detrick, Jacob Haque-Misra, C.E. Harman, Nicholas Iero, Nathan J. Mayne, Costas Tsigarides, Geronimo L. Villanueva, Ambre V. Jeune, Guillaume Chaverot

Commentaires : 14 pages, deux numéros
Sujets : Astrophysique terrestre et planétaire (astro-ph.EP) ; Instruments et méthodes astrophysiques (astro-ph.IM)
Citer comme : arXiv:2406.09275 [astro-ph.EP] (ou arXiv :2406.09275v1 [astro-ph.EP] pour cette version)
Date de soumission
Qui : Linda Suhl
[v1] Jeudi 13 juin 2024, 16:14:22 UTC (903 Ko)
https://arxiv.org/abs/2406.09275
Astrobiologie

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Ingénieur – Des « mégaclusters » de satellites pourraient mettre en péril la reconstitution du trou d’ozone

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Ingénieur – Des « mégaclusters » de satellites pourraient mettre en péril la reconstitution du trou d’ozone

Le Protocole de Montréal de 1987 a réglementé avec succès les CFC nocifs pour la couche d’ozone afin de protéger la couche d’ozone, réduisant ainsi le trou d’ozone au-dessus de l’Antarctique, et une reprise est attendue dans les 50 prochaines années.

Cependant, de nouvelles recherches de Université de Californie du Sud Ecole d’Ingénieurs de Viterbi Il a montré que ces oxydes ont été multipliés par huit entre 2016 et 2022 et continueront de s’accumuler à mesure que le nombre de satellites en orbite terrestre basse (LEO) augmentera, mettant ainsi la couche d’ozone en danger dans les décennies à venir.

Les chercheurs ont expliqué que sur 8 100 objets en orbite terrestre basse, 6 000 sont des satellites Starlink lancés au cours des dernières années et que la demande d’une couverture Internet mondiale entraîne une augmentation rapide du lancement d’essaims de petits satellites de communication.

SpaceX est le leader de ce projet, avec l’autorisation de lancer 12 000 satellites Starlink supplémentaires et jusqu’à 42 000 satellites prévus. Amazon et d’autres sociétés dans le monde envisagent également de créer des constellations allant de 3 000 à 13 000 satellites, ajoutent les auteurs de l’étude.

Les satellites Internet ont une durée de vie d’environ cinq ans seulement, les entreprises doivent donc lancer des satellites de remplacement pour maintenir le service Internet, ce qui poursuit un cycle d’obsolescence programmée et de contamination imprévue, ont indiqué les chercheurs.

Les oxydes d’aluminium déclenchent des réactions chimiques qui détruisent l’ozone stratosphérique, qui protège la Terre des rayons ultraviolets. Les oxydes ne réagissent pas chimiquement avec les molécules d’ozone, mais conduisent plutôt à des réactions destructrices entre l’ozone et le chlore, conduisant à l’appauvrissement de la couche d’ozone.

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Étant donné que les oxydes d’aluminium ne sont pas consommés dans ces réactions chimiques, ils peuvent continuer à détruire molécule après molécule d’ozone pendant des décennies à mesure qu’ils dérivent dans la stratosphère, ont indiqué les chercheurs.

« Ce n’est que ces dernières années que les gens ont commencé à penser que cela pourrait devenir un problème », a déclaré Joseph Wang, chercheur en astronautique à l’Université de Californie du Sud et auteur correspondant de l’étude, dans un communiqué. « Nous avons été l’une des premières équipes à considérer les implications de ces faits. »

Puisqu’il est impossible de collecter des données sur des engins spatiaux en feu, des études antérieures ont utilisé des analyses de micrométéorites pour estimer la contamination potentielle. Cependant, les chercheurs ont indiqué que les micrométéorites contiennent très peu d’aluminium, un métal qui représente 15 à 40 % de la masse de la plupart des satellites. Ces estimations ne s’appliquent donc pas bien aux nouveaux satellites.

Au lieu de cela, les chercheurs ont modélisé la composition chimique et les liaisons au sein des matériaux satellites lors de leurs interactions aux niveaux moléculaire et atomique. Les résultats ont permis aux chercheurs de comprendre comment la matière change avec différents apports d’énergie.

L’étude a été financée par NASAIl a été constaté qu’en 2022, la rentrée des satellites a augmenté la quantité d’aluminium dans l’atmosphère de 29,5 % au-dessus des niveaux normaux.

La modélisation a montré qu’un satellite typique de 250 kg avec 30 pour cent de sa masse d’aluminium générerait environ 30 kg de nanoparticules d’oxyde d’aluminium (taille de 1 à 100 nanomètres) lors de la rentrée. La plupart de ces particules sont générées dans la mésosphère, entre 50 et 85 kilomètres (30 à 50 miles) au-dessus de la surface de la Terre.

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L’équipe a ensuite calculé que, en fonction de la taille des particules, il faudrait jusqu’à 30 ans pour que les oxydes d’aluminium dérivent jusqu’aux hauteurs stratosphériques, où se trouvent 90 % de l’ozone troposphérique.

Les chercheurs estiment qu’au moment où les constellations de satellites actuellement prévues seront achevées, 912 tonnes d’aluminium tomberont sur Terre chaque année. Cela libérerait environ 360 tonnes d’oxydes d’aluminium par an dans l’atmosphère, soit une augmentation de 646 % par rapport aux niveaux naturels.

L’étude a été publiée dans la revue en libre accès AGU Lettres de recherche géophysiqueentièrement lisible ici.

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Des chercheurs de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau terrestre perdait de la vitesse.

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Des chercheurs de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau terrestre perdait de la vitesse.

Le noyau interne a commencé à ralentir vers 2010, se déplaçant plus lentement que la surface de la Terre. Crédit : Université de Californie du Sud

Une nouvelle étude fournit des preuves claires que le noyau interne de la Terre a commencé à ralentir vers 2010.

Université de Californie du Sud Les scientifiques ont découvert que le noyau interne de la Terre ralentit par rapport à la surface de la planète, un phénomène qui a commencé vers 2010 après des décennies de tendance inverse. Ce changement majeur a été révélé par l’analyse de données sismiques détaillées provenant de tremblements de terre et d’essais nucléaires. La décélération est affectée par la dynamique du noyau externe liquide environnant et par l’attraction gravitationnelle du manteau terrestre, ce qui peut légèrement affecter la rotation de la Terre.

Dynamique du noyau interne

Des scientifiques de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau interne de la Terre reculait – ralentissait – par rapport à la surface de la planète, comme le montre une nouvelle étude publiée le 12 juin dans la revue nature.

La communauté scientifique débat depuis longtemps du mouvement du noyau interne, certaines études suggérant qu’il tourne plus vite que la surface de la Terre. Cependant, des recherches récentes de l’Université de Californie du Sud montrent de manière concluante qu’à partir de 2010 environ, le noyau interne a ralenti et se déplace désormais à un rythme plus lent que la surface de la planète.

« Quand j’ai vu pour la première fois les sismogrammes qui faisaient allusion à ce changement, j’ai été mystifié », a déclaré John Vidal, professeur de géosciences au doyen de l’USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences. « Mais lorsque nous avons trouvé vingt autres observations pointant vers le même schéma, la conclusion était inévitable. Le noyau interne avait ralenti pour la première fois depuis plusieurs décennies. D’autres scientifiques ont récemment plaidé en faveur de modèles similaires et différents, mais notre dernière étude fournit la solution la plus convaincante. »

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Déclin et ralentissement relatifs

Le noyau interne est dans un état d’inversion et de rétraction par rapport à la surface de la planète car il se déplace légèrement plus lentement au lieu de plus vite que le manteau terrestre pour la première fois depuis environ 40 ans. Par rapport à sa vitesse des décennies précédentes, le noyau interne ralentit.

Le noyau interne est une boule solide de fer et de nickel entourée d’un noyau externe de fer et de nickel liquides. D’environ la taille de la Lune, le noyau interne se trouve à plus de 3 000 milles sous nos pieds et présente un défi pour les chercheurs : il ne peut être ni visité ni vu. Les scientifiques doivent utiliser les ondes sismiques des tremblements de terre pour créer des visualisations du mouvement du noyau interne.

Une nouvelle approche de l’approche itérative

Vidal et Wei Wang, de l’Académie chinoise des sciences, ont utilisé des formes d’onde et des tremblements de terre répétés, contrairement à d’autres recherches. Les tremblements de terre répétés sont des événements sismiques qui se produisent au même endroit pour produire des sismogrammes identiques.

Dans cette étude, les chercheurs ont compilé et analysé les données sismiques enregistrées autour des îles Sandwich du Sud à partir de 121 tremblements de terre répétés survenus entre 1991 et 2023. Ils ont également utilisé les données de deux essais nucléaires soviétiques entre 1971 et 1974, ainsi que des essais répétés français et américains. Expériences nucléaires issues d’autres études du noyau interne.

Vidal a déclaré que le ralentissement de la vitesse du noyau interne était causé par le balancement du noyau externe de fer liquide qui l’entoure, qui génère le champ magnétique terrestre, en plus des forces gravitationnelles des zones denses du manteau rocheux sus-jacent.

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Impact sur la surface de la Terre

Les effets de ce changement dans le mouvement du noyau interne de la surface terrestre ne peuvent que faire l’objet de spéculations. Vidal a déclaré que le retrait du noyau interne pourrait modifier la durée d’une journée de quelques fractions de seconde : « Il est très difficile de remarquer que, de l’ordre d’un millième de seconde, il se perd presque dans le bruit des océans. et l’ambiance. »

Les futures recherches menées par les scientifiques de l’USC espèrent tracer plus en détail le chemin du noyau interne afin de révéler exactement pourquoi il change.

« La danse intérieure du cœur est peut-être plus vibrante que ce que nous connaissons jusqu’à présent », a déclaré Vidal.

Référence : « Inner Core Retraction by Seismic Waveform Reflections » par Wei Wang, Jun E. Fidel, Guanying Pang, Keith D. Cooper et Ruyan Wang, 12 juin 2024, nature.
est ce que je: 10.1038/s41586-024-07536-4

Outre Vidal, les autres auteurs de l’étude comprennent Ruian Wang de l’Université de Californie du Sud Dornsife, Wei Wang de l’Académie chinoise des sciences, Guanying Pang de l’Université Cornell et Keith Cooper de l’Université de l’Utah.

Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation (EAR-2041892) et l’Institut de géologie et de géophysique de l’Académie chinoise des sciences (IGGCAS-201904 et IGGCAS-202204).

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