Inzichten en technologie die zijn verkregen door het creëren van een koolstofmeetinstrument voor klimaatstudies op aarde wordt gebruikt om een ​​ander te bouwen dat op afstand zou kunnen profileren, Voor de eerste keer, waterdamp tot negen mijl boven het oppervlak van Mars, samen met windsnelheden en minuscule deeltjes die in de atmosfeer van de planeet zweven.

Wetenschappers Jim Abshire en Scott Guzewich, beide in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland, hebben NASA-financiering voor technologieontwikkeling gewonnen om een ​​klein prototype atmosferische lidar te bouwen en te demonstreren voor een toekomstige lander op Mars, en mogelijk Titan, De grootste maan van Saturnus en de enige met een dichte atmosfeer.

Geselecteerd voor verdere ontwikkeling door het programma Planetary Instrument Concepts for the Advancement of Solar System Observations (PICASSO) van het bureau, het concept herleidt zijn erfgoed naar andere soortgelijke instrumenten die oorspronkelijk zijn bedacht via Goddard's Internal Research and Development (IRAD) -programma. Een andere IRAD-ondersteunde technologie, een Raman-massaspectrometer, ontving ook PICASSO-financiering.

De grenslaag begrijpen

Abshire en Guzewich zijn vooral geïnteresseerd in het verkrijgen van metingen van de grenslaag van Mars, een atmosferisch gedeelte dat begint aan de oppervlakte en zich kan uitstrekken tot negen mijl boven, afhankelijk van het tijdstip van de dag. Omdat deze laag vanuit een baan om de aarde moeilijk te meten is, het team wil de lidar inzetten op een lander of rover die 24 uur per dag gegevens vanaf de oppervlakte zou verzamelen - gegevens die zouden kunnen onthullen hoe de omstandigheden in de loop van de tijd en op hoogte veranderen.

Deze laag is belangrijk omdat het de overdracht van warmte regelt, momentum, stof, en water en kan meer inzicht geven in het moderne klimaat van de planeet, inclusief de stabiliteit van de ijskappen, hoe wind het landschap vormt, en hoe stof wordt opgetild en vervoerd. Verder, wetenschappers kunnen deze gegevens gebruiken om algemene circulatiemodellen te valideren en te verbeteren, zei Guzewich.

"Vanuit het perspectief van een menselijke ruimtevlucht, deze laag is ook cruciaal voor operaties, "Zei Abshire. "Dit is de omgeving waarin gelande missies zullen opereren."

NASA heeft eerder atmosferische lidars geland, succesvol meten van winden en aerosolen, inclusief stof en ijs, maar dit specifieke instrument zou het ontbrekende element leveren:directe metingen van waterdamp in verticale kolommen boven het oppervlak.

"We worden gemotiveerd door wetenschappelijke vragen, "Zei Guzewich. "We willen waterdamp en wind tegelijkertijd meten. Het hele punt is het begrijpen van water en hoe het door de atmosfeer wordt verplaatst. We weten waar het water is, we weten gewoon niet hoe het beweegt."

Er achter komen, de lidar kaatste een laserlicht dat is afgestemd op 1911 nanometer - een specifieke golflengte in de nabij-infrarode band die ideaal is voor het detecteren van waterdamp - de lucht in en analyseert vervolgens het gereflecteerde licht of signaal om meer te weten te komen over de atmosferische dynamiek die optreedt vanaf het oppervlak naar negen mijl boven het oppervlak. Uitgerust met een sesamzaad-sized, reeds ontwikkelde infrarood detector, het instrument zou het terugkerende signaal op een enkel fotonniveau kunnen waarnemen, ongekende resolutie bieden.

IRAD Erfgoed

"Onze benadering voor het profileren van atmosferische waterdamp en winden met behulp van een lidar op 1911 nanometer is nieuw, ' zei Abshire.

Echter, hij en zijn collega's hebben ruime ervaring met het ontwikkelen van atmosferische lidar-instrumenten. Voor aardwetenschappen, ze bouwden de Co2 Sounder-lidar afgestemd op 1572 nanometer, die effectief is voor het meten van kooldioxide in de atmosfeer. De nieuwe lidar herleidt zijn erfgoed ook tot de Mars Lidar voor wereldwijde klimaatmetingen vanuit de baan, die Abshire voor ogen had als een instrument in de baan om windsnelheden te meten.

De uitdaging is om een ​​instrument te produceren dat robuust is, praktisch, maar klein genoeg om op een rover te passen. “Onze uitdaging is om te laten zien dat we dit kunnen. Gelukkig we kunnen vertrouwen op de unieke mogelijkheden van Goddard, zei Abshire. "We hebben geweldige mogelijkheden in lidar, ruimte lasers, en detectoren. Er is echt geen andere plek die al deze capaciteit en expertise combineert."

Raman-massaspectrometer

Goddard hoofdonderzoeker Andrej Grubisic won ook een driejarige PICASSO-prijs om RAMS vooruit te helpen, afkorting voor RAman-massaspectrometer. Raman-spectroscopie en massaspectrometrie zijn twee veelgebruikte analytische chemietechnieken voor het bepalen van de monstersamenstelling door identificatie van individuele moleculen en specifieke mineralen. Met zijn PICASSO-award, Grubisic zei dat hij en het RAMS-team van plan zijn om een ​​hybride instrument te demonstreren dat in staat zou zijn om samenstellingskaarten op micronniveau te verwerven van organische moleculen en minerale fasen die bestaan ​​in monsters verzameld op kometen en asteroïden, evenals van monsters die zijn verkregen op de ijzige manen in het buitenste zonnestelsel,

Dergelijke metingen zouden wetenschappers de nodige informatie geven om de oorsprong van organisch materiaal in het zonnestelsel te begrijpen, de bewoonbaarheid van andere planeten, en het potentieel voor leven buiten de aarde.