Una missione spaziale studentesca per studiare la formazione del pianeta

L'Esrange Space Center si trova nel Circolo Polare Artico, nel nord della Svezia, vicino alla città mineraria di Kiruna. Il 19 marzo dello scorso anno ha ospitato il lancio di un'insolita missione spaziale per studiare il modo in cui si formano i pianeti.

Gli astrofisici credono che la formazione dei pianeti inizi quando le particelle di polvere di dimensioni micrometriche, gli avanzi della formazione stellare, si legano l'una all'altra per formare ciottoli di dimensioni millimetriche o centimetriche. Questi poi si aggregano in rocce più grandi e così via. Ma esattamente come avviene questa prima fase non è ben compreso.

Ciò è in parte dovuto al fatto che gli esperimenti per studiare questo fenomeno sono difficili da fare sulla Terra. In questa fase iniziale della formazione del pianeta, le particelle di polvere si scontrano probabilmente a velocità inferiori a 1 centimetro al secondo e ciò può essere riprodotto e studiato solo in condizioni di microgravità.

Quindi la missione, chiamata REXUS 12, era un salto suborbitale che ha generato fino a 3 minuti di microgravità in cui studiare come le particelle di polvere si uniscono. L'esperimento è stato progettato, costruito e realizzato per aumentare le nostre conoscenze sui processi che dominano la prima fase della formazione del pianeta, affermano Julie Brisset e compagni dell'Università tecnica di Braunschweig in Germania.

La missione spaziale era insolita perché Brisset e molti dei suoi colleghi sono studenti che lavorano per i loro dottorati. REXUS sta per Rocket Experiments University Students, un progetto finanziato in gran parte dal Centro aerospaziale tedesco DLR.

L'esperimento è relativamente semplice. Consisteva in una macchina che scuote contenitori di vetro pieni di polvere per produrre collisioni di particelle della velocità richiesta. La polvere era costituita da grani submillimetrici di biossido di silicio sferici e irregolari. Brisset e colleghi hanno filmato l'intero esperimento a una velocità di 170 fotogrammi al secondo per vedere esattamente come si comportavano le particelle di polvere in condizioni di microgravità.

Dicono di aver imparato alcune lezioni preziose sugli aspetti pratici di questo tipo di lavoro. Ad esempio, i loro contenitori in vetro sono stati rivestiti in modo speciale con uno strato antiadesivo progettato per evitare che la polvere si attacchi alle pareti del contenitore.

Ma non era così efficiente come avevano sperato. Gli aggregati di polvere ... possiedono un'efficienza di adesione molto elevata con le pareti di vetro dei contenitori di particelle, anche se questi erano effettivamente rivestiti con uno strato antiadesivo di nanoparticelle, affermano Brisset e co. Quindi trovare modi migliori per prevenire questo tipo di attaccamento sarà importante in futuro.

Hanno anche notato che le condizioni di microgravità durante l'esperimento erano tutt'altro che perfette e che questo causava l'accumulo di parte della polvere in un angolo dei contenitori. Brisset e colleghi affermano che questo è stato il risultato di accelerazioni causate dalla resistenza atmosferica residua e dalla rotazione del razzo.

Il team afferma anche che se avessero la possibilità di eseguire di nuovo l'esperimento, utilizzerebbero una fotocamera con più memoria interna in modo da poter utilizzare un frame rate più elevato per la registrazione dei dati.

Brisset e co devono ancora pubblicare un'analisi dettagliata dei loro dati. Ma quando le particelle si scontrano ci sono essenzialmente tre possibili esiti: possono rimbalzare, aderire per formare particelle più grandi o frammentarsi in particelle più piccole. I teorici ritengono che il risultato dipenda solo dalla massa delle particelle e dalla loro velocità e hanno creato una sorta di diagramma di fase che mostra cosa dovrebbe accadere per i diversi valori di queste variabili (vedi diagramma sopra).

Le immagini in questo articolo mostrano infatti come gli aggregati di polvere si combinano per formare particelle più grandi. Sarà interessante vedere se i dati forniscono informazioni più dettagliate su questo processo e se le previsioni teoriche sul modo in cui si aggregano le polveri corrispondono effettivamente alle loro osservazioni sperimentali.

Rif: arxiv.org/abs/1308.3645 : L'esperimento di aggregazione e collisione di particelle suborbitali (SPACE): studio del comportamento alla collisione di aggregati di polvere di dimensioni submillimetriche sul volo del razzo suborbitale REXUS 12

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