Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

NASA gaat maanbevingen meten met behulp van de InSight Mars-missie

Hier te zien tijdens de montage in november 2023, herbergt de binnenste kubus van de Farside Seismic Suite de grote batterij van de NASA-lading (aan de achterkant) en de twee seismometers. Het gouden, puckvormige apparaat bevat de Short Period-sensor, terwijl de zilveren behuizing de Very Broadband-seismometer bevat. Krediet:NASA/JPL-Caltech

De technologie achter de twee seismometers waaruit NASA's Farside Seismic Suite bestaat, werd gebruikt om meer dan duizend aardbevingen op de Rode Planeet te detecteren.



Het gevoeligste instrument dat ooit is gebouwd om aardbevingen en meteoorinslagen op andere werelden te meten, komt dichter bij zijn reis naar de mysterieuze andere kant van de maan. Het is een van de twee seismometers die zijn aangepast voor het maanoppervlak en afkomstig zijn van instrumenten die oorspronkelijk zijn ontworpen voor NASA's InSight Mars-lander, die vóór het einde van de missie in 2022 meer dan 1.300 marsbevingen registreerde.

De twee seismometers maken deel uit van een lading genaamd Farside Seismic Suite (FSS) die onlangs werd geassembleerd in het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Zuid-Californië. Ze zullen naar verwachting in 2026 arriveren in het Schrödingerbekken, een brede inslagkrater op ongeveer 500 kilometer van de aarde. de Zuidpool van de maan. De zelfvoorzienende suite op zonne-energie heeft zijn eigen computer- en communicatieapparatuur, plus de mogelijkheid om zichzelf te beschermen tegen de extreme hitte van de maan overdag en de ijskoude omstandigheden van de nacht.

Seismische primeurs op de maan

Na door een maanlander aan de oppervlakte te zijn gebracht onder het CLPS-initiatief (Commercial Lunar Payload Services) van NASA, zal de suite de eerste seismische gegevens van het agentschap van de maan retourneren sinds de laatste seismometers van het Apollo-programma bijna 50 jaar geleden in gebruik waren. Niet alleen dat, maar het zal ook de allereerste seismische metingen opleveren vanaf de andere kant van de maan.

Ingenieurs en technici van JPL bereiden NASA's Farside Seismic Suite voor op testen in een gesimuleerde maanzwaartekracht, die ongeveer een zesde van die van de aarde bedraagt. De lading zal de eerste seismische gegevens van de maan in bijna vijftig jaar verzamelen en de allereerste seismische metingen van de andere kant ooit uitvoeren. Krediet:NASA/JPL-Caltech

De suite is tot 30 keer gevoeliger dan zijn Apollo-voorgangers en zal de seismische 'achtergrond'-trillingen van de maan registreren, die wordt aangedreven door micrometeorieten ter grootte van kleine steentjes die het oppervlak bekogelen. Dit zal NASA helpen de huidige impactomgeving beter te begrijpen terwijl het agentschap zich voorbereidt om Artemis-astronauten te sturen om het maanoppervlak te verkennen.

Planetaire wetenschappers willen graag zien wat FSS hen vertelt over de interne activiteit en structuur van de maan. Wat ze leren zal inzicht bieden in hoe de maan, maar ook rotsachtige planeten zoals Mars en de aarde, zijn gevormd en geëvolueerd.

Het zal ook een slepende vraag over maanbevingen beantwoorden:waarom hebben de Apollo-instrumenten aan de nabije kant van de maan weinig seismische activiteit aan de andere kant waargenomen? Eén mogelijke verklaring is dat iets in de diepe structuur van de maan in essentie aardbevingen aan de andere kant absorbeert, waardoor het voor de seismometers van Apollo moeilijker wordt om ze waar te nemen. Een andere is dat er minder aardbevingen zijn aan de andere kant, die er aan de oppervlakte heel anders uitziet dan de kant die naar de aarde is gericht.

"FSS zal antwoorden bieden op vragen die we al tientallen jaren over de maan stellen", zegt Mark Panning, hoofdonderzoeker van de FSS bij JPL en projectwetenschapper voor InSight. "We kunnen niet wachten om deze gegevens terug te krijgen."

NASA's Farside Seismic Suite ondergaat in maart werkzaamheden in een JPL-cleanroom. De twee gevoelige seismometers van het instrument zijn verpakt in een kubus-in-een-kubus-structuur met een batterij, een computer en elektronica. De glanzende deken is een buitenste isolatielaag; het enkele zonnepaneel levert stroom. Krediet:NASA/Caltech

Wetenschap van mars naar maan

De twee complementaire instrumenten van Farside Seismic Suite zijn aangepast aan InSight-ontwerpen om te presteren in de zwaartekracht van de maan – minder dan de helft van die van Mars, wat op zijn beurt ongeveer een derde van die van de aarde is. Ze zijn samen met een batterij, de computer en elektronica verpakt in een kubusstructuur die is omgeven door isolatie en een buitenste beschermende kubus. De suite bevindt zich bovenop de lander en verzamelt continu gegevens gedurende minimaal 4,5 maand, tijdens de lange, koude maannachten.

De Very Broadband-seismometer, of VBB, is de meest gevoelige seismometer die ooit is gebouwd voor gebruik bij ruimteverkenning:hij kan grondbewegingen detecteren die kleiner zijn dan de grootte van een enkel waterstofatoom. Het is een vetcilinder met een diameter van ongeveer 14 centimeter, die de op-en-neerbeweging meet met behulp van een slinger die op zijn plaats wordt gehouden door een veer. Het werd oorspronkelijk gebouwd als een noodvervangingsinstrument (een 'vluchtreserve') voor InSight door de Franse ruimtevaartorganisatie CNES (Centre National d'Études Spatiales).

Philippe Lognonné van het Institut de Physique du Globe de Paris, de hoofdonderzoeker van de seismometer van InSight, is mede-onderzoeker van de FSS en leider van het VBB-instrument. "We hebben zoveel over Mars geleerd met dit instrument, en nu zijn we heel blij met de kans om die ervaring om te zetten in de mysteries van de maan", zei hij.

De kleinere seismometer van de suite, de Short Period-sensor of SP genoemd, werd gebouwd door Kinemetrics in Pasadena, Californië, in samenwerking met de Universiteit van Oxford en Imperial College, Londen. Het puckvormige apparaat meet beweging in drie richtingen met behulp van sensoren die zijn geëtst in een drietal vierkante siliciumchips van elk ongeveer 25 millimeter breed.

Het Seismic Experiment for Interior Structure-instrument (SEIS) aan boord van NASA's Mars InSight bevindt zich in de koperkleurige zeshoekige behuizing op deze foto, gemaakt door een camera op de robotarm van de lander op 4 december 2018. De SEIS-technologie wordt gebruikt op Farside Seismische Suite, op weg naar de maan. Krediet:NASA/JPL-Caltech

Gemonteerd en getest

De FSS-lading kwam het afgelopen jaar samen bij JPL. De afgelopen weken heeft het toestel rigoureuze omgevingstests in vacuüm en extreme temperaturen die de ruimte simuleren, overleefd, samen met hevige trillingen die de beweging van de raket tijdens de lancering nabootsen.

"Het JPL-team is vanaf het begin enthousiast geweest dat we met onze Franse collega's naar de maan gaan", zegt Ed Miller van JPL, FSS-projectmanager en, net als Panning en Lognonné, een veteraan van de InSight-missie. "We zijn samen naar Mars geweest, en nu kunnen we naar de maan kijken en weten dat we daarboven iets hebben gebouwd. Het zal ons zo trots maken."

Geleverd door NASA