彗星 ROSETTA

HORIBA Jobin Yvon 光栅在 ROSETTA 任务中

欧空局的罗塞塔彗星 (ROSETTA )追逐任务于 2004 年 3 月 2 日发射,经过一系列复杂的飞越(3 次飞越地球,一次飞越火星)在十年后抵达目的地:67P/Churyumov-Gerasimenko 彗星。 2011 年 6 月,罗塞塔号在旅程中最冷、最远的一段(距太阳 8 亿公里)进入深空冬眠,并于 2014 年 1 月 20 日被唤醒。最终,罗塞塔号于 8 月进入彗星轨道 2014年实现菲莱着陆器于2014年11月12日成功着陆。

彗星是太阳系的原始构件,也是许多元素的可能来源,例如水,或许还有帮助生命进化的成分。 通过用轨道飞行器和着陆器近距离研究彗星的性质,罗塞塔将向我们展示更多关于彗星在太阳系演化中的作用。


Artist view of Rosetta approaching the comet 67P/Churyumov–Gerasimenko.
(Image credit: ESA)

罗塞塔轨道飞行器由 11 个最先进的仪器组成。 在这 11 台仪器中,紫外成像光谱仪 - ALICE 仪器配备了 HORIBA Jobin Yvon 衍射光栅。 ALICE 是一款轻型 (2.2 kg)、低功率 (2.9 W) 成像光谱仪,针对彗星远紫外 (FUV) 光谱进行了优化。 ALICE 的光谱范围为 70 到 205 nm,其作用是测量彗发中的惰性气体浓度和原子数,以及彗尾和太阳风粒子与彗星电离层相互作用区域的主要离子浓度。ALICE 确定了核周围 H2O、CO 和 CO2 气体的生产率、变异性和结构,以及固体颗粒的 FUV 特性。 ALICE 于去年 8 月开始绘制彗星表面的地图,记录了彗星表面的第一个 FUV 光谱。 从数据中,ALICE发现在紫外线波长下观察时,彗星异常黑暗。 爱丽丝还在彗星的彗发或大气中检测到氢和氧。

安装了衍射光栅的 ALICE 仪器图片 [1]

ALICE 仪器的关键光学部件是 HORIBA Jobin Yvon 1999 年制造的环形全息复制衍射光栅。这批光栅的开发是西南研究所(SWRI – 美国)和 HORIBA Jobin Yvon 的卓有成效的合作的结果 团队。

ALICE 衍射光栅的凹槽密度为 1600 gr/mm,制作在金属材料基板上以减轻重量,经过优化可在 Rowland Circle 型成像光谱仪中工作。 由于全息记录和空间限定 (TRL 9) 复制过程,ALICE 光栅表现出低杂散光和无重影。 光栅有效面积在色散方向上为 35 mm,在空间维度上为 20 mm。 光谱仪使用第一级衍射级通过全光谱带通 70 nm – 205 nm。 光谱分辨率在 0.98 1.25 nm 之间测量,光谱分辨率为 55-200

ALICE全息复制光栅历经15年多的生命历程,在罗塞塔之旅期间在太空环境中运行了10多年,保持了最初的高性能,并不断为科学界带来非凡的发现。

这种成功的光谱仪和光栅的通用设计被重新用于其他太空飞行任务,如 LAMP、Juno-UVS……

[1] S. A. Stern et al, “ALICE : The ROSETTA Ultraviolet Imaging Spectrograph”, The Rosetta Mission – Space Science Review (2005).

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