Nytt och snabbare drivsystem för rymdfarkoster har testats

 

Bild https://le.ac.uk/news

Ett förbättrat kraftsystem för rymdfarkoster som kombinerar det tekniska kunnandet hos ingenjörer och forskare vid University of Leicester och NASA Glenn har klarat sitt första test med glans.

I slutet av 2024 undertecknade universitetet ett International Space Act-avtal med NASA för att möjliggöra gemensam användning av teknisk design och laboratorieresurser vid NASA Glenn  teamen testade en revolutionerande innovation som kan påverka rymdutforskningen positivt.

De två grupperna samarbetar i ett projekt för att kombinera eluppvärmda simulatorer av americium-värmekällor som utvecklats vid universitetet med stirlingkraftomvandlarteknik vid NASA Glenn. Kombinationen bygger på utvecklingen av radioisotopkraftsystem vid universitetet något som har pågått i över ett decennium och finansierats av Europeiska rymdorganisationens ENDURE-program. 

De värmekällor som universitetet utvecklar drivs av americium-241 som är ett alternativ till de plutonium-238-värmekällor som historiskt har använts som värmekälla i rymden. Dr Hannah Sargeant, forskare i Space Nuclear Power-teamet vid Space Park Leicester, University of Leicesters science and innovation park med en budget på 100 miljoner pund, beskriver: "En särskild höjdpunkt i den här konstruktionen är att den kan motstå en misslyckad stirlingomvandlare utan förlust av elektrisk kraft.

Funktionen demonstrerades framgångsrikt i en testkampanj och belyser robustheten och tillförlitligheten hos en Americium-Radioisotope Stirling Generator för potentiella framtida rymdfärder, inklusive långvariga uppdrag som består i många decennier. Vår hårdvaruinriktade strategi med snabba iterationscykler fortsätter att leverera positiva och spännande resultat."

Verksamheten finansierades av den brittiska rymdstyrelsen International Bilateral Fund och NASA:s Radioisotope Power System Program.

Asteroiden Vesta är inte vad vi antagit

 

Bild wikipedia, tagen av sonden Dawn 17 juli 2011. Vesta är den fjärde asteroiden som upptäcktes och finns i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter. Den är den näst största asteroiden  där  med måtten 578×560×458 kilometer.

NASA sköt upp rymdsonden Dawn 2007 med syftet att studera Vesta och Ceres, de två största objekten i asteroidbältet. Målet var att bättre förstå hur planeter bildades.

Ett forskarlag under ledning av NASA Jet Propulsion Lab (JPL) har nyligen publicerat en artikel i Nature Astronomy om Vesta som visar nya rön.

 "Avsaknaden av en kärna var mycket överraskande", beskriver Seth Jacobson, biträdande professor Earth and Environmental Sciences Assistant MSU (Michigan stete University) , en av författarna till artikeln. "Det blir ett helt annat sätt att tänka kring Vesta än nuvarande." De flesta asteroider består av ett mycket gammalt kondritiskt material som ser ut som ett kosmiskt sedimentärt grus. Vestas yta  däremot är täckt av vulkaniska basaltbergarter. Dessa stenar indikerar att Vesta gått igenom en smältprocess som kallas planetarisk differentiering, där metallen sjunker till centrum och bildar en kärna.

Jacobson beskriver att ju mer forskarna analyserat insamlad data desto bättre blev de på att bearbeta den. De hittade sätt att mer exakt kalibrera mätresultat och fick en förbättrad bild av Vesta. Ryan Park, seniorforskare och chefsingenjör vid JPL och hans team bestämde sig för att analysera Vestas mätresultat på nytt.

"I åratal har motstridiga gravitationsdata från Dawns observationer av Vesta skapat frågor", beskriver Park. "Efter nästan ett decennium av finslipning av våra kalibrerings- och bearbetningstekniker uppnådde vi nu en anmärkningsvärd överensstämmelse mellan radiometrisk data från Dawns Deep Space Network och bilddata. Vi var glada över att kunna bekräfta datans styrka när det gäller att avslöja Vestas på djupet. Våra resultat visar att Vestas historia är mycket mer komplex än man tidigare ansett, formad av unika processer som avbruten planetarisk differentiering och kollisioner i sena skeden.

Planetforskare kan uppskatta storleken på en himlakropps kärna genom att mäta det som kallas tröghetsmomentet. Det är ett begrepp från fysiken som beskriver hur svårt det är att ändra rotationen av ett objekt runt en axel. Jacobson jämförde konceptet med en konståkare som snurrar på isen. De ändrar sin hastighet genom att dra in armarna för att öka hastigheten och flytta dem utåt för att sakta ner. Detta tröghetsmoment förändras av att deras armar ändrar position.

På samma sätt är det med ett föremål i rymden som innehåller en större kärna likt en ballerina med sina armar indragna mot kroppen. Himlakroppar med en tät kärna rör sig annorlunda än en utan kärna alls (utan kärna är asteroider som består av löst sammanhållet grus av gravitation). Med denna kunskap mätte forskargruppen rotations- och gravitationsfältet hos Vesta. Resultaten visade att Vesta inte betedde sig som ett objekt med en kärna vilket utmanade tidigare föreställningar om hur Vesta bildats och bestod av.

Ingen av hypoteserna har utforskats tillräckligt för att utesluta någon av dem, men båda har problem som kräver mer forskning för att förklara. Även om ofullständig differentiering är möjlig, stämmer den inte överens med de meteoriter som forskare har samlat in över tid och som kommit från Vesta (ner på Jorden).

"Vi är verkligen säkra på att dessa meteoriter kom från Vesta", beskriver Jacobson. "Och dessa visar inga uppenbara tecken på ofullständig differentiering."

Den alternativa förklaringen bygger på idén att när de jordlika planeterna bildades inträffade stora kollisioner, som främst gjorde att planeterna växte i storlek men också genererade nedslagsrester (kratrar). Det utkastade materialet från dessa kollisioner (nedslag) inkluderar mineral som är resultatet av smältning vid nedslaget och precis som Vesta skulle de inte innehålla någon kärna.

Jacobsons labb utforskade konsekvenserna av gigantiska nedslag under planetbildningseran. Tillsammans med en av sina doktorander, Emily Elizondo, arbetar han med idén att vissa asteroider i asteroidbältet är bitar som kastats ut från växande planeter.

Men denna idé är långt ifrån bevisad. Fler datamodeller behöver skapas och finjusteras för att bevisa att Vesta är en uråldrig bit av en planet som höll på att bildas. Forskare kan justera hur de studerar Vesta-meteoriter för att dyka djupare in i båda hypoteserna, beskriver Jacobson. De skulle också kunna göra ytterligare studier med nya metoder med data från Dawn-uppdraget.

Den här artikeln är bara början på en ny studieinriktning, beskriver Jacobson. Det kan för alltid förändra hur forskare ser på differentierade världar.

"Vesta-meteoritsamlingen är inte längre ett prov på en kropp i rymden som misslyckades med att bli en planet", beskriver Jacobson. "De kan vara delar av en uråldrig planet innan den växte till full fullbordan. Vi vet bara inte vilken planet det är Vesta kommer från."

Ett stort gasmoln bestående av väte har upptäckts i vårt närområde

 

Bild https://www.rutgers.edu Illustratörs föreställning om hur Eos molekylmoln ser se ut på himlen om det var synligt för blotta ögat. NatureLifePhoto/Flickr (New York Citys silhuett), Burkhart et al. 2025

Det halvmånformade gasmolnet kallat Eon finns cirka 300 ljusår från jorden. Det finns på kanten av den lokala galaxbubblan, ett stort gasfyllt hålrum i rymden som omger hela vårt solsystem. Forskare uppskattar att Eos som molnet betecknas har en enorm projektion på himlen och mäter i storlek av cirka 40 månar i skyn och består av en massa av cirka 3400 gånger solens massa. Teamet använde datamodellanalys som visade att molnet förväntas avdunstat bort (skingras) om 6 miljoner år.

"Användningen av teknik för att söka på ultraviolett fluorescensområdet  kan ge oss förståelse om universum och avslöja dolda moln i vintergatan och tillbaka mot de mest detekterbara gränserna av den kosmiska gryningen", beskriver Thavisha Dharmawardena, NASA Hubble Fellow vid New York University en av studiens huvudförfattare.

Eos upptäcktes i data som samlats in av en spektrograf kallad FIMS-SPEAR (en beteckning för fluorescerande avbildande spektrograf) som sökte i ultraviolett ljus Instrumentet finns på den koreanska satelliten STSAT-1. En ultraviolettbildande spektrograf bryter ner ultraviolett ljus som sänds ut av materia i dess våglängder, precis som ett prisma gör med synligt ljus vilket skapar ett spektrum som forskare sedan kan analysera.

Resultatet hade släppts redan offentligt 2023 när Burkhart stötte på det.

"Det var som att det bara väntade på att bli analyserat på nytt", påtalar hon.

Studien belyser vikten av innovativa observationstekniker för att öka förståelsen av kosmos, beskriver Burkhart. Hon noterade att Eos domineras av molekylär vätgas men är mestadels "CO-mörk" vilket innebär att den inte innehåller mycket av materia och inte avger den karakteristiska signatur som detekteras med konventionella metoder. Det förklarar hur Eos undgick att hittas under så lång tid.

"Berättelsen om kosmos är en berättelse om omorganiseringen av atomer under miljarder år", beskriver Burkhart. – Det väte som för närvarande finns i Eos-molnet existerade vid tiden för Big Bang och kom så småningom in i vår galax och samlades i närheten av solen. Så det har varit en lång resa på 13,6 miljarder år för de här väteatomerna i Eosmolnet.

Teorin att stjärnor till slut löses upp i neutroner

 

Bild https://www.lanl.gov  En högenergirik  jetstråle av fotoner (vitt och blått på bilden) som spränger ut ur en kollapsad stjärna där det finns och ses ett svart hål i mitten av bilden av stjärnan. Det röda  runt jetstrålen representerar kokongen där fria neutroner fångas in och orsakar r-processen, nukleosyntesen   som resulterar i bildandet av tunga grundämnen.

Att förstå ursprunget till tunga grundämnen i det periodiska systemet är ett av de mest utmanande och öppna problemen inom fysiken. I sökandet efter förhållanden som är lämpliga för dessa grundämnens ursprung via "nukleosyntes" tar sig ett team under ledning från Los Alamos National Laboratory dit inga forskare har letat tidigare, till gammablixtar och den omgivningen som kommer  från kollapsade stjärnor. Som de föreslagit i en artikel i The Astrophysical Journal kan högenergirika fotoner som produceras djupt inne i jetstrålar lösa upp de yttre lagren av en stjärna till neutroner vilket orsakar en rad fysikaliska processer som resulterar i bildandet av tunga grundämnen. 

"Skapandet av tunga grundämnen som uran och plutonium kräver extrema förhållanden", beskriver Matthew Mumpower, fysiker vid Los Alamos. "Det finns bara ett fåtal genomförbara men sällsynta scenarier i kosmos där dessa grundämnen kan bildas och på dessa platser behövs en riklig mängd neutroner. Vi föreslår ett nytt fenomen där dessa neutroner inte existerat tidigare utan produceras dynamiskt i stjärnan.

I det scenario som Mumpower föreställer sig startar det med att en massiv stjärna avstannar i fusion när dess kärnbränsle tar slut. När det inte längre går att trycka ihop materian mer genom gravitation bildas ett svart hål i stjärnans centrum. Om det svarta hålet snurrar tillräckligt snabbt kommer den extremt starka gravitationen runt det svarta hålet att dra till sig magnetfältet som runt om och kasta ut en kraftfull jetstråle bestående av fotoner. Genom efterföljande reaktioner skapas ett brett spektrum av fotoner, varav några har hög energi.

Jetstrålen spränger genom stjärnan framför den och skapar en het kokong av material runt jetstrålen, "likt ett godståg som plöjer genom snö", beskriver Mumpower. Vid gränsytan mellan jetstrålen och stjärnmaterialet kan högenergirika fotoner (ljus) interagera med atomkärnor och omvandla protoner till neutroner. Befintliga atomkärnor kan också lösas upp till enskilda nukleoner, vilket skapar fler fria neutroner som kan driva r-processen. Forskarnas beräkningar tyder på att interaktionen av ljus och materia kan skapa neutroner otroligt snabbt i storleksordningen av en nanosekund.

På grund av sin laddning fastnar protoner i jetstrålen av de starka magnetfälten. Neutroner, som är laddningsfria, plöjs ut ur jetstrålen och in i omgivningen. Efter att ha upplevt en relativistisk chock ligger neutronerna extremt tätt sammanpackade jämfört med det omgivande stjärnmaterialet och därmed kan r-processen uppstå och ge tunga grundämnen och isotoper som smids och sedan kastas ut i rymden under tiden som stjärnan slits sönder.

Processen med protoner som omvandlas till neutroner, tillsammans med fria neutroner som flyr ut i omgivningen för att bilda tunga grundämnen, involverar ett brett spektrum av fysikaliska principer och omfattar alla fyra grundläggande naturkrafterna (gravitation, den starka kärnkraften, den svaga kärnkraften och elektromagnetism): ett verkligt multifysikproblem, som kombinerar områden inom atom- och kärnfysik med hydrodynamik och allmän relativitetsteori.

Trots teamets ansträngningar kvarstår dock fler utmaningar eftersom de tunga isotoper som skapas under r-processen aldrig kan bildas på jorden och vi inte finner dem här under bildning  att undersöka. Forskare vet inte mycket om deras egenskaper, eller deras atomvikt, halveringstid mm.

Det behövs fler nyfikna forskare om vi en dag ska förstå vår verklighet och vad den består av och fungerar eller kom till.

Varför kolhaltiga meteoriter är mindre skadade efter nedfall än andra

 

Bild  https://www.kobe-u.ac  kolhaltiga meteoriter skapar nedslag där extremt heta  kolmonoxid- och koldioxidgaser uppstår (gult på bilden). Kurosawa vid Kobe University beskriver: "Vi fann att kraften i den efterföljande explosionen vid inkommandet i jordens atmosfär är tillräcklig för att kasta ut det mycket chockade stenmaterialet (rött på bilden) ut i rymden. Sådana explosioner inträffar på kolrika meteoriter (till vänster på bilden), men inte på koldioxidfattiga meteoriter (till höger på bilden). Forskarlaget drog därför slutsatsen att kolhaltiga meteoriter inte är mindre påverkade vid nedslaget på jorden men att bevisen på detta har avgasats vid inträdet i jordens atmosfär. © KUROSAWA Kosuke (CC BY-ND-NC)

Att veta vad som händer när meteoriter kolliderar är viktigt för att förstå solsystemets utveckling då det ger ett fönster in i solsystemets förflutna där sådana kollisioner var vanliga. Planetforskare och astrobiologer som analyserat meteoritprover har förbryllats över att meteoriter som innehåller kol visar mycket mindre bevis på att det varit med om ett höghastighetsnedslag än de utan kol.

Det är som om meteoriter som innehåller kol kolliderat med jorden i lägre hastighet än icke kolhaltiga. Men det stämmer inte. Astrofysiker Kurosawa Kosuke  beskriver: "Jag är specialiserad på kollisionsfysik och är intresserad av hur meteoritmaterialet förändras vid nedslag något som kallas 'chockmetamorfos'.

Kurosawa inspirerades av en teori som lades fram för 20 år sedan av en annan forskare vid Kobe University där det beskrivs att nedslag ger avgasad ånga från vattenhaltigt mineral i meteoriten som sedan kastas tillbaka ut i rymden vid inträdet in i jordens atmosfär. Kurosawa beskriver att han tyckte idén var briljant, men den hade problem. För det första utfördes inte beräkningar, om denna process skulle resultera i tillräckligt med vattenånga för att så skulle ske. Det finns också kolhaltiga meteoriter som inte innehåller vattenhaltigt mineral som också verkar vara mindre chockade, förklarar Kurosawa. Han tänkte att de kolhaltiga materialen i sig borde bete sig annorlunda när de chockas så han bestämde sig för att undersöka denna idé med hjälp av en anordning som han hade utvecklat: en tvåstegs lättgaspistol ansluten till en provkammare.

Denna uppställning gjorde det möjligt för Kurosawa och hans team att samla in och analysera de gaser som produceras i en pellets storlek i en höghastighetskollision som efterliknade meteoriter både med och utan kol som kommer in i jordens atmosfär utan att mätningarna blev förorenade av de gaser som producerades av själva pistolskottet.

Forskarlaget vid Kobe University har nu publicerat sina resultat i tidskriften Nature Communications . Deras experiment avslöjade att nedslag av kolhaltiga meteoriter orsakar kemiska reaktioner som ger extremt heta kolmonoxid och koldioxidgaser. Kurosawa beskriver: "Vi fann att kraften i den efterföljande explosionen är tillräcklig för att kasta ut det omgivande starkt chockade stenmaterialet tillbaks ut i rymden. Sådana explosioner sker från kolrika meteoriter, men inte från koldioxidfattiga. Forskarlaget drog därför slutsatsen att kolhaltiga meteoriter inte är mindre chockade vid nedslag och ingång i jordens atmosfär men att bevisen på detta bokstavligen är bortblåsta.

Ett roterande universum löser paradoxen om expansionshastighet

 

Bild https://www.hawaii.edu  spiralgalaxen M51 finns 31 miljoner ljusår bort. (Bildkredit: NASA)

En metod som används är att använda avlägsna supernovor för att mäta avstånden till galaxer med syfte att utröna expansionshastighet för universum under de senaste miljarder åren. En andra metod i samma syfte använder relikstrålningen från Big Bang vilket ger en bild av det mycket tidiga universums expansionshastighet för cirka 13 miljarder år sedan. Var och en av dessa metoder ger skilda värden för expansionshastigheten.

István Szapudi vid University of Hawaii vid Mānoa Institute for Astronomy med team har nu utvecklat en matematisk modell av universum. För det första följer den standardreglerna. Sedan lade de till en liten mängd rotation. Den lilla förändringen gjorde stor skillnad.

– Till vår stora förvåning fann vi att vår modell med rotation av universum löser paradoxen (ovan som ger skilda resultat) utan att motsäga dagens astronomiska mätningar. Ännu bättre är att den är kompatibel med andra modeller som visar att universum roterar.

Deras modell visar att universum roterar ett varv på 500 miljarder år. Det är så långsamt att det är lätt att missa rotationen men tillräckligt fort för att påverka hur universum expanderar över tid.

Den nya teorin bryter inte mot några kända fysiska lagar. Och den kan förklara varför skilda mätningsmetoder av universums expansion inte stämmer resultatmässigt (se ovan).

Nästa steg är att omvandla teorin till en datormodell och hitta sätt att upptäcka tecken på detta långsamma kosmiska spinn.

Hittas bevis på rotation ger den nya metoden lösningen på hur universums mätresultat kan lösas och de två tidigare metodernas paradox är löst.

Studien är publicerad i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society    

En sönderfallande planet med något som liknar en kometsvans

 

Bild https://news.mit.edu En planet i upplösning som kretsar kring en stor stjärna. Den kometliknande svansens utbredning är gigantisk och är ca 9 miljoner kilometer lång, beskrivger Marc Hon, postdoktor vid Mavliinstitutet för astrofysik och rymdforskning vid MIT. Krediter:Bild: Jose-Luis Olivares, MIT

Planeten har fått beteckningen BD+05 4868 Ab och upptäcktes nästan av en slump.

"Vi letade inte efter den här typen av planet", beskriver Marc Hon, postdoktor vid MIT:s Kavliinstitut för astrofysik och rymdforskning (Massachusetts Institute of Technology). "Vi gjorde den typiska planetgranskningen och jag råkade se en signal som var väldigt ovanlig."

Den typiska signalen från en exoplanet i omloppsbana ser ut som en kort nedgång i en ljuskurva då den passerar sin sol och detta upprepas regelbundet, vilket indikerar att en kompakt himlakropp, som en planet, för en kort stund passerar framför sin sol och tillfälligt blockerar ljuset från sin värdstjärna (sol) i detta fall BD+05 4868 A som finns i stjärnbilden Pegasus. Även om en passage dök upp var 30,5:e timme, tog det betydligt längre tid för ljusstyrkan att återgå till det normala vilket tyder på en lång släpande struktur följde efter planeten och blockerade stjärnljuset. Ännu mer spännande var att djupet på eftersläpningen (nedtoningen) av ljus förändrades vid varje omloppsbana vilket tyder på att det som passerade framför stjärnan inte alltid hade samma form eller blockerade ljuset lika länge.

"Formen på passagen är typisk för en komet med en lång svans", förklarar Hon. Förutom att det är osannolikt att den här svansen innehåller flyktiga gaser och is som man förväntar sig av en komet som inte skulle ha klarat  sig länge  så nära en sol. Mineralkorn som avdunstat från planetens yta kan dock dröja sig kvar tillräckligt länge för att uppvisa en så distinkt svans.

Med tanke på dess närhet till sin sol uppskattar teamet att planeten bränns i cirka 1 600 grader Celsius. När stjärnan steker planeten är det troligt att mineraler på dess yta kokar bort och flyr ut i rymden, där de svalnar till en lång och dammig svans.  Hon och Avi Shporer en annan av forskarna i teamet har tillsammans med sina kollegor publicerat sina resultat nyligen i Astrophysical Journal Letters. 

 Övriga MIT-medförfattare till studien inkluderar Saul Rappaport, Andrew Vanderburg, Jeroen Audenaert, William Fong, Jack Haviland, Katharine Hesse, Daniel Muthukrishna, Glen Petitpas, Ellie Schmelzer, Sara Seager och George Ricker, tillsammans med medarbetare från flera andra institutioner.

Frågan är hur stor denna exoplanet var från början då dess storlek minskas hela tiden då materia kastas ur den. Troligen var den liten redan innan den hamnade där den är. Troligast tog det lång tid innan dess sols gravitation sakta genom eoner drog planeten till sig och säkert drar den fortfarande i den. En dag kommer resterna av planeten i sin helhet att i sin helhet dras ner i sin sol.