Марс с высоким разрешением

На аппарате TGO миссии «ЭкзоМарс-2016» работают четыре научных прибора, в их числе два российских. Это спектрометрический комплекс АЦС, предназначенный для исследования атмосферы, и нейтронный детектор ФРЕНД, главная задача которого — исследовать верхний слой грунта планеты и составить карты, на которых будет отмечена распространённость водяного льда.

Спектрометры АЦС и атмосфера Марса: во время пылевой бури и после неё

Комплекс АЦС (ACS — Atmospheric Chemistry Suite) включает три спектрометра, работающих в разных участках инфракрасного спектра (диапазон от 0,7 до 17 микрон). Наблюдения начались в марте 2018 года в ходе лётных испытаний и продолжились с началом основной (номинальной) миссии в апреле.

Все три канала функционируют штатно и показывают высокие характеристики: хорошее отношение «сигнал/шум», высокую разрешающую способность, то есть возможность различать излучения с очень близкими длинами волн, и хорошую чувствительность. АЦС может зарегистрировать очень малые концентрации веществ, вплоть до одной частицы на триллион (ppt). Поиск малых составляющих атмосферы, к которым относятся, в частности, метан и другие органические вещества, кислород, молекулы воды, оксид серы, различные аэрозоли, — важнейшая задача эксперимента.

Спектрометр ближнего ИК-диапазона НИР (NIR) проводит непрерывный мониторинг вертикального распределения молекулярного кислорода (впервые в истории исследований Марса), а также водяного пара и углекислого газа — основного газа в атмосфере Марса. За период с апреля по сентябрь 2018 года получены первые профили кислорода, восстановлено распределение водяного пара от поверхности до высот 100 км.

Фурье-спектрометр ТИРВИМ (TIRVIM), работающий в тепловом ИК-диапазоне предназначен для температурных исследований атмосферы и наблюдений в режиме солнечных затмений. Получены поля температур, общие содержания и вертикальные профили концентрации пыли и водяного льда от поверхности до 100 км. Благодаря широкому волновому диапазону прибора ТИРВИМ удается установить тип аэрозольных частиц: пыль или кристаллы водяного льда, — а также их размер и концентрацию.

Третий спектрометр МИР (MIR) работает в среднем участке ИК-спектра, измеряя содержание малых составляющих атмосферы: метан, формальдегид, хлороводород и других. По его данным также восстанавливаются характеристики атмосферы: плотность и температура на высотах от 5 до 200 км.

Приборы АЦС, в частности, проводили наблюдения во время развития и затухания пылевой бури 2018 года. По этим данным были построены профили атмосферы и содержания в ней водяного пара, а также прослежено отношение тяжелой воды к обычной. В молекуле тяжёлой воды один из двух атомов водорода заменён на атом дейтерия — тяжёлого изотопа водорода. Эти вещества ведут себя немного по-разному при снижении температуры, таким образом, когда на Марсе меняются сезоны, то отношение дейтерия к водороду также может варьировать, отражая динамику атмосферы.

Прибор АЦC/ACS создан в Институте космических исследований (ИКИ) РАН в широкой международной кооперации по заказу Госкорпорации «Роскосмос». Научный руководитель эксперимента — заведущий отделом физики планет ИКИ РАН д.ф.-м.н. Олег Игоревич Кораблёв (ИКИ РАН)

Российский нейтронный телескоп ФРЕНД продолжает исследовать Марс с борта орбитального аппарата ЕКА TGO

О первых результатах исследований Марса в эксперименте с российским нейтронным телескопом ФРЕНД 20 февраля рассказал д.ф.-м.н. Игорь Георгиевич Митрофанов, научный руководитель эксперимента.

Название прибора ФРЕНД возникло как сокращение от его английского наименования Fine Resolution Epithermal Neutron Detector (FREND), которое подчеркивает его основную особенность — измерение пространственной переменности нейтронного излучения планеты с высоким пространственным разрешением порядка 100 км. Этот линейный масштаб должен быть достигнут за два земных года орбитальных нейтронографических измерений.

В докладе были представлены данные, полученные за восемь первых месяцев наблюдений. Они позволили изучить пространственные особенности распределения воды в полярных областях вечной мерзлоты, в окрестности крупнейших марсианских вулканов: горы Олимп, горы Элизий — и на огромной территории по обе стороны от экватора, которая включает несколько крупных районов с различным возрастом и геологическими свойствами. Эти данные позволят прояснить характер гидрологической эволюции Марса за всю историю его существования и также оценить суммарные запасы воды на этой планете.

Кроме этого в докладе были доложены результаты измерений радиационного фона в окрестности космического аппарата на межпланетной орбите и на орбите вокруг Марса. Согласно полученным данным, суммарная доза, накопленная экипажем марсианской экспедиции, может оказаться несовместимой с принятыми для космонавтов нормами радиационной безопасности.

Прибор ФРЕНД разработан за три года (2012–2015) в ИКИ РАН по заказу Госкорпорации «Роскосмос», его дозиметрический блок «Люлин-МО» по заказу ИКИ РАН изготовлен в Институте космических исследований и технологий Болгарской Академии Наук. Руководитель эксперимента ФРЕНД — заведующий отделом ядерной планетологии ИКИ РАН д.ф.-м.н. Игорь Георгиевич Митрофанов.

***

Проект «ЭкзоМарс-2016» — совместный проект Роскосмоса и Европейского космического агентства по исследованию Марса, его поверхности, атмосферы и климата с орбиты и на поверхности планеты. Он откроет новый этап исследования космоса для Европы и России.