A linear time-of-flight mass spectrometer is developed for the detection and chemical analysis of nanometer-sized particles originating near the Sun. Nano-dust particles are thought to be produced by mutual collisions between interplanetary dust particles slowly spiraling toward the Sun and are accelerated outward to high velocities by interaction with the solar wind plasma. The WAVES instruments on the two STEREO spacecraft reported the detection, strong temporal variation, and potentially high flux of these particles. Here we report on the optimization and the results from the detailed characterization of the instrument's performance using submicrometer sized dust particles accelerated to 8–60 km/s. The Nano Dust Analyzer (NDA) concept is derived from previously developed detectors. It has a 200 cm2 effective target area and a mass resolution of approximately m/Δm = 50. The NDA instrument is designed to reliably detect and analyze nanometer-sized dust particles while being pointed close to the Sun's direction, from where they are expected to arrive. Measurements by such an instrument will determine the size-dependent flux of the nano-dust particles and its variations, it will characterize the composition of the nano-dust and, ultimately, it may determine their source. The flight version of the NDA instrument is estimated to be <5 kg and requires <10 W for operation.

1.
E.
Grün
,
H. A.
Zook
,
H.
Fechtig
, and
R. H.
Giese
,
Icarus
62
,
244
272
(
1985
).
2.
C.
Leinert
and
E.
Grün
,
Interplanetary Dust
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
1990
), pp.
207
237
.
3.
H. A.
Zook
and
O. E.
Berg
,
Planet. Space Sci.
23
,
183
203
(
1975
).
4.
H. A.
Zook
,
Planet. Space Sci.
23
,
1391
1397
(
1975
).
5.
O. E.
Berg
and
E.
Grün
,
Space Res. XIII
2
,
1047
1055
(
1973
).
6.
E.
Grün
,
N.
Pailer
,
H.
Fechtig
, and
J.
Kissel
,
Planet. Space Sci.
28
,
333
349
(
1980
).
7.
E.
Grün
,
H. A.
Zook
,
M.
Baguhl
,
A.
Balogh
,
S. J.
Bame
,
H.
Fechtig
,
R.
Forsyth
,
M. S.
Maner
,
M.
Horanyi
,
J.
Kissel
,
B. A.
Lindblad
,
D.
Linkert
,
I.
Mann
,
J. A. M.
McDonnell
,
G. E.
Morfill
,
J. L.
Phillips
,
C.
Polansky
,
C.
Schwehm
,
N.
Siddique
,
P.
Staubach
,
J.
Svestka
, and
A.
Taylor
,
Nature (London)
362
,
428
430
(
1993
).
8.
H. A.
Zook
,
E.
Grün
,
M.
Baguhl
,
D. P.
Hamilton
,
G.
Linkfert
,
J. C.
Liou
,
R.
Forsyth
, and
J. L.
Phillips
,
Science
274
(
5292
),
1501
1503
(
1996
).
9.
A. L.
Graps
,
E.
Grün
,
H.
Svedhem
,
H.
Kruger
,
M.
Horanyi
,
A.
Heck
, and
S.
Lammers
,
Nature (London)
405
,
48
80
(
2000
).
10.
R.
Srama
,
T.
Ahrens
,
N.
Altobelli
,
S.
Auer
,
J.
Bradley
,
M.
Burton
,
V.
Dikarev
,
T.
Economou
,
H.
Fechtig
,
M.
Gorlich
,
M.
Grande
,
A.
Graps
,
E.
Grün
,
O.
Havnes
,
S.
Helfert
,
M.
Horanyi
,
E.
Igenbergs
,
E.
Jessberger
,
T.
Johnson
,
S.
Kempf
,
A.
Krivov
,
H.
Krüger
,
A.
Mocker-Ahlreep
,
G.
Moragas-Klostermeyer
,
P.
Lamy
,
M.
Landgraf
,
D.
Linkert
,
G.
Linkert
,
F.
Lura
,
J.
McDonnell
,
D.
Mohlmann
,
G.
Morfill
,
M.
Muller
,
M.
Roy
,
G.
Schafer
,
G.
Schlotzhauer
,
G.
Schwehm
,
F.
Spahn
,
M.
Stubig
,
J.
Svestka
,
V.
Tschernjawski
,
A.
Tuzzolino
,
R.
Wasch
, and
H.
Zook
,
Space Sci. Rev.
114
,
465
518
(
2004
).
11.
F.
Postberg
,
S.
Kempf
,
R.
Srama
,
S. F.
Green
,
J. K.
Hillier
,
N.
McBride
, and
E.
Grün
,
Icarus
183
(
1
),
122
(
2006
).
12.
S.
Kempf
,
R.
Srama
,
F.
Postberg
,
M.
Burton
,
S.
Green
,
S.
Helfert
,
J.
Hillier
,
N.
McBride
,
J. A. M.
McDonnell
,
G.
Moragas-Klostermyer
,
M.
Roy
, and
E.
Grün
,
Science
307
(
5713
),
1274
1276
(
2005
).
13.
J. L.
Bougeret
,
K.
Goetz
,
M. L.
Kaiser
,
S. D.
Bale
,
P. J.
Kellogg
,
M.
Maksimovic
,
M. N.
Monge
,
S. J.
Monson
,
P. L.
Astier
,
S.
Davy
,
M.
Dekkali
,
J. J.
Hinze
,
R. E.
Manning
,
E.
Aguilar-Rodriguez
,
X.
Bonnin
,
C.
Briand
,
I. H.
Cairns
,
C. A.
Cattell
,
B.
Cecconi
,
J.
Eastwood
,
R. E.
Ergun
,
J.
Fainberg
,
S.
Hoang
,
K. E. J.
Huttunen
,
S.
Krucker
,
A.
Lecacheux
,
R. J.
MacDowall
,
W.
Macher
,
A.
Mangeney
,
C. A.
Meetre
,
X.
Moussas
,
Q. N.
Nguyen
,
T. H.
Oswald
,
M.
Pulupa
,
M. J.
Reiner
,
P. A.
Robinson
,
H.
Rucker
,
C.
Salem
,
O.
Santolik
,
J. M.
Silvis
,
R.
Ullrich
,
P.
Zarka
, and
I.
Zouganelis
,
Space Sci. Rev.
136
,
487
528
(
2008
).
14.
N.
Meyer-Vernet
,
M.
Maksimovic
,
A.
Czechowski
,
I.
Mann
,
I.
Zouganelis
,
K.
Goetz
,
M. L.
Kaiser
,
O. C.
St Cyr
,
J. L.
Bougeret
, and
S. D.
Bale
,
Sol. Phys.
256
,
463
474
(
2009
).
15.
A.
Zaslavsky
,
N.
Meyer-Vernet
,
I.
Mann
,
A.
Czechowski
,
K.
Issautier
,
G.
Le Chat
,
F.
Pantellini
,
K.
Goetz
,
M.
Maksimovic
,
S. D.
Bale
, and
J. C.
Kasper
,
J. Geophys. Res.
117
(
A5
),
A05102
, doi: (
2012
).
16.
A.
Czechowski
and
I.
Mann
,
ApJ
714
,
89
99
(
2010
).
17.
A.
Czechowski
and
I.
Mann
,
ApJ
732
(
2
),
127
(
2011
).
18.
A.
Czechowski
and
I.
Mann
,
Astrophysics and Space Science Library Series
(
Springer
,
Berlin
,
2012
), Vol.
385
, pp.
47
75
.
19.
W.-H.
Ip
and
T.-H.
Yan
,
AIP Conf. Proc.
1436
,
30
35
(
2012
).
20.
A.
Juhász
and
M.
Horányi
,
Geophys. Res. Lett.
40
(
11
),
2500
2504
, doi: (
2013
).
21.
F.
Pantellini
,
S.
Belheouane
,
N.
Meyer-Vernet
, and
A.
Zaslavsky
,
Astrophys. Space Sci.
341
(
2
),
309
314
(
2012
).
22.
J.
Geiss
,
G.
Gloeckler
,
L. A.
Fisk
, and
R.
Von Steiger
,
J. Geophys. Res.
100
(
A12
),
23373
23377
, doi: (
1995
).
23.
G.
Gloeckler
,
L. A.
Fisk
,
J.
Geiss
,
N. A.
Schwadron
, and
T. H.
Zurbuchen
,
J. Geophys. Res.
105
,
7459
7463
, doi: (
2000
).
24.
N. A.
Schwadron
,
J.
Geiss
,
L. A.
Fisk
,
G.
Gloeckler
,
T. H.
Zurbuchen
, and
R.
von Steiger
,
J. Geophys. Res.
105
,
7465
7472
, doi: (
2000
).
25.
R. F.
Wimmer-Schweingruber
and
P.
Bochsler
,
Geophys. Res. Lett.
30
,
1077
, doi: (
2003
).
26.
H.
Dietzel
,
G.
Eichhorn
,
H.
Fechtig
,
E.
Grün
,
H.
Hoffman
, and
J.
Kissel
,
J. Phys. E: Sci. Instrum.
6
(
3
),
209
217
(
1973
).
27.
E.
Grün
,
H.
Fechtig
,
M.
Hanner
,
J.
Kissel
,
B.
Lindblad
,
D.
Linkert
,
D.
Maas
,
G.
Morfill
, and
H. A.
Zook
,
Space Sci. Rev.
60
,
317
340
(
1992
).
28.
S.
Auer
and
K.
Sitte
,
Earth Planet. Sci. Lett.
4
(
2
),
178
(
1968
).
29.
D. O.
Hansen
,
Appl. Phys. Lett.
13
,
89
91
(
1968
).
30.
B. A.
Mamyrin
,
Int. J. Mass Spectrom.
206
(
3
),
251
(
2001
).
31.
J.
Kissel
,
A.
Glasmachers
,
E.
Grün
,
H.
Henkel
,
H.
Hofner
,
G.
Haerendel
,
H.
Von Hoerner
,
K.
Hornung
,
E.
Jessberger
,
H.
Krueger
,
D.
Mohlmann
,
J.
Greenberg
,
Y.
Langevin
,
J.
Silen
,
D.
Brownlee
,
B.
Clark
,
M.
Hanner
,
F.
Hoerz
,
S.
Sandford
,
Z.
Sekanina
,
P.
Tsou
,
N.
Utterback
,
M.
Zolensky
, and
C.
Heiss
,
J. Geophys. Res., [Planets]
108
,
8114
, doi: (
2003
).
32.
D. E.
Austin
,
T. J.
Ahrens
, and
J. L.
Beauchamp
,
Rev. Sci. Instrum.
73
(
1
),
185
(
2002
).
33.
M.
Rachev
,
R.
Srama
,
A.
Snowig
, and
E.
Grün
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
535
,
162
(
2004
).
34.
R.
Srama
,
A.
Srowig
,
M.
Rachev
,
S.
Kempf
,
G.
Moragas-Klostermeyer
, and
E.
Grün
,
Earth, Moon, Planets
95
,
211
220
(
2004
).
35.
Z.
Sternovsky
,
K.
Amyx
,
G.
Bano
,
M.
Landgraf
,
M.
Horanyi
,
S.
Knappmiller
,
S.
Robertson
,
E.
Grün
,
R.
Srama
, and
S.
Auer
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
014501
(
2007
).
36.
Z.
Sternovsky
,
E.
Grün
,
K.
Drake
,
J.
Xie
,
M.
Horanyi
,
R.
Srama
,
S.
Kempf
,
F.
Postberg
,
A.
Mocker
,
S.
Auer
, and
H.
Krüger
,
IEEE Aerospace Conference Proceedings
(
IEEE
,
2011
), pp.
1
8
.
37.
A.
Shu
,
A.
Collette
,
K.
Drake
,
E.
Grün
,
M.
Horanyi
,
S.
Kempf
,
A.
Mocker
,
T.
Munsat
,
P.
Northway
,
R.
Srama
,
Z.
Sternovsky
, and
E.
Thomas
,
Rev. Sci. Instrum.
83
(
7
),
075108
(
2012
).
38.
P. R.
Ratcliff
,
F.
Gogu
,
E.
Grün
, and
R.
Srama
,
Adv. Space Res.
17
(
12
),
111
115
(
1996
).
39.
B.
Goldsworthy
,
M.
Burchell
,
M.
Cole
,
S.
Green
,
M.
Leese
,
N.
McBride
,
J.
McDonnell
,
M.
Muller
,
E.
Grün
,
R.
Srama
,
S.
Armes
, and
M.
Khan
,
Adv. Space Res.
29
(
8
),
1139
1144
(
2002
).
40.
J. K.
Hillier
,
S.
Sestak
,
S. F.
Green
,
F.
Postberg
,
R.
Srama
, and
M.
Trieloff
,
Planet. Space Sci.
57
,
2081
2086
(
2009
).
41.
J. K.
Hillier
,
F.
Postberg
,
S.
Sestak
,
R.
Srama
,
S.
Kempf
,
M.
Trieloff
,
Z.
Sternovsky
, and
S. F.
Green
,
J. Geophys. Res.
117
(
E9
),
E09002
, doi: (
2012
).
42.
K.
Hornung
and
J.
Kissel
,
Astron. Astrophys.
291
,
324
336
(
1994
).
43.
S.
Kempf
,
R.
Srama
,
E.
Grün
,
A.
Mocker
,
F.
Postberg
,
J. K.
Hillier
,
M.
Horanyi
,
Z.
Sternovsky
,
B.
Abel
,
A.
Beinsen
,
R.
Thissen
,
J.
Schmidt
,
F.
Spahn
, and
N.
Altobelli
,
Planet. Space Sci.
65
(
1
),
10
20
(
2012
).
44.
M.
Gruntman
,
Rev. Sci. Instrum.
68
(
10
),
3617
(
1997
).
45.
S. A.
Fuselier
,
A. G.
Ghielmetti
,
E.
Hertzberg
,
A. S.
Moore
,
D.
Isaac
,
J. W.
Hamilton
,
C.
Tillier
,
E.
Moebius
,
M. S.
Granoff
,
D.
Heirtzler
,
B.
King
,
H.
Kucharek
,
S.
Longworth
,
J.
Nolin
,
S.
Turco
,
S.
Ellis
,
J.
Googins
,
F.
Kudirka
,
J.
Tyler
,
M.
Vosbury
,
G.
Clark
,
M.
O’Neal
,
P.
Wurz
,
J.
Scheer
,
J.
Saul
,
D.
Piazza
,
P.
Bochsler
,
M.
Wieser
,
C.
Schlemm
,
D. J.
McComas
,
J.
Scherrer
,
S.
Pope
,
H. O.
Funsten
,
D.
Chornay
,
J.
Lobell
,
T. E.
Moore
,
P.
Rosmarynowski
,
T.
Friedmann
, and
R. J.
Nemanich
,
Space. Sci. Rev.
146
,
117
147
(
2009
).
46.
D. A.
Dahl
, SIMION 3D, Idaho National Engineering and Environmental Laboratory, Idaho Falls, ID, 2000.
You do not currently have access to this content.