Os insights e a tecnologia obtidos com a criação de um instrumento de medição de carbono para estudos do clima da Terra estão sendo aproveitados para construir outro que traçaria o perfil remotamente, pela primeira vez, vapor d'água até nove milhas acima da superfície marciana, junto com a velocidade do vento e partículas minúsculas suspensas na atmosfera do planeta.

Os cientistas Jim Abshire e Scott Guzewich, ambos no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, ganharam financiamento de desenvolvimento de tecnologia da NASA para construir e demonstrar um pequeno protótipo de lidar atmosférico para uma futura sonda em Marte, e possivelmente Titan, A maior lua de Saturno e a única a ter uma atmosfera densa.

Selecionado para desenvolvimento adicional pelo programa Conceitos de Instrumentos Planetários para o Avanço das Observações do Sistema Solar (PICASSO) da agência, o conceito traça sua herança para outros instrumentos de tipo semelhante originalmente concebidos por meio do programa de Pesquisa e Desenvolvimento Interno de Goddard (IRAD). Outra tecnologia compatível com IRAD, um espectrômetro de massa Raman, também recebeu financiamento do PICASSO.

Compreendendo a Camada Limite

Abshire e Guzewich estão particularmente interessados ​​em obter medições da camada limite de Marte, uma seção atmosférica que começa na superfície e pode se estender por até nove milhas acima, dependendo da hora do dia. Como essa camada é difícil de medir em órbita, a equipe quer implantar o lidar em um módulo de pouso ou rover que coletaria dados 24 horas da superfície diretamente - dados que poderiam revelar como as condições mudam com o tempo e a altitude.

Esta camada é importante porque controla a transferência de calor, impulso, pó, e água e pode revelar maiores percepções sobre o clima moderno do planeta, incluindo a estabilidade de suas calotas polares, como o vento molda a paisagem, e como a poeira é levantada e transportada. Além disso, os cientistas podem usar esses dados para validar e melhorar os modelos de circulação geral, Guzewich disse.

"Do ponto de vista do voo espacial humano, esta camada também é crítica para as operações, "Abshire disse." Este é o ambiente no qual as missões terrestres irão operar. "

A NASA já pousou lidars atmosféricos antes, medir com sucesso os ventos, bem como os aerossóis, incluindo poeira e gelo, mas esse instrumento específico forneceria o elemento que faltava - medições diretas de vapor d'água em colunas verticais acima da superfície.

"Somos motivados por questões científicas, "Guzewich disse." Queremos medir o vapor de água e os ventos ao mesmo tempo. A questão toda é entender a água e como ela está se movendo na atmosfera. Nós sabemos onde está a água, simplesmente não sabemos como ele se move. "

Descobrir, o lidar iria rebater uma luz laser ajustada para 1.911 nanômetros - um comprimento de onda específico na banda do infravermelho próximo ideal para detectar vapor de água - para o céu e, em seguida, analisar a luz refletida ou sinal para aprender mais sobre a dinâmica atmosférica que ocorre da superfície até nove milhas acima da superfície. Equipado com uma semente de gergelim do tamanho, já desenvolvido detector infravermelho, o instrumento seria capaz de detectar o sinal de retorno em um nível de fóton único, fornecendo resolução sem precedentes.

Herança IRAD

"Nossa abordagem para traçar o perfil do vapor de água atmosférico e ventos usando um lidar a 1911 nanômetros é nova, "Abshire disse.

Contudo, ele e seus colegas têm vasta experiência no desenvolvimento de instrumentos lidar atmosféricos. Para as ciências da terra, eles construíram o Co2 Sounder lidar ajustado para 1572 nanômetros, que é eficaz para medir o dióxido de carbono na atmosfera. O novo lidar também traça sua herança ao Marte Lidar para Medições Climáticas Globais de Órbita, que Abshire imaginou como um instrumento em órbita para medir a velocidade do vento.

O desafio é produzir um instrumento robusto, prático, mas pequeno o suficiente para caber em um veículo espacial. “Nosso desafio é mostrar que podemos fazer isso. Felizmente, podemos contar com as capacidades únicas de Goddard, Abshire disse. "Temos ótimos recursos em lidar, lasers espaciais, e detectores. Na verdade, não há outro lugar que combine toda essa capacidade e experiência. "

Espectrômetro de massa Raman

O investigador principal de Goddard Andrej Grubisic também ganhou um prêmio PICASSO de três anos para avançar RAMS, abreviação de RAman-Mass Spectrometer. A espectroscopia Raman e a espectrometria de massa são duas técnicas de química analítica comuns para determinar a composição da amostra por meio da identificação de moléculas individuais e minerais específicos. Com seu prêmio PICASSO, Grubisic disse que ele e a equipe RAMS planejam demonstrar um instrumento híbrido que seria capaz de adquirir mapas de composição em nível de mícron de moléculas orgânicas e fases minerais que existem em amostras coletadas em cometas e asteróides, bem como em amostras adquiridas nas luas geladas em o sistema solar externo,

Essas medições dariam aos cientistas as informações necessárias para ajudá-los a entender a origem do material orgânico no sistema solar, a habitabilidade de outros planetas, e o potencial para vida fora da Terra.