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Processus et contrôle aujourd’hui | Porter le poids de l’espace : le rôle des micro-appuis dans l’habitation spatiale

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Processus et contrôle aujourd’hui |  Porter le poids de l’espace : le rôle des micro-appuis dans l’habitation spatiale

Alors que la NASA se prépare à son premier alunissage depuis près de 50 ans, l’idée d’une colonisation spatiale se rapproche. Les projections indiquent que les voyages spatiaux commerciaux, le tourisme spatial, les stations spatiales en orbite et les habitats lunaires pourraient devenir une réalité d’ici 2050. Cependant, pour que cela soit possible, la technologie doit résister aux conditions difficiles de l’espace, notamment aux températures extrêmes et aux exigences de propulsion électrique. Ici, Chris Johnson, directeur général de SMB Bearings, discute du rôle essentiel de Roulements de précision En rendant possible l’habitation dans l’espace.

Dans les décennies qui ont suivi le lancement de Spoutnik 1, le premier satellite artificiel lancé dans l’espace par l’Union soviétique en 1957, des astronautes se sont rendus sur la Lune, des sondes robotiques ont exploré le système solaire et des instruments spatiaux ont découvert de nombreuses planètes en orbite autour d’étoiles lointaines. Ces réalisations ont ouvert la voie au prochain pas de géant : l’existence humaine durable au-delà de la Terre.

La NASA a déterminé Les cinq principales techniques Les vaisseaux spatiaux ont besoin de nombreux éléments nécessaires pour survivre dans l’espace lointain. Ces éléments comprennent les systèmes de survie, les technologies de propulsion active, la gestion thermique, la radioprotection et les systèmes de communication et de navigation statiques.

Le choix des bons matériaux pour ces technologies sera crucial pour garantir leur fiabilité. En effet, la mission principale du prochain programme de la NASA est Mission lunaire Artémis 2Le projet devrait être lancé en 2025, dans le but de garantir que tous les systèmes d’engins spatiaux fonctionnent de manière durable dans l’espace lointain. Ces composants comprendront des roulements de précision, qui feront partie intégrante de la sécurité et de la fiabilité des engins spatiaux et des habitats spatiaux.

Applications dans l’espace lointain

Les roulements de précision utilisés dans les applications aérospatiales doivent être conçus pour un fonctionnement à grande vitesse et une fiabilité à long terme, garantissant un fonctionnement fluide des systèmes de propulsion, des trajectoires précises et une utilisation efficace de l’énergie. Après tout, les technologies spatiales sont confrontées à un ensemble de défis qui nécessitent des solutions d’ingénierie précises pour atteindre des performances optimales. Les températures dans l’espace fluctuent entre des températures extrêmement chaudes et extrêmement froides, provoquant la flexion, la fissuration ou la défaillance des matériaux, mettant ainsi en danger l’intégrité des systèmes vitaux.

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De plus, le vide de l’espace contraste fortement avec les conditions sur Terre. Les composants doivent s’adapter à l’absence de pression atmosphérique, ce qui peut entraîner des problèmes tels que le dégazage et la dégradation des matériaux. Des roulements de précision conçus avec des tolérances serrées et des matériaux avancés capables de résister à des changements thermiques extrêmes sont nécessaires, offrant stabilité et fiabilité là où d’autres composants pourraient tomber en panne.

Les rayonnements posent un autre défi majeur. Les rayons cosmiques, les éruptions solaires et autres sources de rayonnement peuvent perturber les appareils électroniques délicats et mettre en danger les objectifs de la mission. Dans cet environnement dangereux, les roulements de précision jouent un rôle crucial dans la protection des équipements sensibles, en fournissant une protection contre les effets nocifs des rayonnements et en maintenant la fonctionnalité des systèmes critiques.

De plus, les exigences des systèmes de propulsion spatiale soulignent l’importance des roulements de précision. Qu’il s’agisse d’alimenter des propulseurs ioniques, des gouvernes de manœuvre ou des panneaux solaires rotatifs, les mécanismes de propulsion s’appuient sur des roulements pour transmettre le mouvement avec un minimum de friction et une efficacité maximale.

Sécurité à bord des vaisseaux spatiaux

Qu’ils soient utilisés dans des mécanismes de survie, des moteurs de propulsion ou des systèmes d’amarrage, la conception de roulements pour les applications spatiales présente un ensemble unique de défis. Les températures extrêmes, allant de la chaleur extrême au froid, mettent à l’épreuve la flexibilité des matériaux jusqu’à leurs limites. Les conditions de vide privent également du luxe du support aérien et nécessitent des composants capables de résister à l’emprise du vide.

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Les roulements destinés aux applications aérospatiales doivent idéalement adhérer à AS9102 Aéronautique et espace Article I Exigences de l’examenLe guide complet comprend les processus de fabrication d’une large gamme de pièces, des petits composants électriques aux grands assemblages structurels, qui sont tous vitaux dans les secteurs de l’aérospatiale et de la défense.

Dans le cadre de la norme AS9100, similaire au système de gestion de la qualité ISO 9001 mais conçue spécifiquement pour l’industrie aérospatiale, ces réglementations strictes imposent des exigences techniques strictes au roulement lui-même.

Portant

Pour les applications sous vide, les roulements ont… acier inoxydable Les anneaux, les billes et le diaphragme ont de faibles propriétés de dégazage. Ces roulements peuvent être associés à des lubrifiants aérospatiaux à très faible dégazage. Il n’est pas recommandé d’utiliser des joints en caoutchouc car ils contamineraient l’aspirateur.

Les revêtements au bisulfure de molybdène (MoS2) jouent également un rôle essentiel dans les performances et la longévité des roulements utilisés dans les applications aérospatiales. Dans le vide de l’espace, où les lubrifiants liquides s’évaporent ou se décomposent, le MoS2 agit comme un agent efficace Lubrifiant secRéduit considérablement la friction entre les surfaces de roulement, améliorant ainsi l’efficacité et les performances.

De plus, le MoS2 offre une excellente résistance à la corrosion, essentielle pour prolonger la durée de vie des roulements. Couramment appliqué sur les surfaces de roulement et utilisé pour lubrifier les systèmes mécaniques, le revêtement MoS2 garantit que les composants critiques restent fonctionnels et fiables tout au long de leur mission, ce qui les rend essentiels à la technologie spatiale.

Un autre revêtement sec fréquemment utilisé dans les applications aérospatiales est le bisulfure de tungstène (WS2) qui peut être appliqué sur les roulements par pulvérisation. Comme le MoS2, le WS2 réduit la friction de manière si significative que les roulements peuvent fonctionner à basse vitesse sans nécessiter de lubrification supplémentaire.

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Le PEEK est un matériau à faibles émissions souvent utilisé dans les applications sous vide, en particulier avec les roulements entièrement en céramique de nitrure de silicium. Le PEEK est connu pour sa résistance aux températures élevées, aux produits chimiques, aux huiles et aux carburants. Le PEEK est souvent utilisé dans les joints, les garnitures et autres composants où la résistance aux environnements difficiles est requise. Cela offre une durabilité et des performances améliorées, en particulier dans des conditions extrêmes, où les joints en caoutchouc peuvent se détériorer ou contaminer l’environnement du roulement.

Une autre option est Pleine céramique Roulements en nitrure de silicium. Ces roulements fonctionnent bien dans un environnement sous vide et peuvent fonctionner à basse vitesse sans lubrification, ce qui les rend idéaux pour les applications aérospatiales.

À mesure que l’humanité se rapproche de la colonisation de l’espace, l’importance de l’ingénierie de précision devient de plus en plus évidente. Les roulements de précision sont essentiels à la fiabilité et à la sécurité des systèmes des engins spatiaux, garantissant que les missions peuvent résister aux conditions difficiles de l’espace. Des systèmes de survie aux mécanismes de propulsion, ces roulements pourraient ouvrir la voie au prochain pas de géant de l’humanité.

Visitez le site Web de SMB Bearings pour plus d’informations sur leurs produits. Roulements de précision Pour les applications spatiales.

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Développement de nouveaux aptamères d’ADN de mélanopsine pour réguler les rythmes circadiens

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Développement de nouveaux aptamères d’ADN de mélanopsine pour réguler les rythmes circadiens

résumé:

Les aptamères d’ADN de mélanopsine qui régulent l’horloge des rythmes biologiques ont été développés par l’Université de technologie de Toyohashi et le groupe de l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST).

Les aptamères d’ADN peuvent se lier spécifiquement aux biomolécules pour moduler leur fonction, ce qui en fait des agents thérapeutiques idéaux pour les oligonucléotides. Nous avons examiné l’aptamère ADN mélanopsine (OPN4), un photopigment bleu de la rétine qui joue un rôle clé dans l’utilisation des signaux lumineux pour réinitialiser la phase des rythmes circadiens de l’horloge centrale.

Tout d’abord, 15 aptamères d’ADN de mélanopsine (Melapts) ont été identifiés après huit cycles de Cell-SELEX en utilisant des cellules exprimant la mélanopsine sur la membrane cellulaire. Une analyse fonctionnelle ultérieure de Melapt a été réalisée dans une lignée cellulaire de fibroblastes exprimant de manière stable à la fois Période 2:ELuc et la mélanopsine en déterminant dans quelle mesure ils réinitialisent la phase des rythmes circadiens des mammifères en réponse à la stimulation de la lumière bleue. Période 2 L’expression rythmique a été surveillée sur une période de 24 heures Période 2 : ELuc: Thymidine kinase (TK):OPN4 Fibroblastes stables exprimant la mélanopsine. À l’aube, quatre mélaptes ont avancé leur phase de> 1, 5 h, tandis que sept mélaptes ont retardé leur phase de> 2 h. Un petit nombre de mélaptes a induit un déphasage d’environ 2 h, même en l’absence de stimulation lumineuse, peut-être parce que les mélaptes ne peuvent influencer que partiellement les signaux d’entrée pour le déphasage. De plus, quelques mélaptes ont provoqué des déphasages dans Période 1:: Des souris transgéniques luc (Tg) ont été utilisées pour surveiller les rythmes circadiens à travers… Période 1 Expression rythmique.

Ces aptamères d’ADN pourraient avoir la capacité d’affecter la mélanopsine In vivoEn résumé, les aptamères Melapts peuvent réguler avec succès le signal d’entrée et le déphasage (à la fois avance de phase et retard de phase) des rythmes circadiens des mammifères. dans le laboratoire Et In vivo.

détails:

Améliorer indirectement le cycle veille-sommeil en manipulant la capacité de la mélanopsine à transmettre des signaux à l’horloge centrale serait socialement et économiquement bénéfique.

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La mélanopsine est une protéine photoréceptrice exprimée dans les cellules ganglionnaires de la rétine qui absorbent la lumière bleue avec une absorption maximale de 477 nm. La mélanopsine est connue pour jouer un rôle important dans la réinitialisation de phase de l’horloge circadienne des mammifères par la lumière bleue et dans l’expression rythmique des gènes de l’horloge, par ex. Période 1,2 (Par1,2). La phase de l’horloge circadienne moléculaire est réinitialisée et dépend du moment de la stimulation lumineuse et de l’induction de la lumière transitoire. Pour chaque 1 Par les photorécepteurs de la mélanopsine (Figure 1). Récemment, les antagonistes de la mélanopsine acquis grâce au criblage chimique de bibliothèques chimiques contribuent principalement au retard de phase du rythme.

Dans cette étude, nous avons utilisé l’évolution cellulaire systématique des ligands par la méthode d’enrichissement exponentiel (Cell-SELEX) pour identifier les aptamères d’ADN (ADN simple brin ; ADNsb) qui provoquent un déphasage de la mélanopsine dans les rythmes circadiens. Au total, 15 aptamères de mélanopsine (Melapts 1 à 15) ont été analysés pour évaluer leur capacité à déphaser les rythmes circadiens. Par2::ELuc oscillations vitales dans Par2:ELuc:TK:Mel cellules stables, où suit le rapporteur biologique Par2 La région promotrice qui contrôle l’amplificateur de la luciférase émet une couleur verte à partir de Periarinus tremeteluminans, avec une expression accrue de la mélanopsine sous le contrôle du promoteur de la thymidine kinase (TK). Dans ces lignées de fibroblastes stables, la voie de signalisation est intégrée dans un fibroblaste imitant la voie de signalisation allant de la rétine à l’horloge centrale (noyau ou noyaux suprachiasmatiques : SCN) par la mélanopsine (Figure 2).

Les aptamères d’acide nucléique sont des molécules d’ARN/ARN courtes et simple brin qui peuvent se lier sélectivement à des cibles, protéines, peptides et autres molécules spécifiques, et peuvent être utilisées en clinique pour modifier la fonction des molécules cibles. Les principaux avantages de ces aptamères incluent leur spécificité cible élevée, leur immunogénicité et leur facilité de synthèse.

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Parmi les 15 aptamères d’ADN de mélanopsine (Melapts), quatre melapts ont provoqué une avance de phase et sept melapts ont provoqué un retard des rythmes circadiens (de > 1,5 h et > 2 h, respectivement) chez Par2::Lignée cellulaire ELuc. Un petit nombre de cellules Melapts ont induit des déphasages d’une durée d’environ 2 h, même en l’absence de photostimulation dans le laboratoire.

Melapt04 et Melapt10 ont induit une avance ou un retard de phase circadienne d’environ 3 heures, respectivement, dans CT22 et CT8 pendant le processus d’entrée du signal lumineux. Cela suggère que Melapt04 régule la phase des rythmes circadiens et facilite le sommeil et l’éveil, principalement par la progression des phases (Figure 3-5). Il existe deux types de mélaptes qui avancent et retardent le déphasage dans la même direction, quel que soit le moment du stimulus lumineux. Cependant, les trois Melaptes ont avancé et retardé le déphasage dans des directions opposées à l’aube et au crépuscule. Par conséquent, ces Melaptes devraient être utiles dans la régulation des phases des rythmes (Figures 6,7).

Nous avons joué In vivo Expériences similaires à dans le laboratoire Expériences visant à déterminer si la liaison de Melapt à la mélanopsine dans la rétine s’étendant jusqu’au noyau suprachiasmatique affecte les déphasages de l’horloge centrale du noyau suprachiasmatique. Pour chaque 1::Luc Souris transgéniques : des souris qui Pour chaque 1::Luc Le gène recombiné a été inséré dans le génome de toutes les cellules. Pour chaque 1::Luc C’est un gène recombiné Pour chaque 1 La région promotrice suit l’enzyme luciférase dérivée de la luciole en tant que rapporteur pour surveiller les rythmes circadiens.

Huit types de réponses de déphasage provoquant Melapt Par2 Des rythmes d’expression lors d’expériences in vitro ont été injectés dans des follicules oculaires Pour chaque 1:: souris Luc Tg à CT22 (Figure 8, 9). Melapt01, Melapt03, Melapt04, Melapt07, Melapt09 et Melapt10 ont montré des capacités de transformation de phase similaires à celles de Par2:ELuc:TK:Cellules stables Mel: In vivo Et dans le laboratoire.

L’effet de Melabit sur la transformation de phase dans… In vivo Les expériences peuvent être prédites à partir de dans le laboratoire De plus, des déphasages brutaux de trois heures ont été identifiés chez des animaux intacts, quel que soit l’ampleur de l’avance ou du retard des mélaptes dans Par2:Eluk:TK:Cellules de Mel.

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En conclusion:

En résumé, Melapts a pu réguler les signaux d’entrée et les déphasages pour obtenir une avance et un retard de phase dans les rythmes circadiens des mammifères. dans le laboratoire Et In vivo.

Les mélaptes pourraient contribuer aux recherches futures axées sur la réinitialisation des phases circadiennes. Les mélaptes pourraient nous aider à mieux nous adapter aux cycles de vie sociale modernes, permettre d’optimiser les cultures et les animaux domestiques pour une plus grande productivité et aider les travailleurs postés à surmonter le décalage social en ajustant les phases circadiennes. Ces mélaptes pourraient contribuer à réinitialiser la phase des horloges circadiennes dans les voies d’entrée photosynthétiques.

Organisme de financement:

Cette étude a été financée par un financement de recherche de TechnoPro Inc. TechnoPro R&D et le programme de parrainage des Jeunes Chercheurs en Recherche Interdisciplinaire de Pointe (RN). Le financement pour les scientifiques de Keban (n° RN 24590350 et 20H00614) a été obtenu de la Société japonaise pour la promotion de la science (JSPS), de la Mitsubishi Science Foundation (à RN) et d’une subvention de recherche pour l’innovation en science et technologie à l’Université de Toyohashi. de technologie (à RN). Cette étude a également été soutenue par le ministère de l’Éducation, de la Culture, des Sports, de la Science et de la Technologie du Japon (YN 21H02083).

source:

Référence dans le magazine :

Nakazawa, K. et autres(2024). Les aptamères d’ADN de mélanopsine peuvent réguler les signaux d’entrée des rythmes circadiens des mammifères en modifiant la phase de l’horloge moléculaire. Frontières des neurosciences. est ce que je.org/10.3389/fnins.2024.1186677.

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Un chercheur développe une méthode pour convertir la chaleur en énergie pour les engins spatiaux

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Un chercheur développe une méthode pour convertir la chaleur en énergie pour les engins spatiaux

La source d’énergie développée par Yi Cheng, professeur à la Northeastern University, utilisera la chaleur perdue générée par les équipements spatiaux et la lumière du soleil qui n’atteint pas la Terre.

Le tir à la tête de Ye Cheng.
Yi Cheng, professeur adjoint de génie mécanique et industriel, mène des recherches sur le toit de Snell Engineering le 7 juin 2021. Photo : Robbie Wallau/Northeastern University

Un chercheur de la Northeastern University développe un dispositif qui capte la chaleur perdue des équipements spatiaux et la lumière solaire réfléchie et la transforme en source d’énergie pour les vaisseaux spatiaux et les rovers martiens de l’US Air Force.

« Même si cela ne peut fournir que 10 à 15 % d’énergie de secours pour l’électronique, nous pouvons prolonger la durée de vie de l’électronique et du vaisseau spatial », dit-il. Yi Chengprofesseur agrégé de génie mécanique et industriel et directeur du Nanoscale Energy Laboratory de Northeastern.

Cheng travaillera sur le dispositif thermique en collaboration avec Faraday Technology, une société basée dans l’Ohio spécialisée dans le développement de technologies d’ingénierie électrochimique appliquée pour le gouvernement américain et les clients commerciaux.

« Notre objectif est de concevoir un absorbeur et un émetteur thermique hautes performances capables d’absorber, de convertir et d’émettre de l’énergie à la longueur d’onde souhaitée », explique Cheng.

Il affirme que cette technologie serait adaptée aux voyages spatiaux à court et à long terme, notamment à une utilisation sur la Lune, sur Mars ou même sur des satellites lancés depuis notre galaxie.

Au cours des dernières années, Cheng a développé des matériaux pour la récupération et le stockage de l’énergie, les déchets d’énergie et les nanomatériaux.

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Il affirme que la principale source d’énergie dans l’espace est généralement le soleil, avec des panneaux solaires haute performance convertissant la lumière du soleil en énergie pour alimenter les équipements spatiaux.

La source d’énergie développée par Cheng utilisera la chaleur perdue générée par les équipements spatiaux et dissipée dans l’espace, ainsi que la lumière du soleil qui n’atteint pas la Terre et est réfléchie par l’atmosphère.

Cheng affirme que les engins spatiaux et les équipements spatiaux doivent fonctionner dans des conditions extrêmes : des températures extrêmement basses (généralement moins 554 degrés Celsius ou moins 270 degrés Celsius) et un vide quasi total. De plus, la conduite d’engins spatiaux nécessite des ressources énergétiques.

« Nous ne pouvons pas simplement libérer un autre réservoir d’oxygène [for example] « Pour voyager, explique Cheng.

Les appareils électroniques fonctionnant sur des vaisseaux spatiaux ou sur des surfaces à haute température produiront un rayonnement thermique, ou lumière infrarouge, invisible à l’œil nu mais pouvant être détecté comme une sensation de chaleur sur la peau, explique Cheng. Cette chaleur se dissipera dans l’espace et sera perdue.

La chaleur résiduelle existe presque partout, y compris sur Terre, explique Cheng. Par exemple, un moteur chaud ou un four chauffé à haute température dissipe également une partie de cette chaleur.

Cheng affirme que la récupération de cette énergie a été étudiée au cours des dernières décennies et que son équipe appliquera des techniques récemment développées dans la conception de son système thermique.

Premièrement, les chercheurs testeront différents matériaux et surfaces artificiels – respectivement appelés métamatériaux et métasurfaces – afin d’utiliser l’absorbeur de chaleur proposé. Les métamatériaux ont certaines propriétés que l’on ne remarque pas dans les matériaux naturels. Ils n’existent pas naturellement sur Terre, ils doivent donc être fabriqués à l’échelle nanométrique en laboratoire, explique Cheng.

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Selon Cheng, le problème avec les matériaux courants est qu’ils n’ont pas de propriétés d’absorption ou d’émission élevées aux longueurs d’onde requises pour l’énergie infrarouge. Cheng dit que la longueur d’onde de la lumière infrarouge se situe entre 1,5 et 2,5 micromètres, ce qui est environ 12 à 24 fois inférieur au diamètre d’un cheveu humain.

«Cela nécessite donc un travail théorique et expérimental de la part de notre groupe», dit-il. « En fait, mes intérêts de recherche se concentrent sur le réglage actif et dynamique des propriétés thermiques, rayonnantes et optiques. [of materials] ». »

« Nous devons également équilibrer le poids et le coût », explique Cheng. « Nous devons équilibrer beaucoup de choses. Ainsi, étant donné le choix limité de matériaux utilisés dans l’espace, cela nous a amené à réfléchir à l’utilisation de la nanotechnologie pour concevoir des matériaux fonctionnels en tant que dispositif thermique. »

Il affirme que même si la nanotechnologie, ou les nanomatériaux, coûte cher, elle fonctionne très bien. Sans nanotechnologie, il est impossible d’absorber des longueurs d’onde spécifiques dans des conditions extrêmes.

Cheng affirme que les scientifiques utilisent des matériaux résistants à la chaleur pour fabriquer des nanomatériaux, qui sont stables, ont un point de fusion élevé dépassant 2 700 degrés (ou 1 500 degrés Celsius) et une longue durée de vie.

Un bon candidat est le tungstène, un métal rare avec les points de fusion et d’ébullition les plus élevés parmi les éléments connus sur Terre, explique Cheng. Cheng ne s’appuie pas uniquement sur ce matériau, mais lorsqu’il est combiné avec d’autres matériaux, il peut être utile dans les conditions difficiles de l’espace.

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Cheng passe cet été en tant que membre du corps professoral de la NASA au Glenn Research Center de Cleveland. Il mène des recherches sur la gestion de la chaleur pour la campagne Artemis qui vise à ramener les Américains sur la Lune en préparation de la première mission habitée vers Mars.

« J’espère vraiment que ce que je fais pour l’Air Force et la NASA contribuera en fait aux futurs projets de voyages spatiaux plus longs », a déclaré Cheng.

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Regardez la lune recouvrir l’étoile géante bleue Spica le 13 juillet

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Regardez la lune recouvrir l’étoile géante bleue Spica le 13 juillet

L’un des événements les plus intéressants de l’astronomie optique, et certainement le plus rapide, se produit lorsque la Lune éclipse une étoile. Le bord de la lune se rapproche, semble appuyer dessus pendant plusieurs secondes, puis l’étoile disparaît soudainement ! Il réapparaît à la même vitesse sur la face cachée de la Lune jusqu’à une heure ou plus plus tard.

Le samedi 13 juillet, toute personne disposant d’un télescope et d’un ciel dégagé devrait se concentrer sur la lune de ce soir-là, juste après son premier quartier (éclairée à 52 %). À ce moment-là, la Lune passera devant l’étoile de première magnitude Cygnus Spongiosa vue d’Amérique du Nord.

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