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Des scientifiques construisent un modèle de l’atmosphère martienne pour le retour d’échantillons mission-china.org.cn

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Des scientifiques construisent un modèle de l’atmosphère martienne pour le retour d’échantillons mission-china.org.cn

Une image publiée par l’Administration spatiale nationale chinoise (CNSA) le 1er janvier 2022 montre l’image de groupe de l’orbiteur et de Mars. [CNSA/Handout via Xinhua]

Des scientifiques chinois ont développé un nouveau modèle numérique pour simuler l’environnement atmosphérique de Mars, fournissant ainsi un soutien à la recherche pour la mission chinoise de retour d’échantillons sur la planète rouge.

L’étude a été récemment publiée dans le Chinese Science Bulletin, qui indique que l’Administration spatiale nationale chinoise (CNSA) prévoit de réaliser la mission Tianwen-3, pour ramener des échantillons de Mars sur Terre, vers 2028.

Afin de fournir des informations sur les conditions météorologiques nécessaires à l’atterrissage des engins spatiaux, des scientifiques de l’Institut de physique atmosphérique de l’Académie chinoise des sciences ont conçu et construit GoMars, un modèle en monde ouvert de l’atmosphère planétaire de Mars.

Ils ont utilisé le modèle pour reproduire les trois cycles critiques de l’atmosphère martienne : poussière, eau et dioxyde de carbone, et l’ont validé sur la base des observations de Zhurong, du rover chinois sur Mars, des atterrisseurs Viking 1 et 2 de la NASA, ainsi que d’OpenMARS. L’ensemble de données de réanalyse, un enregistrement mondial de la météo martienne.

Les résultats de l’étude ont montré que le modèle GoMars a réussi à reproduire les caractéristiques uniques de la pression de surface sur Mars enregistrées par le vaisseau spatial Zhurong et les deux atterrisseurs Viking. De plus, le modèle offre de bonnes performances de simulation pour la température de surface, les vents zonaux, la glace polaire et la poussière.

Avec la complexité croissante des explorations de Mars, la demande de prévisions météorologiques martiennes augmente. L’équipe de recherche a déclaré qu’elle continuerait à étudier les processus météorologiques tels que les tempêtes de poussière sur la planète, pour potentiellement soutenir les futures missions sur Mars, les atterrissages habités sur Mars et le développement des ressources de la planète.

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Le rover chinois Tianwen-1, composé d’un orbiteur, d’un atterrisseur et d’un rover, a été lancé le 23 juillet 2020 et est arrivé sur Mars en février 2021. Le vaisseau spatial Zhurong est descendu de son aire d’atterrissage jusqu’à la surface de Mars le 22 mai. , 2021, et a mené l’exploration de la planète Rouge.

Comparée à la mission Tianwen-1 organisée par la CNSA, Tianwen-3 comprendra des missions d’atterrissage, d’échantillonnage et de retour, nécessitant des informations détaillées sur les conditions atmosphériques de Mars, a déclaré le chercheur principal Wang Bin.

En 2022, le rover américain « InSight » et le rover chinois « Zorong » ont été cloués au sol à cause de fortes poussières, et des graviers pris dans une tempête de sable ont endommagé le capteur de vent du rover américain « Perseverance ».

Depuis les années 1960, de nombreux pays se sont engagés à développer des modèles de l’atmosphère martienne.

« Le cycle de la poussière sur Mars n’est pas moins important que le cycle de l’eau sur Terre », a déclaré Wang, soulignant que le temps de poussière a un impact majeur sur l’atterrissage et le départ, les communications, l’alimentation électrique et l’équipement des sondes martiennes.

Le 18 mai de l’année dernière, Zhurong s’est mis en mode veille après avoir parcouru une distance d’environ 1 921,5 mètres à la surface de Mars. Selon les experts, la raison du sommeil de Zurong n’est pas claire, mais des images satellite ont montré que ses panneaux solaires étaient couverts de poussière.

« GoMars peut être utilisé pour simuler l’activité de la poussière avant et après que le rover soit au repos, ce qui peut fournir des données sur l’environnement atmosphérique pour analyser les causes possibles du rover », a déclaré Wang.

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Plus qu’une simple analyse du temps de poussière, le modèle pourrait servir de « Mars virtuel ». Les données d’observation sur Mars étant beaucoup plus rares que sur Terre, les scientifiques ont parfois besoin de données simulées pour en savoir plus sur la planète lointaine et ainsi les aider à choisir des zones d’atterrissage appropriées et à concevoir des rovers.

« Par exemple, GoMars peut simuler les températures de la zone d’atterrissage, et les scientifiques peuvent utiliser ces données pour concevoir des matériaux appropriés pour construire des rovers martiens capables de faire face à un froid extrême », a expliqué Wang.

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Découverte d’une étendue d’eau vieille de 12 milliards d’années flottant dans l’espace

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Découverte d’une étendue d’eau vieille de 12 milliards d’années flottant dans l’espace

Deux équipes d’astronomes dirigées par des scientifiques du California Institute of Technology ont découvert le plus grand réservoir d’eau jamais découvert dans l’univers. Il se trouve à 30 milliards de milliards de kilomètres de nous.

Oui, vous avez bien lu. Le plus grand réservoir de l’univers se trouve, plus précisément, dans un quasar, l’un des objets les plus brillants et les plus violents de l’univers.

La masse de vapeur d’eau est au moins 140 000 milliards de fois supérieure à celle de toute l’eau des océans de la planète réunie.

Le quasar étant très éloigné, il a fallu 12 milliards d’années pour que sa lumière atteigne la Terre. Les observations de l’équipe révèlent une époque où l’univers n’avait que 1,6 milliard d’années.

« L’environnement autour de ce quasar est unique dans la mesure où il produit cette énorme masse d’eau », a déclaré Matt Bradford, scientifique au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA.

« C’est une preuve supplémentaire que l’eau est répandue dans tout l’univers, même dans les temps les plus anciens. »

Un quasar tire son énergie d’un trou noir massif dévorant un disque environnant de gaz et de poussière. En mangeant, un quasar émet d’énormes quantités d’énergie.

La découverte de l’eau n’était pas une surprise, car les astronomes s’attendent à ce que la vapeur d’eau existe dès le début de l’univers. Cependant, la vapeur d’eau est un gaz trace important qui révèle la nature du quasar.

Ce quasar particulier a montré de la vapeur d’eau distribuée autour du trou noir dans une région gazeuse s’étendant sur des centaines d’années-lumière (une année-lumière équivaut à environ six mille milliards de milles). Sa présence indique que le gaz est inhabituellement chaud et dense selon les normes astronomiques.

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Selon les astronomes, cette découverte met en évidence les avantages de l’observation aux longueurs d’onde millimétriques et submillimétriques. Ce domaine s’est développé rapidement au cours des dernières décennies et pour exploiter tout le potentiel de ce type de recherche, les auteurs de l’étude conçoivent actuellement le CCAT, un télescope de 25 mètres qui sera construit dans le désert d’Atacama au Chili. CCAT permettra aux astronomes de découvrir certaines des galaxies les plus anciennes de l’univers.

Vous pouvez lire les papiers des deux équipes ici Et ici.

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Deux petits dinosaures découverts dans un fossile de tyrannosaure mettent en évidence le changement de régime alimentaire

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Deux petits dinosaures découverts dans un fossile de tyrannosaure mettent en évidence le changement de régime alimentaire

Les restes de deux petits dinosaures ont été découverts à l’intérieur d’un fossile de tyrannosaure vieux de 75 millions d’années, apportant un nouvel éclairage sur le régime alimentaire changeant de l’ancien prédateur.

Selon une étude publiée dans la revue Science Advances, les membres postérieurs de deux petits dinosaures ressemblant à des oiseaux, appelés setips, ont été découverts sous la cage thoracique d’un petit gorgosaure, un proche cousin du Tyrannosaurus rex.

Les chercheurs qui ont mené l’étude affirment que cette découverte suggère que le Gorgosaurus juvénile se nourrissait de dinosaures de plus en plus petits, tandis que des preuves fossiles antérieures montrent que le Gorgosaurus adulte attaquait et mangeait de très gros dinosaures herbivores qui vivaient en troupeaux.

Le Dr Darla Zelenitsky, l’une des principales scientifiques de l’étude, a déclaré à la BBC que cette découverte est « une preuve solide que les dinosaures ont radicalement changé leur régime alimentaire à mesure qu’ils vieillissaient ».

« Nous savons maintenant que ces adolescents (tyrannosaures) chassaient de jeunes dinosaures juvéniles », a-t-elle déclaré.

« Ces dinosaures plus petits et immatures n’étaient peut-être pas prêts à se joindre à un groupe de dinosaures à cornes, car les dinosaures adultes pesaient des milliers de kilogrammes. »

Le fossile a été découvert pour la première fois dans les badlands de l’Alberta au Canada en 2009, mais il a été enfoui dans la roche et il a fallu des années pour se préparer à l’étude.

La première découverte a été faite par des travailleurs du Royal Tyrrell Museum of Paleontology en Alberta, qui ont découvert de petits os de doigts dépassant de la cage thoracique.

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Le Dr François Therin, l’autre scientifique principal de l’étude, a déclaré à la BBC : « La roche à l’intérieur de la cage thoracique a été retirée pour révéler ce qui était caché à l’intérieur.

« Et wow – les pattes postérieures complètes de deux jeunes dinosaures, tous deux âgés de moins d’un an. »

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Formation de mousse lors du drainage d’une solution de tensioactif dans un modèle mésoporeux microfluidique

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Formation de mousse lors du drainage d’une solution de tensioactif dans un modèle mésoporeux microfluidique

La dynamique de formation de mousse dans l’espace poreux d’un modèle mésoporeux microfluidique a été analysée lors du déplacement de la solution tensioactive par injection de gaz (air) à débit volumétrique constant. L’évolution de la structure de la mousse et la réversibilité du mouvement des gaz (viscosité apparente du gaz) ont été évaluées en fonction de la concentration en tensioactif.

Modèle microfluidique

Des expériences d’injection de fluide ont été réalisées sur un milieu poreux microfluidique modèle en verre borosilicaté, fabriqué par Micronit. Le micromotif est mouillé avec de l’eau et contient une matrice poreuse d’une longueur de 20 mm × une largeur de 10 mm et d’une profondeur de gravure de 20 µm. Les chambres de distribution du débit d’entrée et de sortie ont une largeur de 500 µm. Le dispositif est conçu en plaçant de manière aléatoire des structures en forme de grain de roche pour ressembler à la géométrie réelle d’une tranche de roche de grès. Des corps poreux et des gorges apparaissent entre les structures matricielles solides. La taille approximative du plus petit anneau est de 12 µm, tandis que celle du plus grand est d’environ 250 µm. Le volume poreux est de 2,3 µL, ce qui correspond à une porosité de 0,57. La perméabilité du modèle, selon le fournisseur, est de 2,5 D. Les valeurs absolues de porosité et de perméabilité sont supérieures à celles des roches réservoirs typiques, cependant, travailler avec une géométrie 2D transparente permet de visualiser les événements à l’échelle des pores et la corrélation entre ceux-ci. événements et comportement d’écoulement macroscopique. La figure 1 montre une image du petit modèle. La répartition des phases a évolué dans une zone de 9,33 x 5,32 mm2 Le microcosme, surligné en jaune sur la figure, a été enregistré pendant toute la durée des expériences afin d’évaluer l’évolution de la texture de la mousse et de déterminer le nombre de lamelles dans l’espace poreux. Après avoir atteint un état stable, une image de l’ensemble de l’espace poreux a été obtenue.

Figure 1

Image de la maquette du milieu poreux utilisé dans l’étude. La zone surlignée en jaune représente la région où l’évolution du nombre de plaquettes lors du moussage a été mesurée.

Configuration et procédure expérimentales

Le dispositif expérimental est schématisé sur la figure 2. Les phases aqueuses et gazeuses ont été injectées à l’aide d’un pousse-seringue (Harvard Apparatus) avec des seringues en verre scellées (Hamilton), avec terminaison en téflon et couplage Luer-Lock. Une vanne à trois voies a été utilisée pour connecter le transducteur de pression à la conduite d’injection. Le dispositif microfluidique a été placé sur la platine d’un microscope inversé (Leica DMi8) pour la visualisation. Une caméra Leica MC170 HD a été utilisée pour enregistrer l’évolution de l’injection de gaz et de la formation des plaques au cours de chaque expérience.

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La pression différentielle a été mesurée à l’aide d’un transducteur de pression DP15TL (Validyne) placé au-dessus du dispositif microfluidique. Les membranes utilisées ont une finesse de 0,5 % et des plages de pression de 0 à 5 psi et de 0 à 20 psi. Le port était à ciel ouvert.

Figure 2
Figure 2

Afin d’assurer une saturation complète de l’espace poreux avec la phase aqueuse sans bulles de gaz, le microcosme a d’abord été saturé de dioxyde de carbone. Après cette première étape, le modèle a été complètement saturé de phase aqueuse (eau ou solution tensioactive).

La phase aqueuse a été déplacée par injection de gaz à un débit volumétrique constant de \(q_g = 1\) ml/h jusqu’à ce que la pression différentielle atteigne l’état stable. L’éventail des figures poétiques a été exploré \(Ca = \mu _a V / \sigma = 2,1 \times 10^{-5}\) à \(4,1\fois 10^{-5}\). Le nombre capillaire est défini en fonction de la viscosité de la phase aqueuse \(\Mo _a\)la tension superficielle entre les phases \(\sigma\) Et la vitesse de Darcy Cinquième.

Le dodécylsulfate de sodium (SDS) était le tensioactif utilisé dans les expériences. La solution a été préparée en dissolvant le tensioactif en poudre dans de l’eau déminéralisée et filtrée sur un filtre de 0,45 µm. Un colorant aqueux a été ajouté à la solution tensioactive pour mieux distinguer le liquide des autres liquides et de la matrice vitreuse lors des expériences de visualisation.

Des mesures de tension superficielle ont été effectuées dans des solutions aqueuses de SDS afin de déterminer la concentration micellaire critique (CMC) du système. Toutes les mesures ont été effectuées sur un tonomètre DCAT25 par DataPhysics Instruments à l’aide d’une plaque Wilhelmy. Les valeurs de tension superficielle rapportées ont été obtenues à une température constante de 23 °C. La tension superficielle d’équilibre de l’eau avec le colorant rouge utilisé pour préparer les solutions était de 61,6 mN/m. La valeur de la tension superficielle se stabilise à 34,4 mN/m à une concentration de tensioactif suffisamment élevée. La concentration micellaire critique (CMC) mesurée était d’environ 3 g/L.

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Quantification par analyse d’images

Les images enregistrées au cours de chaque expérience ont été traitées à l’aide de Fiji Is Just ImageJ.26, qui possède plusieurs plugins intégrés qui facilitent l’analyse scientifique des images. L’objectif principal de l’analyse d’images était d’évaluer la phase aqueuse restante et de déterminer l’évolution de la numération plaquettaire.

Tout d’abord, une image du dispositif entièrement saturé d’air a été utilisée pour déterminer la composition de la matrice solide et l’espace des pores. Cette image s’appelle masque.

Lors du déplacement de la solution tensioactive par injection de gaz, les images acquises toutes les 10 s à partir de la vidéo enregistrée ont été analysées. La figure 3 montre un exemple de ces images. La présence de films liquides délimitant de multiples bulles de gaz est évidente.

figure 3
figure 3

Milieu poreux après déplacement de la solution tensioactive par l’air. L’espace poreux présente plusieurs lamelles.

Le plugin s’appelle BUnwarpJ Il a été utilisé pour aligner les images à chaque pas de temps et masquece qui est essentiel pour les soustractions d’images utilisées pour calculer le nombre de plaques. BUnwarpJ Il s’agit d’un algorithme pour l’enregistrement d’images flexible et cohérent27. Les macro-commandes Fidji utilisées pour ce processus sont :

Figure A

L’étape suivante consistait à dupliquer les deux images. Trois algorithmes de seuillage, Isodata, ont été utilisés28Huang29 Et le triangle30, en fonction des conditions d’éclairage de chaque expérience. Objets pseudo-isolés (moins de 100 pixels2) Il est possible qu’il y ait de la saleté dans le dispositif en verre ou que des impuretés présentes dans les liquides aient été éliminées après la double procédure. Les macro-commandes Fidji utilisées pour ces opérations sont :

Figure B

Pour isoler les lamelles et supprimer les limites de matrice solide de l’image, une opération booléenne (ET) a été effectuée entre les images binaires et alignée pour chaque pas de temps et l’image inversée. masque. La macro-commande Fidji utilisée pour cette opération est :

Figure c

En raison de petites différences dans la représentation des joints de grains solides dans les deux images, le processus de soustraction n’est pas idéal et génère de très petits objets. Objets inférieurs à 10 pixels2 Supprimé à l’aide des commandes :

Figure D

Le résultat de ces opérations est représenté sur la figure 4. Le nombre de plaques n’est pas égal au nombre d’objets isolés sur la figure 4, car différentes plaques peuvent être reliées pour former un seul objet. Pour isoler chaque tranche, les objets sont structurés, ce qui implique de supprimer à plusieurs reprises des pixels des limites des objets jusqu’à ce qu’ils soient réduits à des formes d’un pixel de large. Brancher Analyse du squelette 2D/3D Il est utilisé pour trier la branche, le nœud et le point final de chaque objet et les représenter dans différentes couleurs31. Les nœuds (connexion entre différentes branches) ont une tonalité inférieure à 71, ils peuvent donc être supprimés par un processus de seuillage. Les macro-commandes Fidji utilisées pour ces opérations sont :

Figure 4
Figure 4

Une image claire contenant les plaques.

Figure E

Le résultat de ces processus est représenté dans la figure 5, qui montre (a) l’image originale, contenant des joints de grains solides et des lamelles, et (b) l’image structurelle après soustraction. masque et (c) l’image dans laquelle les nœuds et les lamelles ne sont pas connectés les uns aux autres.

Figure 5
Figure 5

(une(Image originale, les nœuds sont marqués d’un cercle rouge, (B(Nœuds identifiés dans l’image structurelle, (C) Image avec les nœuds supprimés.

Suite à la série d’opérations sur l’image décrite précédemment, le nombre de plaques est égal au nombre d’objets isolés dans l’image. Lors de la quantification du nombre de plaques, seuls les objets de plus de 15 pixels sont sélectionnés2 (\(\environ 18,2^2 \mu m^2\)) sont considérés. Le nombre de feuilles dans l’image est déterminé par la commande :

Figure F

Les ensembles de commandes de macro précédents sont regroupés en une seule macro qui peut être exécutée automatiquement et de manière répétée. La macro prenait une image de référence en entrée et parcourait une série d’images contenant des plaques, donnant le nombre de plaques par image en sortie.

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