科学家如何用气凝胶来捕捉彗星尘埃颗粒

　　气凝胶 - 一点点几乎没有
　　捕捉彗星尘埃并非易事！当航天器飞过彗星时，它们捕获的粒子的撞击速度将高达步枪发射子弹速度的 9 倍。尽管捕获的颗粒每个都比一粒沙子小，但高速捕获可能会改变它们的形状和化学成分——或者将它们完全蒸发。
　　NASA（美国航空航天局）华人科学家邹哲（Peter Tsou）和气凝胶样本
　　为了在不损坏颗粒的情况下收集颗粒，STARDUST（英文：一般指星尘 ）将使用一种称为气凝胶的非凡物质——一种具有多孔海绵状结构的硅基固体，其中 99% 的体积是空的。气凝胶的密度比玻璃（另一种硅基固体）低 1,000 倍。当粒子撞击气凝胶时，它会将自己埋在材料中，在它减速并停下来时，形成一条长达 200 倍的胡萝卜形轨迹——就像飞机降落在跑道上并刹车一样逐渐降低其速度。由于气凝胶大部分是透明的——有时被称为蓝烟——科学家将使用这些轨迹来寻找微小的颗粒。
　　气凝胶特性...  99.8% 空气  比最好的玻璃纤维绝缘材料高 39 倍  密度比玻璃小 1000 倍  用于火星探路者的漫游车
　　照片由 劳伦斯伯克利国家实验室欧内斯特·奥兰多 提供使用气凝胶收集灰尘样品
　　STARDUST 任务的主要目标是捕获彗星彗发样本和高速移动的当代星际颗粒，同时将加热和其他物理改变的影响降至最低。为了实现这一目标，在过去十年中开发了一种新的完整捕获技术，专门用于彗星飞越样本返回任务 [Tsou 1984]，其中超高速粒子通过撞击被捕获到密度较低的微孔中称为气凝胶的介质[Tsou 1994]。这与传统泡沫不同，而是一种相当特殊的多孔材料，具有微米级的极微孔隙率。气凝胶由大小仅为几纳米的单个特征组成，连接在高度多孔的树枝状结构中。
　　建设中的 气凝胶除尘器
　　气凝胶除尘器
　　这种奇特的材料具有许多不同寻常的特性，例如独特的低热导率、低折射率和低声速，此外还具有捕捉超高速尘埃的卓越能力。气凝胶是由填充有溶剂的胶体二氧化硅结构单元组成的凝胶经高温高压临界点干燥制成的。在过去的几年里，喷气推进实验室制造了气凝胶并获得了飞行资格。
　　JPL 设施将为 STARDUST 任务生产气凝胶，并提供良好控制的介质特性和纯度。对于挥发物收集每个收集介质将掺杂选定的吸收剂。喷气推进实验室生产的二氧化硅气凝胶是一种透明的高纯度二氧化硅玻璃状材料，其堆积密度可以接近空气的密度。它很坚固，很容易在发射和太空环境中存活下来。JPL 气凝胶捕获实验已经飞行 [Tsou 1993] 并在航天飞机、Spacehab II 和 Eureca 中回收。这些彗星尘埃粒子的照片显示了示例。
　　在气凝胶中捕获的颗粒
　　当超高速粒子被气凝胶捕获时，它们会产生狭窄的锥形轨迹，这些轨迹是空心的，使用立体显微镜可以很容易地在高度透明的气凝胶中看到。锥体最大的是锥体最大的是进入点，并且颗粒在锥体的点处被完整收集。这提供了一个方向性检测器，并且是我们使用单块气凝胶收集彗星和星际尘埃的方法的基础，并且能够区分它们，因为收集器的 A 侧暴露在彗星尘埃撞击方向，并且B面朝向星际尘埃流。与 Wild 2 相遇后，气凝胶收集器将被收回到样品返回舱(SRC) 中，并返回地球供科学家进行详细分析。
　　除尘器
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