Fra vulkanskråning, NASA -instrument ser skyhøjt og fremad

På den rustfarvede nordflanke af en af ​​Jordens største vulkaner, et instrument på størrelse med en rygsæk overvåger vores atmosfære og, på samme tid, hjælper med at sætte scenen for mulig menneskelig udforskning af andre verdener.

Designet og bygget på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, instrumentet sporer niveauer af metan og kuldioxid, to gasser, der er afgørende for at studere kemien i Jordens atmosfære. Bærbar og næsten selvstændig, enheden kunne repræsentere starten på et billigt globalt netværk til at levere atmosfærisk overvågning selv på svært tilgængelige steder.

For nylig, et Goddard-hold indsatte instrumentet til felttest højt på Mauna Loa, i et fjerntliggende område betragtes som et analogt sted for Mars. Der, instrumentet vedligeholdes af besætningen, der bor i habitatet kendt som HI-SEAS-forkortelse for Hawai'i Space Exploration Analog and Simulation, et NASA-finansieret projekt drevet af University of Hawai'i i Manoa for at hjælpe med at forberede muligheden for langvarige missioner på overfladen af ​​andre planeter eller måner.

"Partnerskabet med HI-SEAS giver os en unik mulighed for at teste vores instruments ydeevne og, på samme tid, at hjælpe med at træne holdet til at vedligeholde og betjene udstyr under udfordrende forhold, der ligner dem, opdagelsesrejsende ville møde, " sagde Goddard-videnskabsmanden Emily Wilson, hvem der har udviklet instrumentet.

Kaldet det miniaturiserede laser heterodyne radiometer, eller mini-LHR, instrumentet måler den samlede mængde af metan og kuldioxid i den atmosfæriske søjle, som i det væsentlige er en lige linje fra jorden til toppen af ​​atmosfæren. Systemet er passivt, samler kun sollys, og intet forlader enheden - ikke engang vild lys. Instrumentet har følsomheder så lave som 1 ppm for kuldioxid og 10 ppm for metan.

Inde i enheden, sollyset bliver blandet med en laserstråle i en teknik, der ligner den måde, en FM-radiomodtager fungerer på. I stedet for en antenne, instrumentet er udstyret med et teleskop. For at øge dens følsomhed over for svage signaler, mini-LHR bærer en lille infrarød laser, som dem, der bruges inden for telekommunikation.

Atmosfæriske gasser identificeres ved absorption af lys ved bestemte infrarøde bølgelængder; mønsteret for hver gas er lige så unikt som et fingeraftryk. Lige nu, instrumentet overvåger kuldioxid og metan, men det kunne sættes op til at spore kulilte og vanddamp, såvel.

Goddards Jacob Bleacher, en planetarisk geolog, der samarbejder med Wilson, forestiller sig en tid, hvor instrumenter som dette kan blive indsat på overfladen af ​​en anden verden.

"Vi forudser et behov for instrumentpakker designet til miljøovervågning på og omkring menneskelige landingssteder på Mars eller andre planetariske overflader, " sagde Bleacher. "For at bevare vores evne til at udføre forskning på disse steder, vi bliver nødt til at fastslå, hvordan miljøet var før menneskets ankomst og overvåge det hele tiden, hvor mennesker er til stede."

Wilson gik sammen med Bleacher om at udvikle en protokol til at træne HI-SEAS-besætningen til at bruge mini-LHR. Bleacher vil også foretage opfølgende undersøgelser for at vurdere effektiviteten af ​​HI-SEAS-uddannelsen.

Den udfordrende del af træningen var, at Wilsons hold ikke kunne møde eller tale med HI-SEAS-besætningen personligt. Det skyldes, at den 8-måneders habitatmission kræver, at besætningen lever den slags indespærrede, regimenteret livsstil, som fremtidige Mars-astronauter kan opleve. De udfører videnskabelig forskning og geologisk feltarbejde, mens de omhyggeligt håndterer deres forbrug af mad, vand og strøm. Holdet på seks personer spiser, sover og arbejder i en kuppel, der har ca. 200 kvadratmeter gulvareal - det svarer omtrent til en toværelses lejlighed.

Teamet udfører al kommunikation enten via e-mail, med beskeder forsinket med 20 minutter for at simulere rejsetiden mellem Jorden og Mars, eller gennem et videolink, der ligner det, der blev brugt til den internationale rumstation. Hver gang besætningen forlader habitatet, de bærer helkropsdragter, inklusive hjelme og handsker.

Beslutningen om ikke at træne HI-SEAS-teamet til at betjene mini-LHR, før deres mission begyndte, var bevidst.

"Langvarigt menneskeligt ophold på Mars vil sandsynligvis indebære situationer, hvor besætningen ønsker at bruge den hardware, de har til rådighed på nye måder eller til nye formål, " sagde Bryan Caldwell, HI-SEAS projektleder. "Yderligere træning ville skulle udføres eksternt i en situation som denne."

Mindst en gang om ugen nu, Holdmedlemmer klæder sig ud og vandrer en kvart mil hen over en klippebestrøet flade af størknet lava for at tjekke Wilsons instrument og downloade dataene til en memory stick. For at gøre det muligt at gøre det, mens du er iført omfangsrige handsker, A. J. DiGregorio, medlem af Wilsons team, udstyret enheden med en berøringsskærm og stylus, svarende til de signaturblokke, der bruges i kasselinjer i butikker.

Efter EVA, eller ekstravehikulær aktivitet Er gjort, teammedlemmerne vender tilbage til habitatet og uploader dataene for at dele med Wilsons team. Indtil nu, Wilson er tilfreds med de data, hun har set, og snart vil hun begynde at sammenligne målingerne med andre datasæt, såsom kuldioxidmålinger, der er blevet foretaget på Mauna Loa siden 1958.

I mellemtiden, Wilsons team fortsætter med at fokusere på at miniaturisere mini-LHR's komponenter. Hendes mål er at implementere et netværk af instrumenter, først på jorden og senere, godt, selv himlen er ikke grænsen.