среда, 13 ноября 2013 г.

Водный путь марсохода Curiosity

Российский нейтронный детектор DAN, установленный  на Марсианской научной лаборатории, уже более года определяет наличие воды в верхнем слое грунта по пути движения марсохода Curiosity в кратере Гейла. Прибор показывает количество воды и на какой глубине она находится. При этом была выявлена взаимосвязь между характером ландшафта и распределением водосодержащих пород под поверхностью Марса. Ученые определили, что участки территории Красной планеты могут иметь различия даже на малых расстояниях

Изображение горы Шарп в сбалансированной настройке цветов, что делает небо слишком синим и показывает местность, как будто, в условиях земного освещения
(NASA / JPL-Caltech / MSSS)


Об этом на Четвёртом московском международном симпозиуме по исследованиям Солнечной системы рассказал Руслан Кузьмин, старший научный сотрудник Института космических исследований РАН и ведущий научный сотрудник Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Четыре километра, которые Curiosity преодолел в кратере Гейла, оказались очень разными с точки зрения того, сколько воды содержится в подповерхностном (порядка 60 см в глубину) слое грунта. Sol 440, (1 ноября 2013 года)
(NASA/JPL-Caltech)

Чтобы понять, почему так происходит, важны особенности ландшафта, о которых можно судить как по фотографиям высокого разрешения камеры HiRISE с орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter, так и с нескольких камер, установленных на борту марсохода. Как показывает анализ, вид марсианской поверхности разнообразен, причём на сравнительно малых расстояниях - порядка метра.

В месте посадки марсохода, Bradbury Landing, (получившей имя в честь писателя-фантаста Рэя Бредбери), снимки показывают много мелких возвышений и волнообразных гряд на в целом пологой равнинной поверхности, которая постепенно спускается к востоку
8 августа 2012 года, Sol 2 (NASA/JPL-Caltech)

Отсюда до района Гленелг (Glenelg), куда направился Curiosity после посадки, перепад высоты составляет приблизительно 15 м. В некоторых местах, среди грубозернистого реголита видны обнаженные скальные породы размерами от одного до десятков метров.

Панорамный вид (фрагмент) участка "Point Lake" в области Гленелг. Sol 110, 26 ноября 2011 года  (Полностью можно посмотреть здесь)
(NASA / JPL-Caltech)

Это означает, что толщина обломочного материала меняется от района к району от нескольких сантиметров до метра и даже больше. Там, где слой марсианского щебня тонкий, наружу выходит скальное основание.

Эти структурные различия очень важны для понимания информации о потоке нейтронов из-под поверхности планеты, которую получает прибор ДАН. Детектор DAN различает нейтроны по энергиям: от низкоэнергичных тепловых (QL1) до более высокоэнергичных эпитепловых (QL2).

Российский нейтронный детектор DAN (Dynamic Albedo of Neutrons) используется для обнаружения водорода, водяного льда вблизи поверхности Марса. Точные измерения возможны до глубины 50 - 70 см. Помимо активного обследования поверхности Красной планеты, прибор способен вести мониторинг естественного радиационного фона поверхности
(NASA/JPL)

Поток тепловых нейтронов позволяет определить не только количество водорода, но также железа и хлора под поверхностью, так как тепловые нейтроны хорошо поглощаются такими элементами. Если число тепловых нейтронов  уменьшается, это означает, что на данном участке поверхности имеется больше этих элементов.

Эпитепловые нейтроны позволяют измерить только количество водорода. Разница между показаниями двух видов нейтронов позволяет получить точные сведения о подповерхностных слоях грунта.

Ученые сопоставили нейтронный "отклик" поверхности с типами ландшафта и текстурой реголита. По фотографиям HiRISE было выделено несколько типов поверхности, и для пяти из них от места посадки до района Гленелг (протяженность трассы около 500 м), были построены графики изменения потоков нейтронов. Была выявлена четкая корреляция интенсивности излучения тепловых и высокоэнергичных частиц с типами поверхности.

Среднее содержание воды (в процентах по массе) в верхнем слое грунта Марса, который зондирует DAN (глубина порядка 60 см), вдоль трассы марсохода от 700 до 2000 м (пройденное расстояния показано по горизонтали). Цветами показано различное содержание воды в процентах (по вертикали)
(ИКИ РАН)

На дистанции 0–330 м (Sol 16-48) и 420–500 м (Sol 50-102) от места посадки параметры QL1 и QL2 согласуются по тому, уменьшается или увеличивается количество подповерхностной воды. А вот на дистанции 330-420 м (Sol 48-50) показатель QL1 - тепловые нейтроны - снижался  (количество воды уменьшается), тогда как параметр QL2 отражал рост.

Это не противоречие, поскольку QL1 чувствителен не только к водороду, но и к хлору и железу; таким образом, "разночтение" можно объяснить тем, что в верхнем слое грунта на этих участках  содержится больше этих поглощающих нейтроны элементов.

По фотографиям вдоль трассы ровера видно, что поверхность Марса в разной степени усеяна камнями. Из-за процессов выветривания средний размер обломочного материала заметно меняется от места к месту. Именно в подобном районе на 48 марсианский день (Sol) наблюдались заметные колебания параметра QL5 (отношение числа тепловых нейтронов к эпитепловым в пассивном режиме). На фото: местность в предгорьях (северо-северо запад) Эолиды (гора Шарп) - центральной насыпи кратера Гейла. В верхней части снимка видна темная полоса дюн. Sol 49, 25 сентября 2012 года
NASA/JPL-Caltech 

Когда марсоход пересекал районы с разной структурой реголита, в том числе те участки, где на поверхность выходят скальные породы, QL5 значительно менялся на дистанциях в 1-5 м. Его самое маленькое значение соответствовало скальному обнажению, а на участках с более мелкозернистым реголитом значение параметра повышалось.

В Гленелге Curiosity посетил район Йеллоунайф Бэй (Yellowknife Bay), где поверхность, как видно на фотографиях, представляет собой обширный район (сотни метров) скальных обнажений древних осадочных пород с характерной полигональной сеткой трещин (при размере полигональных блоков от первых десятков сантиметров до 2 м).

Кратер Гейла. Панорамный вид низины "Yellowknife  Bay" и горы Sharp. Показано 
расположение двух буровых площадок - "Джон Клейн" (слева) и "Камберленд" (справа).
Они имеют похожий внешний вид и расположены около 2,75 метра друг от друга
( NASA/JPL-Caltech/Ken Kremer/Marco Di Lorenzo)

Здесь измерения DAN показали, что содержание воды в верхних 60 см грунта значительно колеблется, причём это хорошо соответствует разнице в облике поверхности на соседних (1,5–2 метра) участках.

Так, например, измерения, проведенные у крупного обнажения скальной породы рядом с участком "трещиноватой" поверхности совпали с "двуслойной" моделью грунта: в верхней части содержание воды оценивается в 1,4 процента по массе, в нижней, глубже 16 см, — в 3,8 процента по массе.

Измерения же, проведённые на соседнем участке, где реголит состоит из продуктов разрушения скальной породы вперемешку с нанесенным эоловым материалом, соответствуют другой модели распределения воды, где её содержание более равномерно - около 2,5 % по массе на всю глубину зондирования DAN.

Участок Lower Sheepbed unit в районе Йеллоунайф Бэй. Кругами отмечены два типа поверхности, где прибор ДАН провел измерения в активном режиме. Распределение воды в грунте, относящемся к верхнему кругу, соответствует модели равномерного распределения с 2,5% содержания воды по массе. Данные, полученные для грунта в нижнем круге, соответствуют двуслойной модели с содержанием воды 1,4% по массе в верхнем слое (16 см) и 3,8% по массе - в нижнем
(ИКИ РАН)

В настоящее время Curiosity проехал более четырех километров с момента посадки, и до цели путешествия - горы Шарп - осталось ещё шесть. DAN будет проводить измерения как в активном режиме, зондируя поверхность пучком нейтронов высоких энергий, так и в пассивном, когда роль такого "зонда" выполняют космические лучи, прилетающие к Марсу и генерирующие нейтроны в поверхностном слое грунта планеты.

Инструменты Марсианской научной лаборатории MSL Curiosity
(based NASA/JPL)

По команде с Земли может включаться собственный генератор нейтронов DAN-а, что обеспечивает еще более точные измерения. Генератор рассчитан на 10 миллионов импульсов по 10 миллионов нейтронов в каждом. Другими словами, детектор может сделать 10 млн. высокоточных снимков, поэтому специалисты стараются распределить  ресурс DAN  на все время миссии.

По сообщению NASA, марсоход Curiosity полностью восстановился после программного сбоя 7 ноября и в ближайшие дни продолжит свой путь от участка Cooperstown к горе Шарп.

Подготовлено по материалам ИКИ РАН,  NASA/JPL

Статьи по теме:


Марсоход Curiosity изучает марсианское озеро
Марсоход Curiosity закончил исследования в "Каменном гнезде" и прибыл в область Гнеленг на "озеро" Point. В области Гленелг сходятся три типа местности...
Марсоход Curiosity: На пути к древнему озеру
Марсоход Curiosity берет курс на Эолиду
Марсоход Curiosity снижает темп
Марсианские участки "Curiosity"
Марсоход Curiosity следует за водой
Марсоход Curiosity стреляет из пушки и едет в Гленелг

Комментариев нет: