La interpretación de este artista muestra cómo un lidar de Marte podría desplegarse en una misión aterrizada a Marte. Créditos:NASA
Los conocimientos y la tecnología obtenidos a partir de la creación de un instrumento de medición de carbono para los estudios del clima de la Tierra se están aprovechando para construir otro que perfile de forma remota, por primera vez, vapor de agua hasta nueve millas sobre la superficie marciana, junto con la velocidad del viento y las partículas diminutas suspendidas en la atmósfera del planeta.
Los científicos Jim Abshire y Scott Guzewich, ambos en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, han ganado fondos para el desarrollo de tecnología de la NASA para construir y demostrar un pequeño prototipo de lidar atmosférico para un futuro módulo de aterrizaje en Marte, y posiblemente Titán, La luna más grande de Saturno y la única que tiene una atmósfera densa.
Seleccionado para un mayor desarrollo por el programa Planetary Instrument Concepts for the Advancement of Solar System Observations (PICASSO) de la agencia, el concepto tiene su herencia en otros instrumentos de tipo similar originalmente concebidos a través del programa de Investigación y Desarrollo Internos de Goddard (IRAD). Otra tecnología compatible con IRAD, un espectrómetro de masas Raman, también recibió financiación de PICASSO.
Comprensión de la capa límite
Abshire y Guzewich están particularmente interesados en obtener mediciones de la capa límite de Marte, una sección atmosférica que comienza en la superficie y puede extenderse hasta nueve millas arriba, dependiendo de la hora del día. Debido a que esta capa es difícil de medir desde la órbita, el equipo quiere desplegar el lidar en un módulo de aterrizaje o rover que recopile directamente datos las 24 horas desde la superficie hacia arriba, datos que podrían revelar cómo cambian las condiciones con el tiempo y la altitud.
Esta capa es importante porque controla la transferencia de calor, impulso, polvo, y el agua y pueden revelar mayores conocimientos sobre el clima moderno del planeta, incluida la estabilidad de sus casquetes polares, cómo el viento modela el paisaje, y cómo se levanta y transporta el polvo. Es más, Los científicos pueden utilizar estos datos para validar y mejorar los modelos de circulación general. Dijo Guzewich.
"Desde la perspectiva de los vuelos espaciales tripulados, esta capa también es crítica para las operaciones, "Este es el entorno en el que operarán las misiones terrestres", dijo Abshire.
La NASA ha aterrizado lidares atmosféricos antes, midiendo con éxito los vientos y los aerosoles, incluyendo polvo y hielo, pero este instrumento en particular proporcionaría el elemento que falta:mediciones directas del vapor de agua en columnas verticales sobre la superficie.
Este es un primer plano del instrumento lidar, que perfilaría de forma remota, por primera vez, vapor de agua hasta nueve millas sobre la superficie marciana, junto con la velocidad del viento y las partículas diminutas suspendidas en la atmósfera del planeta. Crédito:NASA
"Nos motivan las preguntas científicas, ", Dijo Guzewich." Queremos medir el vapor de agua y los vientos al mismo tiempo. El punto es comprender el agua y cómo se mueve a través de la atmósfera. Sabemos donde esta el agua simplemente no sabemos cómo se mueve ".
Descubrir, el lidar haría rebotar una luz láser sintonizada a 1911 nanómetros, una longitud de onda específica en la banda del infrarrojo cercano ideal para detectar vapor de agua, hacia el cielo y luego analizaría la luz o señal reflejada para aprender más sobre la dinámica atmosférica que ocurre desde la superficie hasta nueve millas sobre la superficie. Equipado con una semilla de sésamo, detector de infrarrojos ya desarrollado, el instrumento podría detectar la señal de retorno a un nivel de fotón único, proporcionando una resolución sin precedentes.
Patrimonio del IRAD
"Nuestro enfoque para perfilar el vapor de agua atmosférico y los vientos utilizando un lidar a 1911 nanómetros es nuevo, "Dijo Abshire.
Sin embargo, él y sus colegas tienen una vasta experiencia en el desarrollo de instrumentos lidar atmosféricos. Para las ciencias de la Tierra, construyeron el lidar Co2 Sounder sintonizado a 1572 nanómetros, que es eficaz para medir el dióxido de carbono en la atmósfera. El nuevo lidar también remonta su herencia al Mars Lidar para mediciones climáticas globales desde Orbit, que Abshire concibió como un instrumento en órbita para medir la velocidad del viento.
El desafío es producir un instrumento que sea robusto, práctico, pero lo suficientemente pequeño como para caber en un rover. "Nuestro desafío es demostrar que podemos hacer esto. Afortunadamente, podemos confiar en las capacidades únicas de Goddard, Dijo Abshire. "Tenemos grandes capacidades en lidar, láseres espaciales, y detectores. Realmente no hay otro lugar que combine toda esta capacidad y experiencia ".
Espectrómetro de masas Raman
El investigador principal de Goddard, Andrej Grubisic, también ganó un premio PICASSO de tres años para avanzar RAMS, abreviatura de RAman-Mass Spectrometer. La espectroscopia Raman y la espectrometría de masas son dos técnicas químicas analíticas comunes para determinar la composición de la muestra mediante la identificación de moléculas individuales y minerales específicos. Con su premio PICASSO, Grubisic dijo que él y el equipo de RAMS planean demostrar un instrumento híbrido que sería capaz de adquirir mapas de composición a nivel de micras de moléculas orgánicas y fases minerales que existen en muestras recolectadas en cometas y asteroides, así como de muestras adquiridas en las lunas heladas de el sistema solar exterior,
Tales mediciones darían a los científicos la información necesaria para ayudarlos a comprender el origen del material orgánico en el sistema solar. la habitabilidad de otros planetas, y el potencial de vida más allá de la Tierra.
