マイクロイメージングダスト分析システム

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いくつかの機器の1つで、太陽系内部に飛来した活動的なチュリュモフ・ゲラシメンコ彗星67Pの周囲の環境をその場で調査しました。^{[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）です。^[3]

MIDASは、最小の彗星塵粒子をその場で撮影できる初の機器です。^[6]地球の成層圏で収集された惑星間塵粒子の一部は彗星起源であることが示されているが、その正確な起源は通常不明です。スターダストミッションは、彗星 81P /ワイルドの高速フライバイ中にエアロゲルで収集された多くの彗星塵粒子を持ち帰りましたが、これらは減速して地球に戻る際に大幅に変化し、押しつぶされ、溶けていました。^{[7] MIDASは主に直径数}マイクロメートル以下の粒子に使用されました。 ^[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ています。^{[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どのようなものですか?
4. 粒子は結晶性ですか、それとも非晶質ですか?
5. 穀物は密集していますか、それとも多孔質で「ふわふわ」していますか?
6. 穀物の最小の「構成要素」は何ですか?

彗星は太古の昔から存在し、太陽系初期に形成されて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裏付けるのに役立つだろう。主任研究者はオーストリアの宇宙研究所 ( IWF ) のマーク・ベントレーである。^{[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た。^[6]

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 1 つをファンネルのすぐ後ろに配置して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出されます。ターゲットは長方形で、サイズは1.4 × 2.4 mmで、ホイールの周囲に取り付けられています。このホイールを回転すると、ターゲットがダスト収集 (露出) 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、露出されたターゲットが 16 個のカンチレバーの 1 つの前に移動します。各カンチレバーには鋭い先端が取り付けられています。これらは動作中に摩耗することがあるため、16 個の先端は 1 年間の公称動作に対して冗長性を提供します。

MIDAS の各カンチレバーはピエゾ抵抗型で、そのたわみは多くの市販の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測定されます。この方法では、複雑な光学調整が不要になり、機器は打ち上げに耐えられるほど頑丈にすることができます。冗長性のために 16 個のカンチレバーが搭載されており、それぞれ約 10 μm の鋭い先端が付いています。4 個はコバルト合金でコーティングされており、収集した塵の磁気力顕微鏡検査が可能です。 ^[6]

ダスト粒子を集めるMIDASターゲットはシリコン製で、 1.4×2.4mm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るのに役立つ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、スキャナーの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取り付けられており、ホイールは回転してサンプルを選択し、大まかなY方向の位置決めを行い、サンプルを露光位置からスキャン位置に移動します。ホイールは横方向にも動かすことができ、16個のカンチレバーのそれぞれの前でホイールを移動して、大まかなX方向の位置決めを行うことができます。^[6]

サンプルをスキャンする前に、顕微鏡をサンプル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に取り付けられたホイールを上下させます。^{[どれですか? ]}これにより、顕微鏡ステージ全体を約 0.5 mm 移動できます。^[6]

この装置の心臓部は、XY方向に約100×100μm、Z方向に約10μmの移動が可能な精密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で移動させ、各ポイントでサンプルの高さを測定します。^[6]

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]}

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​​われています。^{[11] [12]}

MIDAS は長期 (10 年) の巡航期間中に運用されましたが、大量の塵が予想される環境では運用されていません。そのため、現在までに入手できる唯一の結果は、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です。科学データは、通常の 6 か月の独占期間を条件として、ミッションが 2014 年 11 月に主要な科学フェーズを開始するときに公開される予定です。データは、専用の Rosetta セクションが用意されている ESA 惑星科学アーカイブ (PSA) を通じて入手できました。

• オーストリア宇宙研究所 - MIDAS
• MIDAS の紹介: Rosetta のマイクロイメージングダスト分析システム