Op de roestkleurige noordflank van een van de grootste vulkanen van de aarde, een instrument ter grootte van een rugzak houdt onze atmosfeer in de gaten en, tegelijkertijd, helpt de weg vrij te maken voor mogelijke menselijke verkenning van andere werelden.

Ontworpen en gebouwd in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland, het instrument houdt de niveaus van methaan en koolstofdioxide bij, twee gassen die cruciaal zijn voor het bestuderen van de chemie van de atmosfeer van de aarde. Draagbaar en bijna op zichzelf staand, de eenheid zou het begin kunnen zijn van een goedkoop wereldwijd netwerk om atmosferische monitoring te bieden, zelfs op moeilijk bereikbare locaties.

Onlangs, een Goddard-team zette het instrument in voor veldtesten hoog op Mauna Loa, in een afgelegen gebied dat als een analoge locatie voor Mars wordt beschouwd. Daar, het instrument wordt onderhouden door de bemanning die in de habitat woont die bekend staat als HI-SEAS - een afkorting van Hawai'i Space Exploration Analog and Simulation, een door de NASA gefinancierd project van de Universiteit van Hawaï in Manoa om te helpen bij de voorbereiding op de mogelijkheid van langdurige missies op het oppervlak van andere planeten of manen.

"De samenwerking met HI-SEAS geeft ons een unieke kans om de prestaties van ons instrument te testen en, tegelijkertijd, om het team te helpen trainen om apparatuur te onderhouden en te bedienen onder uitdagende omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die waarmee ontdekkingsreizigers zouden worden geconfronteerd, " zei Goddard-wetenschapper Emily Wilson, die het instrument heeft ontwikkeld.

De geminiaturiseerde laser heterodyne radiometer genoemd, of mini-LHR, het instrument meet de totale hoeveelheid methaan en kooldioxide in de atmosferische kolom, wat in wezen een rechte lijn is van de grond naar de top van de atmosfeer. Het systeem is passief, alleen zonlicht verzamelen, en niets verlaat het apparaat - zelfs geen strooilicht. Het instrument heeft gevoeligheden zo laag als 1 deel per miljoen voor kooldioxide en 10 delen per miljard voor methaan.

Binnen de eenheid, het zonlicht wordt vermengd met een laserstraal in een techniek die vergelijkbaar is met de manier waarop een FM-radio-ontvanger werkt. In plaats van een antenne, het instrument is uitgerust met een telescoop. Om de gevoeligheid voor zwakke signalen te vergroten, de mini-LHR draagt ​​een kleine infrarood laser, zoals die in de telecommunicatie worden gebruikt.

Atmosferische gassen worden geïdentificeerd door de absorptie van licht bij bepaalde infrarode golflengten; het patroon voor elk gas is zo uniek als een vingerafdruk. Direct, het instrument meet kooldioxide en methaan, maar het zou kunnen worden opgezet om koolmonoxide en waterdamp te volgen, ook.

Goddards Jacob Bleacher, een planetaire geoloog die samenwerkt met Wilson, stelt zich een tijd voor waarin dergelijke instrumenten zouden kunnen worden ingezet op het oppervlak van een andere wereld.

"We voorzien een behoefte aan instrumentpakketten die zijn ontworpen voor milieumonitoring op en rond menselijke landingsplaatsen op Mars of andere planetaire oppervlakken, " zei Bleacher. "Om ons vermogen om onderzoek te doen op die locaties te behouden, we zullen moeten vaststellen hoe de omgeving was vóór de komst van de mens en deze gedurende de hele tijd dat mensen aanwezig zijn in de gaten houden."

Wilson werkte samen met Bleacher om een ​​protocol te ontwikkelen om de HI-SEAS-crew te trainen in het gebruik van de mini-LHR. Bleacher zal ook vervolgonderzoeken uitvoeren om de effectiviteit van de HI-SEAS-training te beoordelen.

Het uitdagende van de training was dat het team van Wilson de HI-SEAS-crew niet persoonlijk kon ontmoeten of spreken. Dat komt omdat de 8-maanden durende habitatmissie vereist dat de bemanning het soort opgesloten, gedisciplineerde levensstijl die toekomstige Mars-astronauten zouden kunnen ervaren. Ze voeren wetenschappelijk onderzoek en geologisch veldwerk uit, terwijl ze zorgvuldig omgaan met hun voedselconsumptie, water en stroom. Het zeskoppige team eet, slaapt en werkt in een koepel met ongeveer 1, 200 vierkante meter vloeroppervlak - het ruwe equivalent van een appartement met twee slaapkamers.

Het team voert alle communicatie via e-mail, met berichten vertraagd met 20 minuten om de reistijd tussen de aarde en Mars te simuleren, of via een videoverbinding die vergelijkbaar is met die voor het internationale ruimtestation ISS. Telkens wanneer de bemanning het leefgebied verlaat, ze dragen volledige lichaamspakken, inclusief helmen en handschoenen.

De beslissing om het HI-SEAS-team niet te trainen om de mini-LHR te bedienen voordat hun missie begon, was opzettelijk.

"Langdurig menselijk verblijf op Mars zal waarschijnlijk situaties met zich meebrengen waarin de bemanning de beschikbare hardware op nieuwe manieren of voor nieuwe doeleinden zou willen gebruiken, " zei Bryan Caldwell, de HI-SEAS-projectmanager. "Bijscholing zou in zo'n situatie op afstand moeten gebeuren."

Nu minstens een keer per week teamleden kleden zich aan en trekken een kwart mijl over een met rotsen bezaaide uitgestrektheid van gestolde lava om het instrument van Wilson te controleren en de gegevens op een geheugenstick te downloaden. Om dat mogelijk te maken met dikke handschoenen aan, A.J. DiGregorio, een lid van Wilson's team, het apparaat uitgerust met een aanraakscherm en stylus, vergelijkbaar met de handtekeningpads die worden gebruikt in kassalijnen in winkels.

Na de EVA, of extravehicular activiteit, is klaar, de teamleden keren terug naar de habitat en uploaden de gegevens om te delen met het team van Wilson. Tot dusver, Wilson is blij met de gegevens die ze heeft gezien, en binnenkort zal ze de metingen gaan vergelijken met andere datasets, zoals de kooldioxidemetingen die sinds 1958 op Mauna Loa zijn gedaan.

Ondertussen, Het team van Wilson blijft zich richten op het miniaturiseren van de onderdelen van de mini-LHR. Haar doel is om een ​​netwerk van instrumenten in te zetten, eerst op aarde en later, goed, zelfs de lucht is niet de limiet.