Magrathea：微重力条件下的尘埃生长实验

天体物理学中最未被充分理解的过程之一，是由原行星盘内的分子与尘埃形成星子的过程。事实上，当前方法在模拟行星形成这一阶段的完整动力学时存在严重局限，其中小尘埃团聚体碰撞并生长为更大的团簇。正因如此，相关现象的微重力实验对于揭示底层物理至关重要。由于先前的实验存在一些局限，特别是持续时间短和尺寸受限，本文提出一项研究行星形成最早期阶段的新任务。该任务称为 Magrathea，专注于利用带有 6 $m^3$ 测试舱的卫星，为开展这些实验创造最佳条件。任务期间使用不同尘埃成分、尺寸与形状进行 28 项实验，以更好理解在何种条件下尘埃颗粒发生黏附与团聚。每项实验应持续长达一个月，相对碰撞速度可达 5 mm/s，初始尘埃尺寸介于 1 $\mu$m 与 1 mm 之间。每次实验应记录至少 $10^6$ 次碰撞，以提供具有统计显著性的结果。基于科学目标与需求，对有效载荷仪器进行了初步分析。由此开发了概念性任务与航天器设计，并给出了任务规划与风险分析的初步方案。所得方案为一颗 1000 kg 航天器，部署于 800 km 太阳同步轨道，任务总成本约 4.38 亿欧元。