Saat bepergian ke negeri-negeri jauh, satu bungkus dengan hati-hati. Apa yang Anda bawa harus komprehensif tetapi tidak terlalu berat. Dan begitu Anda tiba, Anda harus siap melakukan sesuatu yang luar biasa untuk menjadikan perjalanan panjang ini bermanfaat.
Artikel Space Magazine sebelumnya "Bagaimana Anda mendarat di Komet?" menggambarkan teknik pendaratan Philae pada komet 67P / Churyumov-Gerasimenko. Tapi apa yang akan dilakukan pendarat setelah tiba dan menetap di lingkungan barunya? Seperti yang dikatakan Henry David Thoreau, "Tidak ada gunanya pergi ke seluruh dunia untuk menghitung kucing di Zanzibar." Begitu pula dengan pendarat Rosetta, Philae. Dengan set panggung - lokasi pendaratan dipilih dan tanggal pendaratan 11 November, pendarat Philae dilengkapi dengan seperangkat instrumen ilmiah yang dipikirkan dengan cermat. Komprehensif dan kompak, Philae adalah seperti pisau alat Swiss Army untuk melakukan pemeriksaan komet di tempat (in-situ) pertama di tempat.
Sekarang, perhatikan instrumen ilmiah tentang Philae yang dipilih sekitar 15 tahun yang lalu. Seperti halnya musafir yang baik, anggaran harus ditetapkan yang berfungsi sebagai kendala dalam pemilihan instrumen yang dapat dikemas dan dibawa dalam perjalanan. Ada bobot maksimum, volume maksimum, dan daya. Massa terakhir Philae adalah 100 kg (220 lbs). Volumenya adalah 1 × 1 × 0,8 meter (3,3 × 3,3 × 2,6 kaki) tentang ukuran rentang oven empat burner. Namun, Philae harus berfungsi pada sejumlah kecil energi yang tersimpan pada saat kedatangan: 1000 Watt-Hours (setara dengan bola lampu 100 watt yang berjalan selama 10 jam). Setelah daya terkuras, itu akan menghasilkan maksimum 8 watt listrik dari panel surya untuk disimpan dalam baterai 130 Watt-Hour.
Tanpa kepastian bahwa mereka akan mendarat secara kebetulan dan menghasilkan lebih banyak tenaga, para perancang Philae menyediakan baterai berkapasitas tinggi yang dibebankan, satu kali saja, oleh array surya pesawat ruang angkasa utama (64 meter persegi) sebelum turun ke komet. Dengan urutan perintah sains awal yang terpasang di Philae dan daya baterai yang disimpan dari Rosetta, Philae tidak akan membuang waktu untuk memulai analisis - tidak seperti analisis forensik - untuk melakukan "pembedahan" sebuah komet. Setelah itu, mereka menggunakan baterai yang lebih kecil yang akan membutuhkan setidaknya 16 jam untuk mengisi ulang tetapi akan memungkinkan Philae untuk mempelajari 67P / Churyumov-Gerasimenko selama berbulan-bulan berpotensi.
Ada 10 paket instrumen sains di pendarat Philae. Instrumen menggunakan cahaya yang diserap, tersebar, dan dipancarkan, konduktivitas listrik, magnet, panas, dan bahkan akustik untuk menguji sifat-sifat komet. Sifat-sifat tersebut meliputi struktur permukaan (morfologi dan susunan kimiawi bahan permukaan), struktur interior P67, dan medan magnet dan plasma (gas terionisasi) di atas permukaan. Selain itu, Philae memiliki lengan untuk satu instrumen dan tubuh utama Philae dapat diputar 360 derajat di sekitar sumbu Z-nya. Pos yang mendukung Philae dan termasuk dampener dampak.
CIVA dan ROLIS sistem pencitraan. CIVA mewakili tiga kamera yang berbagi beberapa perangkat keras dengan ROLIS. CIVA-P (Panoramic) adalah tujuh kamera yang identik, didistribusikan di sekitar tubuh Philae tetapi dengan dua yang berfungsi secara bersamaan untuk pencitraan stereo. Masing-masing memiliki bidang pandang 60 derajat dan digunakan sebagai detektor CCD 1024 × 1024. Seperti yang diingat kebanyakan orang, kamera digital telah berkembang dengan cepat dalam 15 tahun terakhir. Pencitra Philae dirancang pada akhir 1990-an, di dekat state-of-the-art, tetapi hari ini mereka dilampaui, setidaknya dalam jumlah piksel, oleh sebagian besar smartphone. Namun, selain perangkat keras, pemrosesan gambar dalam perangkat lunak telah maju juga dan gambar dapat ditingkatkan untuk menggandakan resolusi mereka.
CIVA-P akan memiliki tugas langsung, sebagai bagian dari urutan perintah awal otonom, untuk mensurvei lokasi pendaratan lengkap. Sangat penting untuk penyebaran instrumen lain. Ini juga akan memanfaatkan rotasi sumbu Z dari tubuh Philae untuk mensurvei. CIVA-M / V adalah pencitraan 3-warna mikroskopis (resolusi 7 mikron) dan CIVA-M / I adalah spektrometer infra merah dekat (kisaran panjang gelombang 1 hingga 4 mikron) yang akan memeriksa setiap sampel yang dikirim ke oven COSAC & PTOLEMY sebelum sampel dipanaskan.
ROLIS adalah kamera tunggal, juga dengan detektor CCD 1024 × 1024, dengan peran utama mensurvei lokasi pendaratan selama fase keturunan. Kamera diperbaiki dan mengarah ke bawah dengan lensa penyesuaian fokus f / 5 (f-rasio) dengan bidang pandang 57 derajat. Selama penurunan, ini diatur hingga tak terbatas dan akan mengambil gambar setiap 5 detik. Elektroniknya akan memampatkan data untuk meminimalkan total data yang harus disimpan dan dikirim ke Rosetta. Fokus akan menyesuaikan sesaat sebelum touchdown tetapi setelah itu, kamera berfungsi dalam mode makro untuk mensurvei komet secara spektroskopi langsung di bawah Philae. Rotasi tubuh Philae akan menciptakan "lingkaran kerja" untuk ROLIS.
Desain multi-peran ROLIS dengan jelas menunjukkan bagaimana para ilmuwan dan insinyur bekerja bersama untuk secara keseluruhan mengurangi berat, volume, dan konsumsi daya, dan membuat Philae menjadi mungkin dan, bersama dengan Rosetta, sesuai dalam batas muatan kendaraan peluncuran, keterbatasan daya matahari sel dan baterai, batasan perintah dan sistem data dan pemancar radio.
APXS. Ini adalah sebuah Spektrometer sinar-X Alpha Proton. Ini adalah alat yang hampir harus dimiliki dari pisau ilmuwan Swiss Army Knife. Spektrometer APXS telah menjadi perlengkapan umum di semua misi Mars Rover dan Philae adalah versi yang ditingkatkan dari Mars Pathfinder. Warisan desain APXS adalah eksperimen awal oleh Ernest Rutherford dan lainnya yang mengarah pada penemuan struktur atom dan sifat kuantum cahaya dan materi.
Instrumen ini memiliki sumber kecil emisi partikel Alpha (Curium 244) yang penting untuk operasinya. Prinsip-prinsip Rutherford Back-scattering dari partikel Alpha digunakan untuk mendeteksi keberadaan unsur-unsur yang lebih ringan seperti Hidrogen atau Berilium (yang dekat dengan partikel Alpha dalam massa, inti Helium). Massa partikel unsur yang lebih ringan akan menyerap sejumlah energi yang dapat diukur dari partikel Alfa selama tumbukan elastis; seperti yang terjadi di Rutherford hamburan kembali dekat 180 derajat. Namun, beberapa partikel Alpha diserap daripada tercermin oleh inti material. Penyerapan partikel Alpha menyebabkan emisi proton dengan energi kinetik yang terukur yang juga unik untuk partikel unsur dari mana asalnya (dalam bahan komet); ini digunakan untuk mendeteksi elemen yang lebih berat seperti magnesium atau sulfur. Terakhir, kulit elektron dalam materi yang menarik dapat dikeluarkan oleh partikel-partikel Alpha. Ketika elektron dari kulit terluar menggantikan elektron yang hilang, mereka memancarkan Sinar-X energi spesifik (kuantum) yang unik untuk partikel elementer itu; dengan demikian, unsur yang lebih berat seperti Besi atau Nikel dapat dideteksi. APXS adalah perwujudan awal Fisika Partikel Abad 20.
KONSER. Eksperimen Terdengar Nuklir COmet dengan Transmisi gelombang radio, seperti namanya, akan mengirimkan gelombang radio ke dalam inti komet. Pengorbit Rosetta mentransmisikan gelombang radio 90 MHz dan secara bersamaan Philae berdiri di permukaan untuk menerima dengan komet yang berada di antara mereka. Akibatnya, waktu perjalanan melalui komet dan energi gelombang radio yang tersisa adalah tanda tangan dari materi yang dilaluinya. Banyak transmisi radio dan resepsi oleh CONSERT melalui banyak sudut akan diperlukan untuk menentukan struktur interior komet. Ini mirip dengan bagaimana seseorang dapat merasakan bentuk objek bayangan berdiri di depan Anda dengan menggeser kepala ke kiri dan ke kanan untuk melihat bagaimana perubahan siluet; sama sekali otak Anda memahami bentuk objek. Dengan data CONSERT, proses dekonvolusi kompleks menggunakan komputer diperlukan. Ketepatan yang diketahui interior komet meningkat dengan lebih banyak pengukuran.
MUPUS. Sensor Multiguna untuk Ilmu Permukaan dan Bawah Permukaan adalah serangkaian detektor untuk mengukur keseimbangan energi, sifat termal dan mekanis dari permukaan komet dan di bawah permukaan hingga kedalaman 30 cm (1 kaki). Ada tiga bagian utama untuk MUPUS. Ada PEN yang merupakan tabung penetrator. PEN melekat pada lengan palu yang memanjang hingga 1,2 meter dari tubuh. Ini menyebarkan dengan kekuatan ke bawah yang cukup untuk menembus dan mengubur PEN di bawah permukaan; beberapa pukulan palu dimungkinkan. Di ujung, atau jangkar, PEN (tabung penetrator) adalah accelerometer dan standar PT100 (Platinum Resistance Thermometer). Bersama-sama, sensor jangkar akantentukan profil kekerasan di lokasi pendaratan dan difusivitas termal pada kedalaman akhir [ref]. Saat menembus permukaan, perlambatan lebih atau kurang menunjukkan bahan yang lebih keras atau lebih lembut. PEN mencakup array 16 detektor termal sepanjang panjangnya untuk mengukur suhu di bawah permukaan dan konduktivitas termal. PEN juga memiliki sumber panas untuk mengirimkan panas ke material komet dan mengukur dinamika termal. Dengan sumber panas mati, detektor di PEN akan memantau keseimbangan suhu dan energi dari komet saat mendekati Matahari dan memanas. Bagian kedua adalah MUPUS TM, sebuah radiometer di atas PEN yang akan mengukur dinamika termal permukaan. TM terdiri dari empat sensor termopile dengan filter optik untuk mencakup rentang panjang gelombang 6-25 μm.
SD2 Sample Drill and Distribution device akan menembus permukaan dan bawah permukaan hingga kedalaman 20 cm. Setiap sampel yang diambil akan menjadi beberapa milimeter kubik dalam volume dan didistribusikan ke 26 oven yang dipasang pada korsel. Oven memanaskan sampel yang menghasilkan gas yang dikirim ke kromatografi gas dan spektrometer massa yaitu COSAC dan PTOLEMY. Pengamatan dan analisis data APXS dan ROLIS akan digunakan untuk menentukan lokasi pengambilan sampel yang semuanya akan berada di "lingkaran kerja" dari rotasi tubuh Philae tentang sumbu Z-nya.
COSAC Pengambilan Sampel dan Komposisi Komet percobaan. Kromatografi gas (GC) pertama yang saya lihat adalah di laboratorium perguruan tinggi dan sedang digunakan oleh manajer lab untuk tes forensik yang mendukung departemen kepolisian setempat. Maksud dari Philae adalah melakukan tes forensik pada komet yang jaraknya ratusan juta mil dari Bumi. Philae adalah kaca mata-mata Sherlock Holmes yang efektif dan Sherlock adalah semua peneliti di Bumi. Kromatografi gas COSAC mencakup spektrometer massa dan akan mengukur jumlah elemen dan molekul, khususnya molekul organik kompleks, yang merupakan bahan komet. Sementara lab pertama yang saya lihat lebih dekat dengan ukuran Philae, dua GC di Philae adalah tentang ukuran kotak sepatu.
PTOLEMY. Penganalisis Gas Berkembang [ref], jenis kromatografi gas yang berbeda. Tujuan Ptolemeus adalah untuk mengukur jumlah isotop spesifik untuk mendapatkan rasio isotop, misalnya, 2 bagian isotop C12 ke satu bagian C13. Menurut definisi, isotop suatu unsur memiliki jumlah proton yang sama tetapi jumlah neutron yang berbeda dalam nukleusnya. Salah satu contoh adalah 3 isotop Karbon, C12, C13 dan C14; angka menjadi jumlah neutron. Beberapa isotop stabil sementara yang lain tidak stabil - radioaktif dan membusuk menjadi bentuk stabil dari elemen yang sama atau menjadi elemen lain. Yang menarik bagi peneliti Ptolemy adalah rasio isotop stabil (alami dan bukan yang dipengaruhi oleh, atau yang dihasilkan dari, peluruhan radioaktif) untuk unsur-unsur H, C, N, O dan S, tetapi terutama Karbon. Rasio akan menjadi indikator yang menunjukkan di mana dan bagaimana komet dibuat. Sampai sekarang, pengukuran spektroskopi komet untuk menentukan rasio isotop telah dari kejauhan dan akurasi tidak memadai untuk menarik kesimpulan tegas tentang asal usul komet dan bagaimana komet terkait dengan penciptaan planet dan evolusi Nebula Matahari, yang tempat kelahiran sistem planet kita yang mengelilingi Matahari, bintang kita. Alat analisis gas yang dikembangkan akan memanaskan sampel (~ 1000 C) untuk mengubah bahan menjadi bentuk gas yang spektrometer dapat mengukur jumlah dengan sangat akurat. Instrumen serupa, TEGA (Thermal Evolved Gas Analyzer) adalah instrumen di Mars Phoenix pendarat.
WIJEN Eksperimen Suara Listrik dan Pemantauan Akustik PermukaanInstrumen ini melibatkan tiga detektor unik. Yang pertama adalah SESAME / CASSE, detektor akustik. Setiap kaki pendaratan Philae memiliki penghasil dan penerima akustik. Masing-masing kaki akan bergantian mentransmisikan gelombang akustik (kisaran 100 Hertz ke KiloHertz) ke dalam komet yang akan diukur oleh sensor kaki lainnya. Bagaimana gelombang itu dilemahkan, yaitu, dilemahkan dan ditransformasikan, oleh bahan komet yang dilaluinya, dapat digunakan bersama dengan properti komet lainnya yang diperoleh dari instrumen Philae, untuk menentukan variasi harian dan musiman dalam struktur komet hingga kedalaman sekitar 2 meter. Juga, dalam mode pasif (mendengarkan), CASSE akan memonitor gelombang suara dari derit, erangan di dalam komet yang berpotensi disebabkan oleh tekanan dari pemanasan matahari dan gas ventilasi.
Berikutnya adalah detektor SESAME / PP - Probe Permitivitas. Permitivitas adalah ukuran dari resistensi suatu material terhadap medan listrik. SESAME / PP akan mengirimkan medan listrik berosilasi (gelombang sinus) ke dalam komet. Kaki Philae membawa penerima - elektroda dan generator sinus AC untuk memancarkan medan listrik. Ketahanan material komet hingga kedalaman sekitar 2 meter diukur dengan demikian memberikan properti penting lainnya dari komet - yaitu permitivitas.
Detektor ketiga disebut SESAME / DIM. Ini adalah penghitung debu komet. Ada beberapa referensi yang digunakan untuk menyusun deskripsi instrumen ini. Untuk instrumen ini, ada, apa yang saya sebut, deskripsi yang indah yang saya akan kutip di sini dengan referensi. “Kubus Dust Impact Monitor (DIM) di atas balkon Lander adalah sensor debu dengan tiga sensor piezo ortogonal aktif (50 × 16) mm. Dari pengukuran tegangan puncak transien dan durasi setengah kontak, kecepatan dan jari-jari partikel debu yang terkena dapat dihitung. Partikel dengan jari-jari dari sekitar 0,5 m sampai 3 mm dan kecepatan dari 0,025-0,25 m / s dapat diukur. Jika kebisingan latar belakang sangat tinggi, atau laju dan / atau amplitudo dari sinyal burst terlalu tinggi, sistem secara otomatis beralih ke apa yang disebut mode Continuous Continuous; yaitu, hanya sinyal rata-rata yang akan diperoleh, memberikan ukuran fluks debu. ” [ref]
ROMAP Rosetta Lander Magnetometer dan Plasma detektor juga termasuk detektor ketiga, sensor tekanan. Beberapa pesawat ruang angkasa telah terbang oleh komet dan medan magnet intrinsik, yang diciptakan oleh inti komet (tubuh utama) tidak pernah terdeteksi. Jika ada medan magnet intrinsik, kemungkinan akan sangat lemah dan pendaratan di permukaan akan diperlukan. Menemukan satu akan luar biasa dan akan membalikkan teori tentang komet di kepala mereka. Rendah dan lihatlah Philae memiliki magnetometer fluxgate.
Medan magnet (B) bumi di sekitar kita diukur dalam 10-an dari ribuan nano-Teslas (unit SI, miliaran dari Tesla). Di luar medan Bumi, planet-planet, asteroid, dan komet semuanya terbenam dalam medan magnet Matahari yang, di dekat Bumi, diukur dalam satu digit, 5 hingga 10 nano-Tesla. Detektor Philae memiliki rentang +/- 2000 nanoTesla; hanya dalam kisaran kasus tetapi yang mudah ditawarkan oleh fluxgates. Ia memiliki sensitivitas 1/100 dari nanoTesla. Jadi, ESA dan Rosetta siap. Magnetometer dapat mendeteksi bidang yang sangat kecil jika ada di sana. Sekarang mari kita pertimbangkan detektor Plasma.
Sebagian besar dinamika Semesta melibatkan interaksi gas terionisasi plasma (umumnya kehilangan satu atau lebih elektron sehingga membawa muatan listrik positif) dengan medan magnet. Komet juga melibatkan interaksi seperti itu dan Philae membawa detektor plasma untuk mengukur energi, kepadatan, dan arah elektron serta ion bermuatan positif. Komet aktif pada dasarnya melepaskan gas netral ke ruang angkasa ditambah partikel padat kecil (debu). Radiasi ultraviolet Matahari sebagian mengionisasi gas komet dari ekor komet, yaitu, menciptakan plasma. Pada jarak tertentu dari inti komet tergantung pada seberapa panas dan padat plasma itu, ada kebuntuan antara medan magnet Matahari dan plasma ekor. Lapangan B Sun menggantung di sekitar ekor komet seperti kain putih yang menutupi trik-atau-treater Halloween tetapi tanpa lubang mata.
Jadi di permukaan P67, detektor ROMAP / SPM Philae, penganalisa elektrostatik, dan sensor Faraday Cup akan mengukur elektron dan ion bebas di ruang yang tidak begitu kosong. Plasma “dingin” mengelilingi komet; SPM akan mendeteksi energi kinetik ion dalam kisaran 40 hingga 8000 electron-volts (eV) dan elektron dari 0,35 eV hingga 4200 eV. Terakhir, ROMAP menyertakan sensor tekanan yang dapat mengukur tekanan sangat rendah - sepersejuta atau seperseribu atau kurang dari tekanan udara yang kita nikmati di Bumi. Pengukur Vakum Penning digunakan yang mengionisasi gas netral terutama di dekat permukaan dan mengukur arus yang dihasilkan.
Philae akan membawa 10 instrumen suites ke permukaan 67P / Churyumov-Gerasimenko tetapi secara keseluruhan sepuluh mewakili 15 jenis detektor yang berbeda. Beberapa saling tergantung, yaitu, untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu, seseorang membutuhkan beberapa set data. Mendarat Philae di permukaan komet akan menyediakan sarana untuk mengukur banyak sifat komet untuk waktu pertama dan yang lainnya dengan akurasi yang jauh lebih tinggi. Secara keseluruhan, para ilmuwan akan lebih dekat untuk memahami asal-usul komet dan kontribusinya terhadap evolusi Tata Surya.
