Wetenschappers en ingenieurs van NASA hebben een ambitieus submillimetergolf- of radio-instrument bedacht en zijn van plan om de samenstelling te bestuderen van geisers die waterdamp en ijzige deeltjes uitspuwen vanaf de zuidpool van de kleine maan van Saturnus, Enceladus.

Het team van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, onlangs steun ontvangen om technologieën te ontwikkelen die nodig zijn voor het Submillimeter Enceladus Life Fundamentals Instrument, of ZELF. Dit teledetectie-instrument vertegenwoordigt een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de huidige state-of-the-art in submillimetergolflengte-apparaten, zei SELFI hoofdonderzoeker Gordon Chin.

SELFI wordt ontworpen om sporen van chemicaliën te meten in de pluimen van waterdamp en ijzige deeltjes die afkomstig zijn van scheuren, ook wel tijgerstrepen genoemd, op Enceladus, De zesde grootste maan van Saturnus. Door de pluimen te bestuderen, wetenschappers geloven dat ze de samenstelling van de oceaan die onder de ijzige korst van de maan ligt en zijn potentieel om buitenaards leven te huisvesten, kunnen extrapoleren.

Enceladus heeft wetenschappers geïntrigeerd sinds NASA's onlangs beëindigde Cassini-missie de pluimen ontdekte die continu deeltjes uitspuwen, waterdamp, kooldioxide, methaan, en andere gassen van ongeveer 100 locaties op het oppervlak van de maan. Hoewel wetenschappers aanvankelijk dachten dat Enceladus bevroren was, Cassini-gegevens onthulden een lichte wiebeling in de baan van de maan die de aanwezigheid van een wereldwijde oceaan onder het ijs suggereert. De getijdenkrachten van Saturnus lijken Enceladus te trekken en samen te drukken, voldoende warmte genereren om water in het interieur vast te houden en de ijzige schaal te kraken. Dit vormt kloven waaruit waterstralen de ruimte in spuiten.

De vraag die wetenschappers uiteindelijk willen beantwoorden, is of er leven bestaat in Enceladus of op andere ijzige werelden in het buitenste zonnestelsel. Op de bodem van de oceanen van de aarde, hydrothermale ventilatieopeningen gedijen met leven. Heeft Enceladus warme hydrothermale openingen op de bodem van de oceaan die leven mogelijk maken?

"Submillimeter golflengten, die zich in het bereik van zeer hoogfrequente radio bevinden, geven ons een manier om de hoeveelheid van veel verschillende soorten moleculen in een koud gas te meten. We kunnen door alle pluimen scannen om te zien wat er uit Enceladus komt, "Zei Chin. "Waterdamp en andere moleculen kunnen een deel van de chemie van de oceaan onthullen en een ruimtevaartuig naar het beste pad leiden om door de pluimen te vliegen om andere metingen direct te doen."

"Als het afstemmen van een radiostation"

"Moleculen zoals water en koolmonoxide, en anderen, zijn als kleine radiostations die uitzenden op zeer specifieke frequenties die zeggen:'Hallo, ik ben water, ik ben koolmonoxide, '" ging Kin verder, eraan toevoegend dat een submillimeterspectrometer die gevoelig is voor deze golflengten hetzelfde is als afstemmen op een radiostation met een specifieke moleculaire roepnaam. "De spectraallijnen zijn zo discreet dat we chemicaliën zonder enige verwarring kunnen identificeren en kwantificeren, " voegde Paul Racette toe, een Goddard-ingenieur die fungeert als hoofdsysteemingenieur van de inspanning.

Gebruikt in de ruimtewetenschap over alle golflengte- of frequentiebanden, spectrometers kunnen de chemische samenstelling van gassen en vaste stoffen in planeten analyseren, sterren, kometen, en andere doelen, wetenschappers veel vertellen over hun fysieke eigenschappen. Het afstemmen op de submillimeterband is relatief nieuw vanwege de complexiteit van het bouwen van submillimetergevoelige instrumenten.

Met onderzoeks- en ontwikkelingsfinanciering van NASA, Chin en zijn team verhogen de gevoeligheid van het instrument met een versterker om het signaal te versterken in de regio rond de 557 GHz-frequentie die het sterkste signaal van water heeft. Dit zal het vermogen verbeteren om zelfs verdwijnende kleine hoeveelheden water en sporen van andere gassen te meten, zelfs bij koude temperaturen, en verken het hele systeem van ventilatieopeningen op Enceladus, zei Racet.

Het team creëert ook een energiezuiniger en flexibeler radiofrequentie (RF) gegevensverwerkingssysteem en een geavanceerde digitale spectrometer voor het RF-signaal. De digitale spectrometer maakt gebruik van programmeerbare schakelingen met hoge snelheid om RF om te zetten in digitale signalen die kunnen worden geanalyseerd om de gashoeveelheden van de pluimen te meten. temperaturen, en snelheden.

Door deze verbeteringen, SELFI zal gelijktijdig 13 moleculaire soorten kunnen detecteren en analyseren, waaronder water in verschillende isotopenvormen en methanol, ammoniak, ozon, waterstof peroxide, zwaveldioxide, en natriumchloride, het tafelzout dat de oceanen van de aarde zout maakt.

"SELFI is echt nieuw, "Kin zei, eraan toevoegend dat hij gelooft dat het team het instrument voldoende kan verbeteren om voor te stellen voor een toekomstige missie. "Dit is een van de meest ambitieuze submillimeterinstrumenten ooit gebouwd."