Масса большинства этих частиц измеряется в микрограммах, как у небольшой песчинки. Но на скоростях выше 22 000 миль в час (36 000 км / ч) даже микрометеороиды дают преимущество.
Новые измерения могут помочь уточнить модели пыли, используемые исследователями в различных исследованиях, от понимания физики образования планет до оценки рисков столкновения для нынешних и будущих космических аппаратов.«Мы показали, что у нас есть новая техника и что она работает», — сказал Ира Торп, руководитель группы в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Следующим шагом будет тщательное применение этой техники ко всему нашему набору данных и интерпретация результатов».Основная цель миссии состояла в том, чтобы проверить, насколько хорошо космический корабль может летать в строю с парой идентичных 1,8-дюймовых (46-миллиметровых) золотоплатиновых кубов, плавающих внутри него.
Кубики представляют собой тестовые гири, предназначенные для свободного падения и реагирующие только на силу тяжести.Космический корабль служит щитом для защиты испытательных масс от внешних сил. Когда LISA Pathfinder реагирует на давление солнечного света и микроскопические удары пыли, космический корабль автоматически компенсирует это, выпуская крошечные импульсы из микроньютонных двигателей, чтобы не допустить нарушения тестовых масс.Ученые называют это полетом без сопротивления.
За первые два месяца работы в начале 2016 года LISA Pathfinder продемонстрировал процесс с точностью, примерно в пять раз превосходящей требования миссии, что сделало его самым чувствительным прибором для измерения ускорения из когда-либо используемых. Теперь он достиг уровня чувствительности, необходимого для создания полноценной обсерватории гравитационных волн с несколькими космическими аппаратами.«Каждый раз, когда микроскопическая пыль ударяет LISA Pathfinder, его двигатели сводят на нет небольшое количество импульса, передаваемого космическому кораблю», — сказал соисследователь Годдарда Диего Янчес. «Мы можем изменить это и использовать запуск двигателей, чтобы узнать больше о сталкивающихся частицах.
Шум одной команды становится данными другой команды».Многое из того, что мы знаем о межпланетной пыли, ограничено окрестностями Земли, во многом благодаря Центру длительного воздействия НАСА (LDEF). Запущенный на околоземную орбиту космическим шаттлом "Челленджер" в апреле 1984 года и доставленный космическим шаттлом "Колумбия" в январе 1990 года, LDEF провел десятки экспериментов, многие из которых были разработаны для лучшего понимания среды метеороидов и орбитального мусора.Различный состав, орбиты и история различных астероидов и комет естественным образом производят пыль с различными массами и скоростями.
Ученые подозревают, что самые маленькие и самые медленные частицы увеличиваются в окрестностях Земли, поэтому результаты LDEF не репрезентативны для более широкой солнечной системы.«Маленькие медленные частицы около планеты наиболее восприимчивы к гравитационному притяжению планеты, которое мы называем гравитационной фокусировкой», — сказал Янчес. Это означает, что поток микрометеороидов у Земли должен быть намного выше, чем у спутника LISA Pathfinder, расположенного примерно на 930 000 миль (1,5 миллиона километров) ближе к Солнцу.
Чтобы найти столкновения, Тайсон Литтенберг из Центра космических полетов им. Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, адаптировал алгоритм, который он первоначально разработал для поиска гравитационных волн в данных с наземных детекторов Обсерватории гравитационных волн с лазерным интерферометром (LIGO), расположенной в Ливингстоне, штат Луизиана, и Хэнфорде, штат Вашингтон. Фактически, это был один из многих алгоритмов, которые сыграли роль в открытии гравитационных волн LIGO, о котором было объявлено в феврале 2016 года.«Это работает так: мы придумываем предположение о том, как мог бы выглядеть сигнал, а затем изучаем, как LIGO или LISA Pathfinder отреагировали бы, если бы это предположение было правдой», — пояснил Литтенберг. «Для LIGO мы предполагаем форму волны, пики и спады гравитационной волны.
Для LISA Pathfinder мы предполагаем удар».Чтобы составить карту вероятности возможных источников, команда генерирует миллионы различных сценариев, описывающих, что может быть источником, и сравнивает их с тем, что на самом деле обнаруживает космический корабль.В ответ на удар LISA Pathfinder запускает двигатели, чтобы противодействовать как незначительному «толчку» удара, так и любому изменению вращения космического корабля. Вместе эти величины позволяют исследователям определить место падения космического корабля и восстановить первоначальную траекторию микрометеороида.
Это может позволить группе идентифицировать отдельные потоки обломков и, возможно, связать их с известными астероидами и кометами.«Это очень хорошее сотрудничество», — сказал Пол Макнамара, научный сотрудник проекта LISA Pathfinder в Управлении науки ЕКА в Нордвейке, Нидерланды. «Это данные, которые мы используем для наших научных измерений, и в результате Ира и его команда могут рассказать нам о микрочастицах, попадающих в космический корабль».Его удаленное местоположение, чувствительность к частицам малой массы и способность измерять размер и направление падающих частиц делают LISA Pathfinder уникальным инструментом для изучения популяции микрометеороидов во внутренней части Солнечной системы. Но это только начало.
«Это доказательство концепции, но мы надеемся повторить эту технику с полной обсерваторией гравитационных волн, которую в настоящее время изучают ЕКА и НАСА», — сказал Торп. «Благодаря тому, что несколько космических аппаратов находятся на разных орбитах, а время наблюдения намного больше, качество данных действительно должно улучшиться».LISA Pathfinder управляется Европейским космическим агентством (ESA) и включает в себя вклады НАСА Годдарда и Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния. Миссия стартовала 3 декабря 2015 года и в конце января 2016 года начала вращаться вокруг точки под названием Земля-Солнце L1, примерно в 930 000 миль (1,5 миллиона км) от Земли в направлении Солнца.LISA — это аббревиатура от Laser Interferometer Space Antenna, космической обсерватории гравитационных волн, которая была подробно изучена как NASA, так и ESA.
Эта концепция изучается для третьей крупной миссии ESA Cosmic Vision Plan, которая направлена ??на запуск обсерватории гравитационных волн в 2034 году.