Une mission spatiale étudiante pour étudier la formation des planètes

Le centre spatial d'Esrange est situé dans le cercle polaire arctique, dans le nord de la Suède, près de la ville minière de Kiruna. Le 19 mars de l'année dernière, il a accueilli le lancement d'une mission spatiale inhabituelle pour étudier la formation des planètes.

Les astrophysiciens pensent que la formation des planètes commence lorsque des particules de poussière de la taille d'un micromètre, les restes de la formation des étoiles, se lient les unes aux autres pour former des cailloux de la taille d'un millimètre ou d'un centimètre. Ceux-ci s'agrègent ensuite en roches plus grosses et ainsi de suite. Mais exactement comment cette première étape se produit n'est pas bien comprise.

C'est en partie parce que les expériences pour étudier ce phénomène sont difficiles à faire sur Terre. À ce stade précoce de la formation des planètes, les particules de poussière entrent probablement en collision à des vitesses inférieures à 1 centimètre par seconde et cela ne peut être reproduit et étudié que dans des conditions de microgravité.

Ainsi, la mission, appelée REXUS 12, était un saut suborbital qui a généré jusqu'à 3 minutes de microgravité pour étudier comment les particules de poussière s'agglutinent. L'expérience a été conçue, construite et réalisée pour accroître nos connaissances sur les processus dominant la première phase de formation des planètes, expliquent Julie Brisset et ses amis de l'Université technique de Braunschweig en Allemagne.

La mission spatiale était inhabituelle car Brisset et plusieurs de ses collègues sont des étudiants qui préparent leur doctorat. REXUS signifie Rocket Experiments University Students, un projet financé en grande partie par le Centre aérospatial allemand DLR.

L'expérience est relativement simple. Il s'agissait d'une machine qui secoue des conteneurs en verre de poussière pour produire des collisions de particules de la vitesse requise. La poussière était constituée de grains submillimétriques de dioxyde de silicium sphériques et irréguliers. Brisset et co ont filmé toute l'expérience à une cadence de 170 images par seconde pour voir exactement comment les particules de poussière se comportaient dans des conditions de microgravité.

Ils disent avoir appris de précieuses leçons sur les aspects pratiques de ce type de travail. Par exemple, leurs contenants en verre étaient spécialement revêtus d'une couche anti-adhésive conçue pour empêcher la poussière de coller aux parois du contenant.

Mais ce n'était pas aussi efficace qu'ils l'avaient espéré. Les agrégats de poussière … possèdent une efficacité de collage très élevée avec les parois en verre des conteneurs de particules, même si ceux-ci étaient en réalité recouverts d'une couche anti-adhésive de nanoparticules, disent Brisset and co. Il sera donc important à l'avenir de trouver de meilleurs moyens d'empêcher ce type de collage.

Ils ont également remarqué que les conditions de microgravité pendant l'expérience étaient loin d'être parfaites et que cela provoquait l'accumulation d'une partie de la poussière dans un coin des conteneurs. Brisset et co disent que c'était le résultat d'accélérations causées par la traînée atmosphérique résiduelle et la rotation de la fusée.

L'équipe a également déclaré que s'ils avaient la possibilité de relancer l'expérience, ils utiliseraient une caméra avec plus de mémoire interne afin de pouvoir utiliser une fréquence d'images plus élevée pour enregistrer les données.

Brisset and co n'ont pas encore publié d'analyse détaillée de leurs données. Mais lorsque des particules entrent en collision, il y a essentiellement trois résultats possibles : elles peuvent rebondir, se coller les unes aux autres pour former des particules plus grosses ou se fragmenter en particules plus petites. Les théoriciens pensent que le résultat ne dépend que de la masse des particules et de leur vitesse et ont créé une sorte de diagramme de phases montrant ce qui devrait se passer pour différentes valeurs de ces variables (voir diagramme ci-dessus).

Les images de cet article montrent en effet comment les agrégats de poussière se combinent pour former des particules plus grosses. Il sera intéressant de voir si les données fournissent des informations plus détaillées sur ce processus et si les prédictions théoriques sur la manière dont les agrégats de poussière correspondent réellement à leurs observations expérimentales.

Réf : arxiv.org/abs/1308.3645 : L'expérience d'agrégation et de collision de particules suborbitales (ESPACE) : étudier le comportement de collision d'agrégats de poussière de taille submillimétrique sur le vol de fusée suborbitale REXUS 12

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