Le intuizioni e la tecnologia raccolte dalla creazione di uno strumento di misurazione del carbonio per gli studi sul clima terrestre vengono sfruttate per costruirne un altro che profili da remoto, per la prima volta, vapore acqueo fino a nove miglia sopra la superficie marziana, insieme alle velocità del vento e alle minuscole particelle sospese nell'atmosfera del pianeta.

Gli scienziati Jim Abshire e Scott Guzewich, entrambi al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, hanno vinto un finanziamento per lo sviluppo tecnologico della NASA per costruire e dimostrare un piccolo prototipo di lidar atmosferico per un futuro lander su Marte, e forse Titano, La luna più grande di Saturno e l'unica ad avere un'atmosfera densa.

Selezionato per un ulteriore sviluppo dal programma PICASSO (Planetary Instrument Concepts for the Advancement of Solar System Observations) dell'agenzia, il concetto fa risalire la sua eredità ad altri strumenti di tipo simile originariamente concepiti attraverso il programma di ricerca e sviluppo interno di Goddard (IRAD). Un'altra tecnologia supportata dall'IRAD, uno spettrometro di massa Raman, ha anche ricevuto un finanziamento PICASSO.

Comprendere lo strato limite

Abshire e Guzewich sono particolarmente interessati ad ottenere misurazioni dello strato limite di Marte, una sezione atmosferica che inizia in superficie e può estendersi fino a nove miglia sopra, a seconda dell'ora del giorno. Poiché questo strato è difficile da misurare dall'orbita, il team vuole distribuire il lidar su un lander o un rover che raccolga direttamente dati 24 ore su 24 dalla superficie in su, dati che potrebbero rivelare come le condizioni cambiano nel tempo e in altitudine.

Questo strato è importante perché controlla il trasferimento di calore, quantità di moto, polvere, e acqua e può rivelare maggiori intuizioni sul clima moderno del pianeta, compresa la stabilità delle sue calotte glaciali, come il vento modella il paesaggio, e come la polvere viene sollevata e trasportata. Per di più, gli scienziati possono utilizzare questi dati per convalidare e migliorare i modelli di circolazione generale, disse Guzewich.

"Dal punto di vista del volo spaziale umano, questo strato è anche critico per le operazioni, " ha detto Abshire. "Questo è l'ambiente in cui opereranno le missioni sbarcate".

La NASA ha già atterrato lidar atmosferici, misurare con successo i venti e gli aerosol, compresi polvere e ghiaccio, ma questo particolare strumento fornirebbe l'elemento mancante:misurazioni dirette del vapore acqueo in colonne verticali sopra la superficie.

"Siamo motivati ​​da domande scientifiche, " Guzewich ha detto. "Vogliamo misurare il vapore acqueo ei venti allo stesso tempo. Il punto è capire l'acqua e come viene spostata attraverso l'atmosfera. Sappiamo dov'è l'acqua, semplicemente non sappiamo come si muove".

Per scoprirlo, il lidar farebbe rimbalzare una luce laser sintonizzata su 1911 nanometri, una lunghezza d'onda specifica nella banda del vicino infrarosso ideale per rilevare il vapore acqueo, nel cielo e quindi analizzerebbe la luce riflessa o il segnale per saperne di più sulle dinamiche atmosferiche che si verificano dalla superficie al nove miglia sopra la superficie. Dotato di un seme di sesamo delle dimensioni, rilevatore a infrarossi già sviluppato, lo strumento sarebbe in grado di rilevare il segnale di ritorno a livello di singolo fotone, fornendo una risoluzione senza precedenti.

Patrimonio dell'IRAD

"Il nostro approccio per la profilazione del vapore acqueo atmosferico e dei venti utilizzando un lidar a 1911 nanometri è nuovo, " ha detto Abshire.

Però, lui ei suoi colleghi hanno una vasta esperienza nello sviluppo di strumenti lidar atmosferici. Per le Scienze della Terra, hanno costruito il lidar Co2 Sounder sintonizzato a 1572 nanometri, che è efficace per misurare l'anidride carbonica nell'atmosfera. Il nuovo lidar trae la sua eredità anche dal Mars Lidar for Global Climate Measurements di Orbit, che Abshire immaginava come uno strumento in orbita per misurare la velocità del vento.

La sfida è produrre uno strumento robusto, pratico, ma abbastanza piccolo da stare su un rover. "La nostra sfida è dimostrare che possiamo farlo. Fortunatamente, possiamo contare sulle capacità uniche di Goddard, ha detto Abshire. "Abbiamo grandi capacità in lidar, laser spaziali, e rilevatori. Non c'è davvero nessun altro posto che combina tutte queste capacità e competenze".

Spettrometro di massa Raman

Anche il Principal Investigator di Goddard, Andrej Grubisic, ha vinto un premio PICASSO triennale per promuovere RAMS, abbreviazione di spettrometro di massa RAman. La spettroscopia Raman e la spettrometria di massa sono due comuni tecniche di chimica analitica per determinare la composizione del campione attraverso l'identificazione di singole molecole e minerali specifici. Con il suo premio PICASSO, Grubisic ha detto che lui e il team RAMS hanno in programma di dimostrare uno strumento ibrido che sarebbe in grado di acquisire mappe di composizione a livello di micron di molecole organiche e fasi minerali che esistono in campioni raccolti su comete e asteroidi, nonché da campioni acquisiti sulle lune ghiacciate in il sistema solare esterno,

Tali misurazioni darebbero agli scienziati le informazioni necessarie per aiutarli a comprendere l'origine del materiale organico nel sistema solare, l'abitabilità di altri pianeti, e il potenziale per la vita oltre la Terra.