NASA-forskere udnytter kulstofmåleinstrumenter til Mars-studier

Indsigt og teknologi hentet fra at skabe et kulstofmåleinstrument til jordklimastudier bliver udnyttet til at bygge et andet, der fjernt profilerer, for første gang, vanddamp op til ni miles over Mars overflade, sammen med vindhastigheder og små partikler suspenderet i planetens atmosfære.

Forskerne Jim Abshire og Scott Guzewich, begge på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, har vundet NASA teknologiudviklingsmidler til at bygge og demonstrere en lille prototype atmosfærisk lidar til en fremtidig lander på Mars, og muligvis Titan, Saturns største måne og den eneste med en tæt atmosfære.

Udvalgt til videreudvikling af agenturets Planetary Instrument Concepts for the Advancement of Solar System Observations (PICASSO) program, konceptet sporer sin arv til andre lignende instrumenter, der oprindeligt blev udtænkt gennem Goddards Internal Research and Development (IRAD) program. En anden IRAD-understøttet teknologi, et Raman massespektrometer, også modtaget PICASSO-støtte.

Forstå grænselaget

Abshire og Guzewich er særligt interesserede i at opnå målinger af Mars' grænselag, en atmosfærisk sektion, der begynder ved overfladen og kan strække sig så højt som ni miles over, afhængig af tidspunktet på dagen. Fordi dette lag er svært at måle fra kredsløb, holdet ønsker at installere lidaren på en lander eller rover, der direkte vil indsamle døgnet rundt data fra overfladen og op - data, der kan afsløre, hvordan forholdene ændrer sig over tid og højde.

Dette lag er vigtigt, fordi det styrer overførslen af ​​varme, momentum, støv, og vand og kan afsløre større indsigt om planetens moderne klima, herunder stabiliteten af ​​dens iskapper, hvordan vinden former landskabet, og hvordan støv løftes og transporteres. Desuden, videnskabsmænd kan bruge disse data til at validere og forbedre generelle cirkulationsmodeller, sagde Guzewich.

"Fra et menneskeligt rumfartsperspektiv, dette lag er også kritisk for operationer, " sagde Abshire. "Dette er miljøet, hvor landede missioner vil fungere."

NASA har landet atmosfæriske lidarer før, med succes at måle vinde såvel som aerosoler, inklusive støv og is, men dette særlige instrument ville give det manglende element - direkte målinger af vanddamp i lodrette søjler over overfladen.

"Vi er motiveret af videnskabelige spørgsmål, " sagde Guzewich. "Vi ønsker at måle vanddamp og vind på samme tid. Hele pointen er at forstå vand, og hvordan det bliver flyttet rundt gennem atmosfæren. Vi ved, hvor vandet er, vi ved bare ikke, hvordan det bevæger sig."

At finde ud af, lidaren ville kaste et laserlys indstillet til 1911 nanometer - en specifik bølgelængde i det nær-infrarøde bånd, der er ideelt til at detektere vanddamp - ind i himlen og derefter analysere det reflekterede lys eller signal for at lære mere om den atmosfæriske dynamik, der opstår fra overfladen til ni miles over overfladen. Udstyret med en sesamfrø-størrelse, allerede udviklet infrarød detektor, instrumentet ville være i stand til at fornemme det returnerende signal på et enkelt fotonniveau, giver en hidtil uset løsning.

IRAD arv

"Vores tilgang til profilering af atmosfærisk vanddamp og vind ved hjælp af en lidar ved 1911 nanometer er ny, " sagde Abshire.

Imidlertid, han og hans kolleger har stor erfaring med at udvikle atmosfæriske lidar-instrumenter. For geovidenskab, de byggede Co2 Sounder lidar tunet til 1572 nanometer, som er effektiv til at måle kuldioxid i atmosfæren. Den nye lidar sporer også sin arv til Mars Lidar for Global Climate Measurements from Orbit, som Abshire forestillede sig som et on-orbit instrument til at måle vindhastigheder.

Udfordringen er at producere et instrument, der er robust, praktisk, men alligevel lille nok til at passe på en rover. "Vores udfordring er at vise, at vi kan det her. Heldigvis, vi kan stole på Goddards unikke egenskaber, sagde Abshire. "Vi har store muligheder inden for lidar, rumlasere, og detektorer. Der er virkelig ikke noget andet sted, der kombinerer al denne kapacitet og ekspertise."

Raman-massespektrometer

Goddards hovedefterforsker Andrej Grubisic vandt også en treårig PICASSO-pris for at fremme RAMS, forkortelse for RAMan-massespektrometer. Raman-spektroskopi og massespektrometri er to almindelige analytiske kemiteknikker til bestemmelse af prøvesammensætning gennem identifikation af individuelle molekyler og specifikke mineraler. Med sin PICASSO-pris, Grubisic sagde, at han og RAMS-teamet planlægger at demonstrere et hybridinstrument, der ville være i stand til at erhverve sammensætningskort på mikronniveau af organiske molekyler og mineralske faser, der findes i prøver indsamlet på kometer og asteroider samt fra prøver erhvervet på de iskolde måner i det ydre solsystem,

Sådanne målinger ville give forskerne den nødvendige information til at hjælpe dem med at forstå oprindelsen af ​​organisk materiale i solsystemet, andre planeters beboelighed, og potentialet for liv hinsides Jorden.