Joe Nuth houdt van stof. Onder astronomen, dat plaatst hem in de minderheid.

"De traditionele astronomen - de mensen die naar sterrenstelsels en sterren kijken - hebben een hekel aan stof, " zei Nuth, een planetaire wetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Het zijn de dingen die hen in de weg staan."

Zoals het aardse stof dat zich onder je bed verzamelt, kosmisch stof is moeilijk te vermijden. "Het is ongeveer twee procent van de totale spullen, van hier naar waar dan ook, ' zei Nuth. Maar het neemt niet voor niets al die ruimte in beslag.

Stof condenseert tot asteroïden en planeten. Gigantische stofwolken kunnen gassen van een stervende ster vervoeren om een ​​nieuwe te bevruchten. Stof rond jonge planeten kan ze warm houden, het verschaffen van oppervlakken voor water om te verzamelen en om organische moleculen te vormen. Maar of een van deze effecten optreedt, hangt af van hoe deze kleine stofkorrels zijn geconstrueerd, op de kleinste schaal.

Daarom lanceert Nuth de Determining Unknown but Significant Traits, of STOF klinkende raket. Een samenwerking tussen NASA en het Japan Aerospace Exploration Agency, de raket zal een korte vlucht in de ruimte maken, laboratoriumapparatuur naar een omgeving zonder zwaartekracht te vervoeren. Daar, Nuth en zijn team zullen hun eigen stofkorrels bouwen, in de hoop licht te werpen op de buitensporige rol die deze kleine vlekjes in ons universum spelen. DUST's eerste kans om te lanceren vanaf de White Sands Missile Range in New Mexico begint op 7 oktober, 2019.

Stof opwaaien

Hoe algemeen het ook mag zijn, kosmisch stof vormt zich niet gemakkelijk. Stofkorrels worden geboren wanneer individuele atomen botsen en aan elkaar kleven. Maar in de ruimte, directe botsingen zijn zeldzaam (de ruimte waar stof wordt gevormd is ongeveer 2,7 miljard keer minder dicht dan lucht op zeeniveau). Zelfs als atomen botsen, ze blijven misschien niet plakken. In een eerder experiment, Nuth ontdekte dat voor elke 100, 000 botsingen tussen zinkatomen, slechts drie plakken aan een groeiend stofkristal.

Zodra een paar atomen samenkomen, een wiebelige Jenga-achtige toren komt naar voren. "Je gaat een ladder van instabiliteit op, "zei Nuth. "Kleine clusters willen echt uit elkaar vallen." Maar als je genoeg atomen aan alle kanten kunt omringen, het systeem begint te stabiliseren. Je hebt een groeiende stofkorrel.

Het is wanneer stofkorrels zelf botsen dat dingen interessant worden. Als ze samenpakken als sneeuw tot sneeuwballen, ze reageren niet veel met licht of warmte. Maar als ze in plaats daarvan samenkomen in kanten, sneeuwvlokachtige structuren, ze doen veel meer. Zulke kristallijne stofaggregaten vangen sterrenlicht als een zeil, gassen van de ene ster naar de andere te zwaaien. Ze houden ook warmte vast, mogelijk het lot van planeten die ze bedekken veranderen. "Als je een groeiende planeet hebt omringd door een stoffige deken, dat is een andere thermische omgeving dan zonder, ' zei Nuth. 'Stof beïnvloedt de manier waarop planeten groeien.'

Maar hoe deze stofkorrels zich vormen en samenklonteren, is nog steeds niet goed begrepen. Als je dat uitzoekt, kan dat een groot rendement opleveren in de ruimtefysica.

Stof verzamelen

Tot dusver, Nuth heeft het meeste van zijn werk in het lab gedaan, maar de zwaartekracht van de aarde legt ernstige beperkingen op. Zijn experimenten vereisen verhitting van materialen tot ruim boven de 1000 graden Fahrenheit. Maar zulke hoge temperaturen creëren convectie - het karnen van lucht in je oven - dat gebeurt niet in de diepe ruimte. "Om de groei van stofkorrels te meten, we hebben een constante omgeving nodig, "zei Nuth. Om dat te begrijpen, je moet naar microzwaartekracht gaan.

Nuth werkte samen met zijn voormalige postdoc Yuki Kimura van de Hokkaido University in Japan om laboratoriumapparatuur de ruimte in te lanceren. De lading, ontworpen door Kimura, weegt ongeveer 330 pond. "Het is ongeveer zo groot als een kleine motor, ' zei Kimura.

Binnenkant, een set metalen draden bedekt met magnesiumsilicaten - zou stofdeeltjes zijn - wacht op lancering. Zodra de raket de ruimte binnenkomt en microzwaartekracht ervaart, de draad warmt op en de atomen en moleculen diffunderen weg. Sommige botsen, stok, en beginnen stofkorrels te vormen; anderen niet. Met behulp van spectroscopie en andere maatregelen, het DUST-experiment zal meten wanneer granen beginnen te groeien en zich verbinden tot aggregaten, opmerken bij welke temperatuur en dichtheid ze het beste doen. De lading valt dan terug naar de aarde om te worden verzameld voor verdere analyse.

Als het stof is neergedaald

Nog voordat de lading is opgehaald, Nuth zal in het laboratorium werken aan het op aarde gebaseerde deel van het experiment. Zijn vraag is of de vorming van stofkorrels eenvoudiger kan dan verwacht.

In principe, stofkorrels kunnen zich vormen van elk van de 92 natuurlijk voorkomende elementen in het periodiek systeem. "Maar het is erg moeilijk om te modelleren, "zei Nuth. Elk element heeft zijn eigenaardigheden, ze allemaal tegelijk in aanmerking nemen is een grote uitdaging.

Bij eerdere experimenten is Nuth leerde dat sommige elementen elkaar blokkeren:als ijzer in een groeiende stofkorrel terechtkomt, bijvoorbeeld, het heeft de neiging om magnesium buiten te houden. Hij onderzoekt dit gedrag in het lab, in de hoop een vergelijking met 92 variabelen te reduceren tot iets dat veel beter hanteerbaar is. "Het is veel gemakkelijker als je je maar zorgen hoeft te maken over een of twee bepaalde materialen, ' zei Nuth.

De resultaten van de raket, gecombineerd met het werk van Nuth in het lab, doel om licht te werpen op hoe de stoffige twee procent van ons zichtbare universum werkt. Algemeen, het DUST-experiment herinnert ons eraan dat de sleutel tot het onvoorstelbaar grote soms in het ongelooflijk kleine ligt.

De DUST-sonde-raket wordt gelanceerd vanaf de White Sands Missile Range op een Black Brant IX-raket. Tijdens zijn ongeveer 14 minuten durende vlucht, de raket zal een geschatte hoogte van 200 mijl bereiken voordat hij terugvalt naar de aarde voor herstel.