science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe een kleine Curiosity-motor een enorme stofstorm op Mars identificeerde

Roterende bollen van 28 mei en 1 juli tonen een wereldwijde stofstorm die het oppervlak van Mars volledig verduistert. Krediet:NASA/JPL-Caltech/MSSS

Aan oogbollen geen gebrek, mens en robot, op Mars gericht. Wetenschappers onderzoeken voortdurend de Rode Planeet vanuit telescopen op aarde, plus de zes ruimtevaartuigen die vanuit zijn baan om de planeet cirkelen, en twee zwerven over het oppervlak. Dus toen stof de atmosfeer vulde tijdens de recente planeetbrede stofstorm, waarnemingen waren talrijk.

NASA's Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) leverde de eerste inzichten op 30 mei toen het een ophoping van stof in de atmosfeer bij Perseverance Valley waarnam, waar NASA's Opportunity-rover aan het verkennen is. De steeds waziger wordende storm, de grootste sinds 2007, dwong Opportunity om de wetenschappelijke operaties voor 8 juni stop te zetten, gezien het feit dat zonlicht niet door het stof kon dringen om de zonnepanelen van de rover van stroom te voorzien. Wetenschappers wachten met spanning tot de rondtrekkende ontdekkingsreiziger weer stroom krijgt en naar huis belt.

In de tussentijd, op 5 juni, aan de andere kant van de aardbol kwam er stilletjes bewijs dat de storm groeide en de Gale Crater begon te beïnvloeden, de onderzoekssite van NASA's Curiosity-rover. (De storm werd officieel geclassificeerd als wereldwijd op 20 juni.)

Het kwam uit een onverwachte bron:een actuator, of motor, die een deksel van een trechter voorziet waarin monsters van gepoederd Mars-gesteente worden opgenomen dat door Curiosity's boormachine is gevallen. De monsters ondergaan vervolgens een chemische analyse door het draagbare monsteranalyse in het chemielaboratorium van Mars (SAM), ontworpen door wetenschappers van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland en ingebouwd in de buik van Curiosity.

Benito Prats, een Goddard elektromechanisch ingenieur, merkte dat de stofstorm langzaam Curiosity bereikte door de continue temperatuurmetingen die hij verzamelde van actuatorsensoren.

"Al mijn grafieken toonden het stofstormeffect op de actuator omdat het zichtbaar is; het zit daar op het roverdek, "zei Prats. "Ineens, Ik zag de dagtemperatuur heel snel dalen."

Prats waargenomen in de grafiek boven de temperatuur die overdag daalt en 's nachts boven het normale niveau stijgt. Dit gebeurt tijdens een stofstorm omdat er overdag minder zon de stoffige atmosfeer binnendringt, het oppervlak van de planeet afkoelen, terwijl 's nachts, hoe warmer, stoffige atmosfeer verwarmt de grond.

Er zijn andere hulpmiddelen op de rover die het weer volgen. Het Rover Environmental Monitoring Station meet de luchttemperatuur, luchtdruk, en andere omgevingsomstandigheden, die ook begonnen te wijzen op ophoping van stof.

In tegenstelling tot Opportunity op zonne-energie, Curiosity wordt aangedreven door een plutoniumgenerator, dus zijn activiteiten werden niet beïnvloed door de stofschaduw. De temperatuurveranderingen hadden ook geen invloed op SAM-actuatoren - er zijn twee monstertrechters, voor het geval er een verstopt raakt - omdat ze van warmer houden, minder extreme temperaturen.

SAM analyseert gesteenten en bodems van Mars op zoek naar organische materialen. Om SAM goed te laten werken, de actuatoren moeten op -40 graden Celsius (-40 Fahrenheit) zijn. Daarom houdt Prats hun temperatuur goed in de gaten. Wanneer de temperaturen op Mars in de lente dalen tot -60 graden Celsius (-76 Fahrenheit) 's nachts, SAM-verwarmers verwarmen de motoren om het trechterdeksel op te tillen voor monsterdruppels.

De linker foto toont het dek van de Curiosity rover, op sol (Martiaanse dag) 36, of 10 september, 2012, die ongeveer een maand bezig was met zijn missie op Mars. Het dek is schoon, behalve een paar deeltjes en een schaduw van de MastCam, die de foto maakte. De foto rechts, genomen op sol 2, 068, of 31 mei, 2018, vertoont vuildeeltjes, poeder en stof op het roverdek, rond een actuator. Niet al het stof komt van de recente storm, Hoewel. Mars is over het algemeen stoffig, dus het meeste stof op de foto heeft zich in de loop van zes jaar opgehoopt. Soms worden deeltjes de lucht in geschopt wanneer de rover rijdt, andere keren heffen stofduivels of een windvlaag het stof op en deponeren het op het roverdek. Krediet:NASA/JPL-Caltech

Nadat Prats de effecten van de stofstorm in zijn temperatuurgegevens ontdekte, hij combineerde het met historische temperatuurgemiddelden van de actuatoren om te schatten wanneer de stofstorm zou afnemen.

"Op sol 2125 (28 juli), Ik merkte een lineaire trend op, " hij zei, "Dus ik zei oké, Ik kan voorspellen dat sol 2180 (23 september) zal zijn wanneer we uit de stofstorm komen en de temperatuur weer normaal zal worden, hoewel ik dat later heb bijgewerkt naar sol 2175 (18 september)." Zijn voorspelling kwam overeen met meer formele, en komt overeen met recente temperatuurmetingen van de actuator, die rond 18 september weer normaal waren, wat aangeeft dat het stof boven Gale Crater tegen die tijd was neergedaald. Een meerderheid van het stof is ook neergedaald in Perseverance Valley.

Gegevens uit elke bron, zelfs de meest onverwachte, zijn nuttig voor planetaire wetenschappers, aangezien we nog steeds niet weten waarom sommige stofstormen op Mars maanden aanhouden en enorm worden, terwijl anderen klein blijven en maar een week meegaan.

Wetenschappers hopen deze wereldwijde gebeurtenissen te kunnen voorspellen, alsof ze orkanen op aarde kunnen voorspellen, om het huidige en vroegere klimaat van de planeet beter te begrijpen en om robotische en menselijke missies naar de planeet goed te ontwerpen, Dat zeggen NASA-wetenschappers.

"Er zijn enkele dingen over Mars die hem voorspelbaarder maken en andere die hem minder maken dan de aarde, " zei Scott D. Guzewich, een atmosferische wetenschapper van Goddard die het stofstormonderzoek van Curiosity leidt.

"Ik kan inschatten, twee jaar van tevoren, de temperatuur, luchtdruk, en of er ergens op de planeet stof of wolken in de lucht zullen zijn tijdens het niet-stoffige seizoen, " zei hij. "Maar tijdens het stoffige seizoen, op locaties met stofstormen, Ik kan je helemaal niet voorspellen dat er de ene dag een stofstorm zal zijn en de andere niet."