マイクロイメージングダスト分析システム

ミダス
オペレーターESA
メーカーオーストリア、オランダ、ドイツ
機器の種類原子間力顕微鏡
関数元素分析装置
ミッション期間12年6ヶ月28日
営業開始2014年8月6日[ 1 ]
操業停止2016年9月30日
プロパティ
質量8.0キロ
消費電力7.4ワット
ホスト宇宙船
宇宙船ロゼッタ宇宙船
オペレーター欧州宇宙機関
発売日2004年3月2日 （2004年3月2日）
ロケットアリアン5 G+ V-158
発射場クールーELA-3
コスパーID2004-006A
軌道67P彗星/チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星

マイクロイメージングダスト分析システム（MIDAS ）は、欧州宇宙機関のロゼッタミッションに搭載された機器の1つで、太陽系内に進入した活動的なチュリュモフ・ゲラシメンコ彗星67Pの周囲の環境を現地調査した。[ 2 ] [ 3 ] MIDASは、彗星から放出されたダスト粒子を収集し、 [ 4 ] [ 5 ]非常に鋭い針状の先端でスキャンして、非常に高い解像度（4ナノメートル）で3D構造、サイズ、テクスチャを決定するように設計された原子間力顕微鏡（AFM）である。[ 3 ]

科学目標

MIDASは、最小の彗星塵粒子をその場で撮影できる初の観測機器である。[ 6 ]地球の成層圏で収集された惑星間塵粒子の中には、彗星起源であることが示されているものもあるが、その正確な起源は概して不明である。スターダスト計画は、 81P/ワイルド彗星 への高速フライバイ中にエアロゲルに収集された多くの彗星塵粒子を地球に持ち帰ったが、これらは減速して地球に帰還する過程で大きく変化し、粉砕され、溶融していた。[ 7 ] MIDASは主に、直径数マイクロメートル以下の粒子の観測に使用された。 [ 3 ]

MIDASは、太陽系内部を通過するチュリュモフ・ゲラシメンコ彗星67Pから放出される塵粒子（岩石、氷、有機化合物の微小な破片[ 7 ]）を収集して画像化することで、次のような疑問に答えます。 [ 3 ] [ 6 ] [ 8 ]

  1. 個々の粒子の大きさと形態はどのようなものですか?
  2. 個々の穀物の変化履歴は何ですか?
  3. 最小粒子のサイズ分布は何ですか?
  4. 粒子は結晶性ですか、それとも非晶質ですか?
  5. 穀物は密集しているのか、それとも多孔質で「ふわふわ」しているのか?
  6. 穀物の最小の「構成要素」とは何でしょうか?

彗星は太古の昔から存在し、太陽系初期における形成以来変化していない物質を含んでいると考えられているため、これらの疑問は太陽系形成に関する理論を直接的に裏付けるものとなるでしょう。主任研究者はオーストリア宇宙研究所（ IWF ）のマーク・ベントレー氏です。 [ 6 ] [ 7 ]ハードウェアはオーストリア、オランダ、ドイツの大学から提供されています。[ 6 ]

機器の説明

MIDASはロゼッタ宇宙船の天底パネルに搭載されており、3つの主要サブシステムと電子ボックスで構成されています。[ 2 ] [ 3 ] [ 6 ]

  • 集塵を制御するための漏斗、シャッター、コリメータ
  • 集められた塵埃を収集し、操作するためのサンプル処理ステージ
  • 原子力顕微鏡。

彗星に近づくと、シャッターを開き、61個のターゲットのうち1つをファンネルのすぐ後ろに配置することでダストを収集します。コリメータにより、一度に1つのターゲットのみが露光されます。ターゲットは1.4×2.4mmの長方形で、ホイールの円周上に取り付けられています。このホイールを回転させると、ターゲットはダスト収集（露光）位置から分析（スキャン）位置に移動します。十分な量のダストが収集されると、シャッターが閉じられ、露光されたターゲットは16個のカンチレバーの1つの前に移動されます。各カンチレバーには鋭い先端が取り付けられていますが、動作中に摩耗する可能性があるため、16個の先端は1年間の公称動作において冗長性を確保します。

カンチレバーとチップ

MIDASカンチレバーはピエゾ抵抗型であり、多くの市販機器のようにカンチレバーからのレーザー光の反射ではなく、抵抗の変化によって変位を測定します。これにより、複雑な光学調整が不要になり、打ち上げに耐えられるほどの堅牢性を実現しました。冗長性を確保するために16個のカンチレバーが搭載されており、それぞれ約10μmの鋭い先端を備えています。4個のカンチレバーはコバルト合金でコーティングされており、収集した塵埃の磁気力顕微鏡観察が可能です。[ 6 ]

サンプルの取り扱い

ダスト粒子を収集するMIDASターゲットはシリコン製で、 1.4×2.4 mmの長方形です。ほとんどのターゲットには、粒子をターゲットに付着させやすくするゾルゲルコーティングが施されています。3つのキャリブレーションターゲットも搭載されており、スキャナのXYおよびZ方向のキャリブレーションと、先端形状の画像化が可能です。64個のターゲットはすべてホイールの円周上に搭載されており、ホイールを回転させることによりサンプルの選択、Y方向の粗調整、サンプルの露光位置からスキャン位置への移動が行われます。ホイールは横方向にも移動可能で、16個のカンチレバーそれぞれの前でホイールを移動させ、X方向の粗調整が可能です。[ 6 ]

粗進入段階

試料を走査する前に、顕微鏡を試料に近づける必要があります。これは、加圧真空ベローズに収納されたブラシ付きDCモーターで駆動される粗動ステージによって実現されます。このモーターはスピンドルを駆動し、図に示すように、バネ仕掛けのくさび形に配置されたホイールを上下させます。これにより、顕微鏡ステージ全体を約0.5mm移動させることができます。[ 6 ]

サンプルステージ

この装置の心臓部は、XY方向に約100×100μm、Z方向に約10μmの移動量を持つ高精度XYZステージです。ピエゾアクチュエータによって駆動されるこのステージは、選択されたカンチレバーとチップをサンプル上でラスターパターンに沿って移動させ、各ポイントにおけるサンプルの高さを測定します。[ 6 ]

機器仕様

次の表は、この機器の主な特徴をまとめたものである。[ 6 ] [ 8 ]

パラメータ飛行中のパフォーマンス
質量8.0キロ
力7.4 W（平均）
横方向解像度3.8 nm
高さ解像度0.16 nm
高さの範囲8μm
スキャンフィールド最小: 0.97 μm、最大: 94 μm
画像解像度32 × 32 - 512 × 512ピクセル、14 ビット/ピクセル
動作モード接触、ダイナミック、磁気
データチャネル地形、エラー信号、位相シフト、カンチレバーDC、AC、X/Y/Z電圧と位置

2014年1月20日に宇宙船が冬眠モードから解除されたとき、[ 9 ] [ 10 ] MIDASコンピュータソフトウェアが更新され、機器の校正とテストが行​​われました。[ 11 ] [ 12 ]

結果

MIDASは10年間という長期の巡航期間中運用されてきましたが、塵が著しく多いと予想される環境では観測されていません。そのため、現在までに入手可能なデータは、キャリブレーションターゲットとブランクターゲットの参照スキャンのみです。科学データは、通常の6ヶ月間の独占期間を除けば、ミッションが2014年11月に主要科学フェーズを開始する時点で公開される予定です。データはESA惑星科学アーカイブ（PSA）を通じて公開されており、専用のRosettaセクションが利用可能です。

参考文献

  1. ^ 「ロゼッタのタイムライン：彗星到着までのカウントダウン」欧州宇宙機関（ESA）2014年8月5日。 2014年8月6日閲覧。
  2. ^ a b Riedler, W.; Torkar, K.; Jeszenszky, H.; Romstedt, J.; et al. (2007). 「MIDAS ロゼッタミッション向けマイクロイメージングダスト分析システム」. Space Science Reviews . 128 ( 1–4 ): 869–904 . Bibcode : 2007SSRv..128..869R . doi : 10.1007/s11214-006-9040-y . S2CID 44189154 . 
  3. ^ a b c d e「ロゼッタ — オービター計器」。欧州宇宙機関。 2014 年 3 月 6 日。2014 年 4 月 22 日に取得。
  4. ^ダグ・スタングリン（2014年1月20日）「彗星探査機ロゼッタが目覚める：「こんにちは、世界！」」 USAトゥデイ。 2014年4月22日閲覧。
  5. ^ 「ロゼッタEQMエンジニアリングモデルが完成」 Space Daily、2000年8月17日。 2014年4月22日閲覧。
  6. ^ a b c d e f g h i j「MIDAS - マイクロイメージングダスト分析システム」欧州宇宙機関2013年9月6日. 2014年4月22日閲覧。
  7. ^ a b c「MIDASの紹介：ロゼッタのマイクロイメージングダスト分析システム」 ESAブログ、2014年3月26日。 2014年4月22日閲覧。
  8. ^ a b「マイクロイメージングダスト分析システム（MIDAS）」 .欧州宇宙機関. NASA . 2013年8月16日. 2014年4月22日閲覧。
  9. ^ Jordans, Frank (2014年1月20日). 「彗星追跡探査機が地球に信号を送る」 .エキサイトニュース. AP通信. 2014年1月20日閲覧。
  10. ^ Morin, Monte (2014年1月20日). 「ロゼッタ、目覚めよ！彗星探査宇宙船に警鐘」ロサンゼルス・タイムズ. Science Now . 2014年1月21日閲覧。
  11. ^ロペス・ミケローネ、マヌエル (2014 年 3 月 30 日)。「Actualisación de software a 655 millones de kilómetros」 [6 億 5,500 万キロメートルからのソフトウェア更新]。ウノセロ（スペイン語）。スペイン。2014 年 4 月 22 日に取得。
  12. ^ウィルクス、ジェレミー（2014年4月7日）「彗星ハンター、ロゼッタが獲物に接近」 Euronews . 2014年4月22日閲覧。
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