Fig.1 La suite de química atmosférica consta de cuatro unidades:el NIR, MIR, y espectrómetros TIRVIM y el bloque electrónico (EB). Imagen cortesía de los investigadores. Crédito:Investigadores 10.1007 / s11214-017-0437-6
En 2013, la Agencia Espacial Europea y Roscosmos, el organismo gubernamental ruso responsable de la investigación espacial, acordaron cooperar en ExoMars, la primera misión interplanetaria conjunta entre la ESA y Rusia. Este proyecto ahora involucra a científicos de 29 organizaciones de investigación, incluidos el MIPT y el Instituto de Investigaciones Espaciales de la Academia de Ciencias de Rusia, que es el principal contribuyente de hardware y equipos del lado ruso. Por ahora, El primer paquete de instrumentos de observación se ha enviado a la órbita de Marte para buscar componentes químicos menores de la atmósfera del planeta que pueden ser rastros de vida primitiva.
Incluso si los nuevos datos no son concluyentes, Definitivamente calentarán la discusión sobre si alguna vez hubo vida en el planeta rojo. A principios de 2018, el satélite ExoMars con instrumentos de investigación a bordo bajará a su órbita operativa y comenzará las observaciones de la atmósfera marciana. Un artículo reciente en Space Science Reviews describe la composición y los objetivos de uno de los dos instrumentos construidos en Rusia que lleva el orbitador.
La misión espacial conjunta ExoMars de la ESA y Roscosmos consta de dos fases. El primero comenzó el 14 de marzo 2016, con el lanzamiento de un cohete propulsor Proton-M desde el complejo espacial ruso en Baikonur, Kazajstán. El cohete lanzó dos módulos:el módulo de aterrizaje Schiaparelli y el Trace Gas Orbiter (TGO). Los dos fueron entregados a Marte en 226 días, haciendo un recorrido de 500 millones de kilómetros.
Schiaparelli tenía la intención de probar la tecnología para futuros aterrizajes. Intentó aterrizar, pero se estrelló contra la superficie. Los objetivos de TGO son detectar trazas de gases en la atmósfera, mapear la distribución del hielo de agua debajo de la superficie, y realizar imágenes de alta resolución, incluyendo imágenes de superficie estéreo.
Las ventanas de lanzamiento favorables para las trayectorias de Marte ocurren una vez cada dos años, y la segunda fase de la misión ExoMars está programada para 2020. Un nuevo módulo de aterrizaje desplegará un rover para navegar de forma autónoma a través de la superficie marciana, transmitir los datos que recopila a través de TGO. El principal objetivo de la misión ExoMars es explorar si alguna vez existió vida en Marte.
Fig. 2. Tres modos de observación del Trace Gas Orbiter:las llamadas mediciones de ocultación solar (arriba a la derecha) de la luz que pasa a través de la atmósfera marciana y el nadir, o "directamente hacia abajo, ”Mediciones de la luz solar reflejada y la propia radiación de Marte desde su lado diurno (izquierda) y su lado nocturno (derecha). Crédito:Investigadores 10.1007 / s11214-017-0437-6
El satélite TGO lleva cuatro instrumentos científicos:un sistema de imágenes en color de alta resolución, un detector de neutrones de alta resolución, y dos conjuntos de espectrómetros. El detector de neutrones epitermales y la suite de química atmosférica (ACS) se construyeron en el Instituto de Investigación Espacial de Moscú.
El principal objetivo científico de TGO es estudiar el clima, atmósfera, y superficie de Marte. Usando sus detectores a bordo, lo suficientemente sensible como para detectar trazas de gases, Se espera que el orbitador resuelva las dudas sobre la presencia de metano atmosférico en Marte. Este gas fue detectado previamente por telescopios terrestres y el rover Curiosity de la NASA.
El ACS de fabricación rusa (fig. 1) comprende tres espectrómetros de infrarrojos. Es lo suficientemente sensible para detectar y medir trazas de gases atmosféricos como el metano, lo que podría ser un signo de actividad geológica o biológica en Marte. Los espectrómetros tienen un poder de resolución de 10, 000 o más y una amplia cobertura espectral, de 0,7 a 17 micrómetros. Con su ayuda TGO aclarará el papel de los principales componentes atmosféricos marcianos:dióxido de carbono, vapor de agua, y aerosoles, en el clima del planeta.
El canal de infrarrojo cercano (NIR) se aloja en un espectrómetro echelle versátil que cubre el rango espectral entre 0,7 y 1,6 micrómetros con un poder de resolución de aproximadamente 20, 000. Este dispositivo se centrará principalmente en las mediciones de vapor de agua, aerosoles, los resplandores del aire del lado del día de oxígeno molecular, y los resplandores nocturnos causados por los procesos fotoquímicos en la atmósfera marciana. Las observaciones en la banda del infrarrojo cercano se realizarán en tres modos principales (fig. 2). A saber, las medidas de ocultación solar de la luz que pasa a través de la atmósfera marciana y las medidas del nadir, o "directamente hacia abajo", de la luz solar reflejada por el planeta y su propia radiación. También se admiten mediciones de extremidades.
El canal de infrarrojo medio (MIR) es un espectrómetro echelle de dispersión cruzada dedicado a las mediciones de ocultación solar en el rango de 2,2 a 4,4 micrómetros. Tiene un poder de resolución de más de 50, 000. Por diseño, ACS-MIR realizará mediciones de alta sensibilidad del contenido de gases traza, incluidas las concentraciones de metano y aerosoles, y la relación deuterio a hidrógeno. El cumplimiento de los objetivos clave de la misión ExoMars dependerá de las observaciones en la banda del infrarrojo medio. Es en gran parte este canal el que promete un avance científico.
Fig. 3. Las principales vías fotoquímicas que se sabe o se espera que ocurran en Marte y su relación con las capacidades de medición de ACS. Crédito:Investigadores 10.1007 / s11214-017-0437-6
"Permite mediciones de la atmósfera marciana que son cientos de veces más precisas que nunca, "dice el ingeniero jefe Alexander Trokhimovskiy del Instituto de Investigación Espacial, RAS, quien dirigió el trabajo sobre ACS-MIR. "También, la sonda está destinada a una órbita que hace posibles observaciones de ocultación solar bastante frecuentes ".
"MIPT ha desarrollado algoritmos de procesamiento de datos y ha diseñado un modelo de circulación general de la atmósfera marciana, que se requiere para planificar experimentos e interpretar sus resultados, "añade Alexander Rodin, el jefe del Laboratorio de Espectroscopia Infrarroja Aplicada en MIPT.
Conocido como TIRVIM, el tercer instrumento ACS es un espectrómetro de transformada de Fourier que opera en el rango de 1,7 a 17 micrómetros con una resolución de 0,2 a 1,3 por centímetro. Es responsable de recopilar los datos sobre el clima marciano:perfiles de temperatura atmosférica, contenido de polvo, y temperatura superficial. Se espera que las mediciones de infrarrojos térmicos mapeen las temperaturas desde la superficie del planeta hasta una altitud de unos 60 kilómetros. El instrumento también permitirá estimar las profundidades ópticas del polvo y las nubes marcianas con una precisión incomparable. brindando la oportunidad de detectar ozono y peróxido de hidrógeno, dos gases fundamentales para la fotoquímica marciana (fig. 3).
El detector TIRVIM debe la primera mitad de su nombre al infrarrojo térmico, o TIR, banda espectral, pero las tres últimas letras del acrónimo honran a Vasily Ivanovich Moroz, fundador de la espectrometría infrarroja rusa y jefe del Departamento de Física Planetaria del Instituto de Investigaciones Espaciales de la Academia de Ciencias de Rusia desde hace mucho tiempo.
