Gli scienziati della NASA hanno trovato un modo per adattare una manciata di tecnologie sviluppate di recente per costruire un nuovo strumento che potrebbe dare loro ciò che devono ancora ottenere:dettagli mai rivelati prima sui venti su Marte e, infine, su Titano, La luna più grande di Saturno.

Siamo orgogliosi di sfruttare le nuove tecnologie, " ha detto Mike Smith, uno scienziato planetario presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Smith sta collaborando con lo scienziato di telerilevamento Goddard Jim Abshire per creare un modello di prova sperimentale o dimostrativo di MARLI, abbreviazione di MARs LIdar per misurazioni del clima globale dall'orbita. "Perché partire da zero quando puoi adattare le tecnologie recenti?" ha detto Smith.

Il primo Lidar planetario della NASA

Il MARLI sperimentale, che il team ritiene sarà abbastanza maturo da proporre una futura missione orbitale tra un paio d'anni, potrebbe diventare il primo lidar eolico planetario della NASA. Il suo compito principale sarebbe quello di profilare la distribuzione verticale degli aerosol atmosferici, comprese le particelle di polvere e ghiaccio, e misurare direttamente la velocità del vento per determinare come queste condizioni cambiano nel tempo, Posizione, e stagione.

Queste informazioni sono vitali per comprendere tutto, dal trasporto di potenziali biomarcatori, come il metano, fornire input per modelli di circolazione globale dell'atmosfera che, tra l'altro, aiutano a determinare luoghi di atterraggio sicuri e precisi per i veicoli spaziali.

Sebbene il team abbia concepito MARLI come un potenziale strumento di nuova generazione per sondare l'atmosfera sottile di Marte e abbia avanzato il concetto attraverso i concetti di strumenti planetari della NASA per l'avanzamento delle osservazioni del sistema solare, o PICASSO, programma, una versione modificata potrebbe anche essere utilizzata per indagare su Titano, ha detto Abshire. Lui e il suo team hanno recentemente vinto ulteriori finanziamenti per la ricerca e lo sviluppo dalla Maturazione degli strumenti per l'esplorazione del sistema solare della NASA, o il programma MatISSE, per far avanzare ulteriormente MARLI e apportare le modifiche necessarie per consentire le indagini sui Titani.

"Dopo oltre 20 anni di lancio di orbiter e rover, abbiamo imparato molto sulle condizioni ambientali su Marte, comprese le temperature e i gas atmosferici, " Smith ha continuato. Ha aggiunto, però, che gli scienziati hanno ottenuto pochissime misurazioni dirette dei venti, che i rover su Marte hanno registrato a 45 miglia all'ora o più velocemente. E sebbene Marte abbia un'atmosfera a bassa densità, i venti sono spesso abbastanza forti da avvolgere completamente il pianeta nella polvere. "Se dovessimo scrivere una lista delle cose che non sappiamo, i venti sarebbero in cima alla lista."

Se gli scienziati sanno poco dei venti marziani, sanno ancora meno degli aerosol atmosferici e della dinamica su Titano, che è l'unica luna ad ospitare un'atmosfera densa e l'unico oggetto, a parte la Terra, ad avere corpi liquidi stabili sulla superficie, Abshire ha aggiunto.

La soluzione

MARLI potrebbe fornire una soluzione, i suoi sviluppatori credono. Dalla sua orbita intorno a Marte o Titano, il suo raggio sarebbe puntato a circa 30 gradi dal nadir (direttamente sotto il veicolo spaziale). In tale orientamento, lo strumento funzionerebbe in modo molto simile al radar Doppler, una specie di radar specializzato che misura la velocità. Lo fa facendo rimbalzare un segnale a microonde su un bersaglio desiderato e analizzando come il movimento dell'oggetto altera la frequenza del segnale restituito. Però, invece di radio o microonde, MARLI emetteva continuamente luce infrarossa verso la superficie con il suo laser di bordo.

A causa della presenza di polvere e particelle di ghiaccio nell'atmosfera, un po' di luce si disperderebbe prima di poter raggiungere la superficie e parte di quella luce tornerebbe al telescopio di bordo di MARLI, che raccoglierebbe i segnali di retrodiffusione di ritorno e li indirizzerebbe ai rivelatori dello strumento. I dati risultanti non solo rivelerebbero la velocità con cui soffiano i venti, ma anche la distribuzione di polvere e ghiaccio in quella parte dell'atmosfera. Tali misurazioni in tutto il mondo darebbero agli scienziati una visione tridimensionale della struttura della polvere e del vento su Marte e di come cambia nel tempo, Posizione, e stagione.

"Il nostro approccio ha un'alta probabilità di successo. Sfrutta le tecnologie chiave del laser e del ricevitore delle precedenti missioni lidar spaziali, e altri sviluppi, " compresi alcuni che hanno mappato le caratteristiche della superficie o le topografie di Marte, Mercurio, e la Luna, ha detto Abshire. "La parte più difficile è ottenere un passaggio su Marte, " ha aggiunto Smith.

L'adattamento delle tecnologie e degli approcci di misurazione

il laser di MARLI, essere costruito dall'Herndon, Fibertek con sede in Virginia, Inc., è un adattamento del dispositivo sviluppato dall'azienda per il sistema di trasporto di aerosol cloud sviluppato da Goddard, o GATTI. Sebbene originariamente concepito come uno strumento aeronautico, Gli sviluppatori di CATS hanno modificato lo strumento e lo hanno lanciato sulla Stazione Spaziale Internazionale nel 2015 dove ha raccolto profili globali più accurati delle nuvole della Terra e degli aerosol atmosferici. Dopo 33 mesi in orbita, lo strumento ha terminato le operazioni alla fine del 2017.

il telescopio di MARLI, per di più, è un adattamento di quello utilizzato sul Mars Orbiter Laser Altimeter, uno strumento che ha volato sulla navicella spaziale Mars Global Surveyor, e la sua tecnica di misurazione del vento è simile a quella dimostrata da uno strumento aereo chiamato Tropospheric Wind Lidar Technology Experiment, noto anche come TWiLiTE.

E la sua tecnologia di rilevamento, creato dal membro del team Xiaoli Sun e dal suo partner industriale, il Dallas, Tecnologie DRS con sede in Texas, rappresenta una nuova tecnologia adattata per le misurazioni del vento. Il rilevatore è il primo rilevatore di conteggio di fotoni al mondo sensibile alla banda di lunghezze d'onda del medio infrarosso, un punto debole spettrale per diverse applicazioni di telerilevamento, compreso il rilevamento del ghiaccio.

Accoppiato con un dispositivo che converte i segnali di ritorno in numeri di fotoni effettivi, il rivelatore è unico. Ogni rivelatore delle dimensioni di un seme di sesamo registra ogni fotone convertito nel segnale di ritorno, donandogli una sensibilità senza precedenti. Oltre ad essere di riferimento per MARLI, la tecnologia del rivelatore ha trovato case in due strumenti laser aerei che Abshire e Haris Riris, un altro membro del team MARLI, progettato per misurare l'anidride carbonica e il metano nell'atmosfera terrestre.

A causa di questa leva, "MARLI è l'unica in grado di rispondere a queste importanti domande scientifiche con un unico strumento, " ha detto Abshire. "Questo ci permetterà di capire meglio le cose che stanno accadendo nell'atmosfera, compreso il trasporto di polvere e particelle di ghiaccio, la genesi delle tempeste di polvere. Proprio adesso, queste domande di base rimangono ancora."