Teknologi gjenbrukt for å undersøke nye områder av Mars atmosfære

Ved hjelp av gjenbruksutstyr har et team inkludert forskere fra Imperial College London målt deler av Mars-atmosfæren som tidligere var umulig å undersøke. Dette inkluderer områder som kan blokkere radiosignaler hvis de ikke vurderes ordentlig, avgjørende for fremtidige Mars-oppdrag.

Resultatene av de første 83 målingene, analysert av imperiale forskere og kolleger fra European Space Agency (ESA) over hele Europa, er publisert i avisen i dag Radiovitenskap.

For å oppnå dette samarbeidet ExoMars» Trace Gas Orbiter (TGO) med et annet ESA-romfartøy som kretser rundt den røde planeten: Mars Express (MEX). De to romfartøyene opprettholder en radioforbindelse, slik at når man passerer bak planeten, skjærer radiobølgene gjennom de dypere lagene i Mars-atmosfæren.

Endringer i atmosfærens brytning, eller hvordan den bøyer radiobølger, forårsaker små, men detekterbare skift i radiofrekvensene som mottas av sonden. Ved å analysere dette skiftet kan forskere bestemme tettheten til den nedre atmosfæren og tettheten av elektroner i ionosfæren, et ladet øvre lag av atmosfæren. Teknikken kalles gjensidig radiookkultasjon.

Hovedforfatter av studien Jacob Parrott, en doktorgradsstudent ved Imperials avdeling for fysikk, sa: «Systemene på MEX og TGO ble i utgangspunktet ikke designet for å gjøre dette: radioantennene vi brukte ble laget for kommunikasjon mellom orbiter og rover på overflaten av planeten Vi måtte omprogrammere dem under flyturen for å utføre denne nye vitenskapen.

«Denne innovative teknikken vil sannsynligvis være en game changer for fremtidige oppdrag, og demonstrerer at gjensidig radiookkultasjon mellom to kretsende sonder er en kostnadseffektiv måte å trekke ut mer vitenskapelig verdi fra eksisterende utstyr.»

Drømmeteamarbeid

Tidligere ble radiookkultasjon utført ved hjelp av radioforbindelsen fra en Mars-bane til store bakkestasjoner på jorden. Radiosignalet fra orbiteren ville bli overvåket mens romfartøyet «svevet» (dekket) bak Mars, noe som betyr at signalet passerte gjennom lagene av planetens atmosfære.

Å bruke to kretsende sonder for å gjøre denne målingen er allerede en vanlig metode for å studere jordens atmosfære: tusenvis av slike målinger gjøres mellom globale navigasjonssatellitter, der dataene som oppgis brukes til atmosfærisk overvåking og værvarsling.

Denne metoden hadde imidlertid bare vært brukt på Mars tre ganger tidligere; av NASA i 2007 som en maskinvaredemonstrasjon. Den nye bruken av ESAs to romsonder markerer første gang denne teknikken har blitt rutinemessig brukt på en annen planet.

Nå som gjennomførbarheten er demonstrert, vurderer forskerne og ingeniørene som jobbet med dette prosjektet hvordan man kan utvide bruken av denne teknikken til fremtidige oppdrag til Mars.

Medforfatteren av studien, Dr. Colin Wilson, ExoMars Trace Gas Orbiter og Mars Express-prosjektforsker ved ESA, sa: «ESA har nå demonstrert gjennomførbarheten av denne teknikken, som kan vise seg å være revolusjonerende for Mars-vitenskapen i fremtiden.

«Det er for tiden syv romfartøyer i bane rundt Mars, ettersom antallet romfartøyer øker, slik det vil i løpet av de kommende tiårene, vil antallet radiookkultasjonsmuligheter øke raskt. Derfor vil denne teknikken bli et stadig viktigere verktøy for å studere Mars.»

Flere målinger, mer innsikt

Okkultering mellom romsonder gjør det mulig å gjøre flere målinger og utforske nye områder av atmosfæren.

Siden konvensjonelle radiookkultasjonsmålinger på Mars involverer en radioforbindelse til en bakkestasjon på jorden, er målestedet fast i forhold til jordens sakte bevegelse. Dette gjør det vanskelig å fange globale endringer på Mars, ettersom forskere ofte observerer de samme flekkene.

I tillegg kan denne metoden bare prøve nær solnedgang og soloppgang, på grunn av jordens nærhet til solen, noe som begrenser vårt syn på Mars atmosfære.

Videre lider tradisjonell radiookkultasjon av «okkultasjonssesonger», hvor målinger kun er mulig i noen få måneder av året på grunn av romfartøyets bane. For eksempel kunne Mars Express bare utføre radiookkultasjon i to måneder i 2022.

Gjensidig radiookkultasjon overvinner disse problemene, og lar forskere for første gang utforske hele dybden av Mars» ionosfære rundt middag og midnatt.