Europæisk-russisk rummission øger søgen efter liv på Mars

I 2013 Den Europæiske Rumorganisation og Roscosmos – det russiske statslige organ med ansvar for rumforskning – blev enige om at samarbejde om ExoMars, den første fælles interplanetariske mission mellem ESA og Rusland. Dette projekt involverer nu forskere fra 29 forskningsorganisationer, herunder MIPT og det russiske videnskabsakademis rumforskningsinstitut, som er den førende bidragyder af hardware og udstyr på russisk side. Nu, den første pakke af observationsinstrumenter er blevet leveret i kredsløb om Mars for at søge mindre kemiske komponenter i planetens atmosfære, der kan være spor af primitivt liv.

Selvom de nye data viser sig at være inkonklusive, de vil helt sikkert opvarme diskussionen om, hvorvidt der nogensinde har været liv på den røde planet. I begyndelsen af ​​2018 ExoMars-satellitten med forskningsinstrumenter om bord vil sænke sig ned i sin operationelle bane og begynde observationer af Mars-atmosfæren. En nylig artikel i Space Science Reviews beskriver sammensætningen og målene for et af de to russiskbyggede instrumenter, der bæres af orbiteren.

ESA's og Roscosmos' fælles rummission ExoMars involverer to faser. Den første startede den 14. marts, 2016, med opsendelsen af ​​en Proton-M boosterraket fra Ruslands rumkompleks i Baikonur, Kasakhstan. Raketten afsendte to moduler:Schiaparelli-landeren og Trace Gas Orbiter (TGO). De to blev leveret til Mars på 226 dage, lave en rejse på 500 millioner kilometer.

Schiaparelli var beregnet til at teste teknologien til fremtidige landinger. Den forsøgte at lande, men styrtede til overfladen. TGO's mål er at detektere sporgasser i atmosfæren, kortlægge vandisfordelingen under overfladen, og udføre billeddannelse i høj opløsning, inklusive stereooverfladebilleder.

De gunstige affyringsvinduer for Mars-baner sker en gang om cirka to år, og anden fase af ExoMars-missionen er planlagt til 2020. En ny lander vil indsætte en rover til at navigere autonomt hen over Mars-overfladen, overfører de data, den indsamler via TGO. Hovedformålet med ExoMars-missionen er at undersøge, om der nogensinde har eksisteret liv på Mars.

TGO-satellitten bærer fire videnskabelige instrumenter:et farvebilledsystem med høj opløsning, en neutrondetektor med høj opløsning, og to spektrometersuiter. Den epitermiske neutrondetektor og den atmosfæriske kemisuite (ACS) blev bygget på Space Research Institute i Moskva.

TGO's primære videnskabelige mål er at studere klimaet, atmosfære, og Mars' overflade. Ved at bruge dets indbyggede detektorer, følsom nok til at opdage spormængder af gasser, orbiteren forventes at afgøre tvivlen om tilstedeværelsen af ​​atmosfærisk metan på Mars. Denne gas blev tidligere opdaget af jordbaserede teleskoper og NASAs Curiosity-rover.

Den russisk-byggede ACS (fig. 1) omfatter tre infrarøde spektrometre. Det er følsomt nok til at detektere og måle spormængder af atmosfæriske gasser såsom metan, hvilket kunne være et tegn på geologisk eller biologisk aktivitet på Mars. Spektrometrene har en opløsningsevne på 10, 000 eller mere og en bred spektral dækning - fra 0,7 til 17 mikrometer. Med deres hjælp, TGO vil afklare rollen for de vigtigste atmosfæriske bestanddele i Mars - kuldioxid, vanddamp, og aerosoler – i planetens klima.

Den nær-infrarøde (NIR) kanal er optaget af et alsidigt echelle-spektrometer, der dækker spektralområdet mellem 0,7 og 1,6 mikrometer med en opløsningsevne på omkring 20, 000. Denne enhed vil hovedsageligt fokusere på målinger af vanddamp, aerosoler, luftglødene på dagen af ​​molekylært ilt, og de natlige luftgløder forårsaget af de fotokemiske processer i Mars atmosfære. Observationer i det nær-infrarøde bånd vil blive udført i tre primære tilstande (fig. 2). Nemlig solokkultationsmålingerne af lys, der passerer gennem Mars-atmosfæren og nadir-eller "lige-ned"-målinger af sollys reflekteret af planeten og dens egen stråling. Lemmermålinger understøttes også.

Den midt-infrarøde (MIR) kanal er et krydssprednings-echelellespektrometer dedikeret til solokkultationsmålinger i området 2,2-4,4 mikrometer. Den har en opløsningsevne på mere end 50, 000. Efter design, ACS-MIR vil foretage højfølsomme målinger af sporgasindhold, herunder metan- og aerosolkoncentrationer, og deuterium-til-hydrogen-forholdet. Opfyldelse af hovedmålene for ExoMars-missionen vil afhænge af observationer i det mellem-infrarøde bånd. Det er i høj grad denne kanal, der lover et videnskabeligt gennembrud.

"Det muliggør målinger af Mars atmosfære, der er hundredvis af gange mere nøjagtige end nogensinde før, " siger chefingeniør Alexander Trokhimovskiy fra Space Research Institute, RAS, der ledede arbejdet med ACS-MIR. "Også, sonden er på vej til en bane, der muliggør ret hyppige solokkultationsobservationer."

"MIPT har udviklet databehandlingsalgoritmer og designet en generel cirkulationsmodel af Mars atmosfære, som er påkrævet for at planlægge eksperimenter og fortolke deres resultater, " tilføjer Alexander Rodin, lederen af ​​Applied Infrared Spectroscopy Lab ved MIPT.

Kendt som TIRVIM, det tredje ACS-instrument er et Fourier-transformspektrometer, der opererer i området 1,7-17 mikrometer med en opløsning på 0,2-1,3 pr. centimeter. Det er ansvarligt for at indsamle data om Mars klima:atmosfæriske temperaturprofiler, støvindhold, og overfladetemperatur. Termiske infrarøde målinger forventes at kortlægge temperaturer fra planetens overflade helt op til omkring 60 kilometers højde. Instrumentet vil også gøre det muligt at estimere de optiske dybder af marsstøv og skyer med uovertruffen præcision, giver mulighed for at detektere ozon og brintoverilte - to gasser, der er grundlæggende for Mars fotokemi (fig. 3).

TIRVIM-detektoren skylder den første halvdel af sit navn til den termiske infrarøde, eller TIR, spektralbånd, men de tre sidste bogstaver i akronymet ærer Vasily Ivanovich Moroz, grundlæggeren af ​​russisk infrarød spektrometri og mangeårig leder af Institut for Planetarisk Fysik ved Rumforskningsinstituttet ved Det Russiske Videnskabsakademi.