Phoenix был беспилотным космическим зондом, который приземлился на поверхности Марса 25 мая 2008 года и проработал до 2 ноября 2008 года. [2] Phoenix проработал на Марсе 157 солов (161 день ). Его приборы использовались для оценки местной обитаемости и исследования истории воды на Марсе . Миссия была частью программы Mars Scout ; ее общая стоимость составила 420 миллионов долларов, включая стоимость запуска. [3]
Межведомственная программа была проведена под руководством Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны , с управлением проектом Лаборатории реактивного движения NASA . Академическими и промышленными партнерами были университеты в Соединенных Штатах, Канаде, Швейцарии, Дании, Германии, Великобритании, NASA, Канадское космическое агентство , Финский метеорологический институт , Lockheed Martin Space Systems , MacDonald Dettwiler & Associates (MDA) в партнерстве с Optech Incorporated ( Optech ) и другими аэрокосмическими компаниями. [4] Это была первая миссия NASA на Марс, возглавляемая государственным университетом. [5]
Phoenix был шестой успешной посадкой NASA на Марс из семи попыток и первой в полярном регионе Марса. Посадочный модуль завершил свою миссию в августе 2008 года и сделал последний короткий сеанс связи с Землей 2 ноября, поскольку доступная солнечная энергия упала с наступлением марсианской зимы. Миссия была объявлена завершенной 10 ноября 2008 года после того, как инженеры не смогли повторно связаться с аппаратом. [6] После безуспешных попыток связаться с посадочным модулем орбитальным аппаратом Mars Odyssey вплоть до и после марсианского летнего солнцестояния 12 мая 2010 года, JPL объявила посадочный модуль мертвым. Программа была признана успешной, поскольку она завершила все запланированные научные эксперименты и наблюдения. [7]
У миссии было две цели. Одна из них заключалась в изучении геологической истории воды, что является ключом к раскрытию истории прошлых изменений климата . Вторая цель заключалась в оценке прошлой или потенциальной обитаемости планеты на границе льда и почвы. Инструменты Phoenix были пригодны для раскрытия информации о геологической и, возможно, биологической истории марсианской Арктики. Phoenix был первой миссией, которая вернула данные с любого из полюсов и внесла вклад в основную стратегию NASA по исследованию Марса « Следуйте за водой » .
Основная миссия должна была продлиться 90 солов (марсианских дней) — чуть больше 92 земных дней. Однако корабль превысил свой ожидаемый срок службы [8] чуть более чем на два месяца, прежде чем погибнуть от усиливающегося холода и темноты наступающей марсианской зимы. [6] Исследователи надеялись, что посадочный модуль переживет марсианскую зиму, чтобы стать свидетелем развития полярного льда вокруг него — возможно, могло бы появиться до 1 метра (3 фута) твердого льда из углекислого газа. Даже если бы он пережил часть зимы, сильный холод не позволил бы ему продержаться до конца. [9] Миссия была выбрана как фиксированный посадочный модуль, а не марсоход, потому что: [10]
Наблюдения за метановым газом на Марсе в 2003–2004 годах проводились дистанционно тремя группами, работавшими с отдельными данными. Если метан действительно присутствует в атмосфере Марса , то что-то должно производить его на планете сейчас, потому что газ распадается под действием радиации на Марсе в течение 300 лет; [12] [13] [14] [15] [16] поэтому считалось важным определить биологический потенциал или пригодность для жизни почв марсианской Арктики. [17] Метан также мог быть продуктом геохимического процесса или результатом вулканической или гидротермальной активности . [18]
Пока писалось предложение по Phoenix , орбитальный аппарат Mars Odyssey использовал свой гамма-спектрометр и обнаружил отличительные признаки водорода на некоторых участках марсианской поверхности , и единственным вероятным источником водорода на Марсе была бы вода в виде льда, замороженного под поверхностью. Поэтому миссия финансировалась в расчете на то, что Phoenix найдет водяной лед на арктических равнинах Марса. [19] В августе 2003 года NASA выбрало миссию « Phoenix » Университета Аризоны для запуска в 2007 году. Была надежда, что это будет первая в новой линейке небольших, недорогих миссий Scout в программе агентства по исследованию Марса . [20] Выбор стал результатом интенсивного двухлетнего конкурса с предложениями от других учреждений. Премия NASA в размере 325 миллионов долларов более чем в шесть раз превышает любой другой отдельный исследовательский грант в истории Университета Аризоны.
Питер Х. Смит из Лаборатории лунных и планетарных исследований Университета Аризоны в качестве главного исследователя, а также 24 соисследователя были выбраны для руководства миссией. Миссия была названа в честь Феникса , мифологической птицы, которая неоднократно возрождается из собственного пепла. Космический корабль Феникс содержит несколько ранее построенных компонентов. Использованный посадочный модуль был модифицированным посадочным модулем Mars Surveyor 2001 (отмененным в 2000 году), а также несколько инструментов как из этой, так и из предыдущей неудачной миссии Mars Polar Lander . Lockheed Martin , построившая посадочный модуль, хранила почти готовый посадочный модуль в контролируемой чистой комнате с 2001 года до тех пор, пока миссия не была профинансирована программой NASA Scout . [21]
Phoenix был партнерством университетов, центров NASA и аэрокосмической промышленности. Научные приборы и операции были ответственностью Университета Аризоны . Лаборатория реактивного движения NASA в Пасадене , Калифорния , руководила проектом и обеспечивала разработку и контроль миссии. Lockheed Martin Space Systems построила и испытала космический корабль. Канадское космическое агентство предоставило метеорологическую станцию , включая инновационный атмосферный датчик на основе лазера . [22] В число учреждений-соисследователей вошли Malin Space Science Systems (Калифорния), Институт Макса Планка по исследованию солнечной системы (Германия), Исследовательский центр Эймса NASA (Калифорния), Космический центр Джонсона NASA (Техас), MacDonald, Dettwiler and Associates (Канада), Optech Incorporated (Канада) , Институт SETI , Техасский университет A&M , Университет Тафтса , Университет Колорадо , Университет Копенгагена (Дания), Мичиганский университет , Университет Невшателя (Швейцария), Техасский университет в Далласе , Вашингтонский университет , Вашингтонский университет в Сент-Луисе и Йоркский университет (Канада). Ученые из Имперского колледжа Лондона и Бристольского университета предоставили оборудование для миссии и были частью команды, управляющей микроскопической станцией. [23]
2 июня 2005 года после критического обзора хода планирования проекта и предварительного проектирования НАСА одобрило продолжение миссии в соответствии с планом. [24] Целью обзора было подтвердить уверенность НАСА в миссии.
Системы посадочного модуля включают в себя компьютерную систему на основе RAD6000 для управления космическим аппаратом и обработки данных. [27] Другие части посадочного модуля — это электрическая система, содержащая солнечные батареи и батареи, система наведения для посадки космического аппарата, восемь 4,4 Н (1,0 фунт-сила) и 22 Н (5,0 фунт-сила) монотопливных гидразиновых двигателей, созданных Aerojet -Redmond Operations для фазы полета, двенадцать 302 Н (68,0 фунт-сила) монотопливных гидразиновых двигателей Aerojet для посадки Phoenix , механические и структурные элементы, а также система обогрева, чтобы космический аппарат не переохладился.
Phoenix нес улучшенные версии панорамных камер Университета Аризоны и прибора для анализа летучих веществ из злополучного Mars Polar Lander , а также эксперименты, которые были построены для отмененного Mars Surveyor 2001 Lander , включая роботизированную руку JPL для рытья траншей, набор лабораторий влажной химии, а также оптические и атомно-силовые микроскопы . Научная полезная нагрузка также включала спускаемый аппарат и набор метеорологических приборов. [28]
Во время EDL был проведен эксперимент по структуре атмосферы. Он использовал данные акселерометра и гироскопа, записанные во время спуска посадочного модуля через атмосферу, для создания вертикального профиля температуры, давления и плотности атмосферы над местом посадки в тот момент времени. [29]
Роботизированная рука была спроектирована так, чтобы выдвигаться на 2,35 м (7,7 фута) от своего основания на посадочном модуле и могла копать на глубине до 0,5 м (1,6 фута) под песчаной поверхностью. Она брала образцы грязи и льда, которые анализировались другими приборами на посадочном модуле. Рука была спроектирована и построена для Лаборатории реактивного движения компанией Alliance Spacesystems, LLC [30] (теперь MDA US Systems, LLC) в Пасадене, Калифорния. Вращающийся рашпильный инструмент, расположенный в пятке ковша, использовался для резки прочной вечной мерзлоты. Стружка из рашпиля выбрасывалась в пятку ковша и переносилась вперед для доставки к приборам. Рашпильный инструмент был задуман в Лаборатории реактивного движения. Летная версия рашпиля была спроектирована и построена компанией HoneyBee Robotics. Команды на развертывание руки были отправлены 28 мая 2008 года, начиная с отодвигания защитного покрытия, призванного служить избыточной мерой предосторожности против потенциального загрязнения марсианской почвы земными формами жизни. Камера роботизированной руки (RAC), прикрепленная к роботизированной руке прямо над ковшом, смогла сделать полноцветные снимки местности, а также проверить образцы, которые вернул ковш, и исследовать зерна местности, где роботизированная рука только что выкопала. Камера была изготовлена Университетом Аризоны и Институтом Макса Планка по исследованию солнечной системы , [31] Германия. [32]
Surface Stereo Imager (SSI) был основной камерой на посадочном модуле. Это стереокамера , которая описывается как «улучшенная версия с более высоким разрешением для устройства формирования изображений, используемого для Mars Pathfinder и Mars Polar Lander ». [33] Она сделала несколько стереоизображений марсианской Арктики, а также использовала Солнце в качестве эталона для измерения атмосферных искажений марсианской атмосферы из-за пыли, воздуха и других особенностей. Камера была предоставлена Университетом Аризоны в сотрудничестве с Институтом Макса Планка по исследованию солнечной системы . [34] [35]
Анализатор термического и выделяющегося газа (TEGA) представляет собой комбинацию высокотемпературной печи с масс-спектрометром . Он использовался для выпекания образцов марсианской пыли и определения состава полученных паров. Он имеет восемь печей, каждая размером с большую шариковую ручку, которые могли анализировать по одному образцу, в общей сложности восемь отдельных образцов. Члены команды измерили, сколько водяного пара и углекислого газа было выделено, сколько водяного льда содержалось в образцах, и какие присутствуют минералы, которые могли образоваться во время более влажного, более теплого климата в прошлом. Прибор также измерял органические летучие вещества , такие как метан , до 10 частей на миллиард . TEGA был построен Университетом Аризоны и Техасским университетом в Далласе . [36]
29 мая 2008 года (4-й сол) электрические тесты выявили прерывистое короткое замыкание в TEGA [37] , возникшее из-за сбоя в одной из двух нитей, ответственных за ионизацию летучих веществ. [38] NASA обошло эту проблему, настроив резервную нить как основную и наоборот. [39]
В начале июня первые попытки поместить почву в TEGA оказались безуспешными, поскольку она казалась слишком «комковатой» для экранов. [40] [41] 11 июня первая из восьми печей была заполнена образцом почвы после нескольких попыток пропустить образец почвы через экран TEGA. [ требуется ссылка ] 17 июня было объявлено, что в этом образце не обнаружено воды; однако, поскольку он подвергался воздействию атмосферы в течение нескольких дней до попадания в печь, любой первоначальный водяной лед, который он мог содержать, мог быть потерян посредством сублимации . [ требуется ссылка ]
Mars Descent Imager (MARDI) был предназначен для съемки места посадки в течение последних трех минут спуска. Как изначально планировалось, он должен был начать съемку после того, как аэрооболочка отделилась, примерно в 8 км (5,0 миль) над марсианской почвой. [ необходима цитата ]
Перед запуском тестирование собранного космического корабля выявило потенциальную проблему повреждения данных с интерфейсной картой, которая была разработана для маршрутизации данных изображения MARDI, а также данных из различных других частей космического корабля. Потенциальная проблема могла возникнуть, если интерфейсная карта получила изображение MARDI во время критической фазы окончательного спуска космического корабля, в этот момент данные из инерциального измерительного блока космического корабля могли быть потеряны; эти данные были критически важны для управления спуском и посадкой. Это было оценено как неприемлемый риск, и было решено не использовать MARDI во время миссии. [42] Поскольку дефект был обнаружен слишком поздно для ремонта, камера осталась установленной на Phoenix, но она не использовалась для съемки, и ее встроенный микрофон не использовался. [43]
Изображения MARDI были предназначены для того, чтобы помочь точно определить место посадки посадочного модуля и, возможно, помочь найти потенциальные научные цели. Они также должны были использоваться для того, чтобы узнать, является ли область, где приземлился посадочный модуль, типичной для окружающей местности. MARDI была создана компанией Malin Space Science Systems . [44] Она потребляла бы всего 3 Вт энергии во время процесса получения изображений, меньше, чем большинство других космических камер. Первоначально она была спроектирована и построена для выполнения той же функции в миссии Mars Surveyor 2001 Lander ; после того, как эта миссия была отменена, MARDI провела несколько лет на хранении, пока не была развернута на посадочном модуле Phoenix .
Анализатор микроскопии, электрохимии и проводимости (MECA) — это набор инструментов, изначально разработанный для отмененной миссии Mars Surveyor 2001 Lander . Он состоит из лаборатории мокрой химии (WCL), оптического и атомно-силового микроскопов , а также зонда тепловой и электрической проводимости . [45] Лаборатория реактивного движения построила MECA. Швейцарский консорциум во главе с Университетом Невшателя предоставил атомно-силовой микроскоп. [46]
Используя MECA, исследователи исследовали частицы почвы размером до 16 мкм в поперечнике; кроме того, они попытались определить химический состав водорастворимых ионов в почве. Они также измерили электро- и теплопроводность частиц почвы с помощью зонда на ковше роботизированной руки. [47]
Этот инструмент представляет 6 из 69 держателей образцов в отверстии в инструменте MECA, куда роботизированная рука доставляет образцы, а затем переносит образцы в оптический микроскоп и атомно-силовой микроскоп. [48] Имперский колледж Лондона предоставил подложки для образцов микроскопа. [49]
Оптический микроскоп , разработанный в Университете Аризоны , способен делать снимки марсианского реголита с разрешением 256 пикселей/мм или 16 микрометров/пиксель. Поле зрения микроскопа представляет собой держатель образца размером 2 мм × 2 мм (0,079 дюйма × 0,079 дюйма), в который роботизированная рука доставляет образец. Образец освещается либо 9 красными, зелеными и синими светодиодами , либо 3 светодиодами, излучающими ультрафиолетовый свет . Электроника для считывания ПЗС-чипа используется совместно с камерой роботизированной руки, которая имеет идентичный ПЗС-чип .
Атомно -силовой микроскоп имеет доступ к небольшой области образца, доставленного в оптический микроскоп. Прибор сканирует образец одним из 8 кремниевых кристаллических наконечников и измеряет отталкивание наконечника от образца. Максимальное разрешение составляет 0,1 микрометра . Швейцарский консорциум во главе с Университетом Невшателя предоставил атомно-силовой микроскоп. [46]
Сборка датчика лаборатории мокрой химии (WCL) и раствор для выщелачивания были спроектированы и изготовлены компанией Thermo Fisher Scientific . [50] Сборка привода WCL была спроектирована и изготовлена компанией Starsys Research в Боулдере, штат Колорадо. Университет Тафтса разработал гранулы реагентов, бариевый ISE и электроды ASV, а также выполнил предполетную характеристику матрицы датчиков. [51]
Роботизированная рука зачерпнула немного почвы и поместила ее в одну из четырех ячеек лаборатории мокрой химии, куда была добавлена вода, и, во время перемешивания, массив электрохимических датчиков измерил дюжину растворенных ионов, таких как натрий , магний , кальций и сульфат, которые выщелачивались из почвы в воду. Это дало информацию о биологической совместимости почвы, как для возможных местных микробов, так и для возможных будущих посетителей Земли. [52]
Все четыре лаборатории мокрой химии были идентичны, каждая содержала 26 химических датчиков и датчик температуры. Полимерные ионселективные электроды (ISE) могли определять концентрацию ионов, измеряя изменение электрического потенциала на своих ионселективных мембранах в зависимости от концентрации. [53] Два газочувствительных электрода для кислорода и углекислого газа работали по тому же принципу, но с газопроницаемыми мембранами. Для циклической вольтамперометрии и анодной инверсионной вольтамперометрии использовалась золотая микроэлектродная матрица . Циклическая вольтамперометрия — это метод изучения ионов путем применения формы волны переменного потенциала и измерения кривой ток-напряжение. Анодная инверсионная вольтамперометрия сначала осаждает ионы металла на золотой электрод с приложенным потенциалом. После того, как потенциал меняется на противоположный, измеряется ток, в то время как металлы удаляются с электрода. [ необходима цитата ]
MECA содержит зонд тепловой и электрической проводимости (TECP). [47] TECP, разработанный Decagon Devices , [47] имеет четыре зонда, которые выполняют следующие измерения: температура марсианской почвы , относительная влажность, теплопроводность , электропроводность , диэлектрическая проницаемость , скорость ветра и температура атмосферы.
Три из четырех зондов имеют крошечные нагревательные элементы и температурные датчики внутри них. Один зонд использует внутренние нагревательные элементы для отправки импульса тепла, регистрируя время отправки импульса и отслеживая скорость, с которой тепло рассеивается от зонда. Соседние иглы чувствуют, когда поступает тепловой импульс. Скорость, с которой тепло уходит от зонда, а также скорость, с которой оно проходит между зондами, позволяет ученым измерять теплопроводность, удельную теплоту (способность реголита проводить тепло относительно его способности хранить тепло) и температуропроводность (скорость, с которой тепловое возмущение распространяется в почве). [54]
Зонды также измеряли диэлектрическую проницаемость и электропроводность , которые можно использовать для расчета влажности и солености реголита . Иглы 1 и 2 работают совместно для измерения солей в реголите, нагревают почву для измерения тепловых свойств (теплопроводность, удельная теплоемкость и температуропроводность) реголита и измеряют температуру почвы. Иглы 3 и 4 измеряют жидкую воду в реголите. Игла 4 является эталонным термометром для игл 1 и 2. [54]
Датчик влажности TECP является датчиком относительной влажности, поэтому он должен быть соединен с датчиком температуры для измерения абсолютной влажности. Как датчик относительной влажности, так и датчик температуры прикреплены непосредственно к плате TECP и, следовательно, предполагается, что они имеют одинаковую температуру. [54]
Метеорологическая станция (MET) регистрировала ежедневную погоду на Марсе во время миссии Phoenix . Она оснащена указателем ветра и датчиками давления и температуры. MET также содержит лидар (устройство обнаружения и измерения расстояния) для измерения количества частиц пыли в воздухе. Он был разработан в Канаде компаниями Optech и MDA при поддержке Канадского космического агентства. Первоначально группа под руководством профессора Йоркского университета Дайан Микеланджели [55] [56] до ее смерти в 2007 году, когда профессор Джеймс Уайтвэй занял пост [57] , курировала научные операции станции. В команду Йоркского университета вошли сотрудники Университета Альберты , Университета Орхуса (Дания), [58] Университета Далхаузи , [59] Финского метеорологического института , [60] Optech и Геологической службы Канады . Производитель Canadarm MacDonald Dettwiler and Associates (MDA) из Ричмонда, Британская Колумбия, построил MET. [61]
Скорость поверхностного ветра, давление и температура также контролировались в ходе миссии (с помощью контрольных датчиков, датчиков давления и температуры) и показывают эволюцию атмосферы со временем. Для измерения вклада пыли и льда в атмосферу использовался лидар. Лидар собирал информацию о зависящей от времени структуре пограничного слоя планеты , исследуя вертикальное распределение пыли, льда, тумана и облаков в местной атмосфере. [ необходима цитата ]
На вертикальной мачте высотой 1 м (3,3 фута) (показанной в сложенном положении) на высоте примерно 250, 500 и 1000 мм (9,8, 19,7 и 39,4 дюйма) над палубой посадочного модуля установлены три температурных датчика ( термопары ). Датчики были привязаны к измерению абсолютной температуры у основания мачты. Датчик давления, созданный Финским метеорологическим институтом, расположен в электронном ящике полезной нагрузки, который находится на поверхности палубы и содержит электронику сбора данных для полезной нагрузки MET. Датчики давления и температуры начали работу на 0-м соле (26 мая 2008 г.) и работали непрерывно, производя отбор проб каждые 2 секунды. [ необходима цитата ]
Telltale — это совместный канадско-датский прибор (справа), который обеспечивает грубую оценку скорости и направления ветра. Скорость основана на величине отклонения от вертикали, которая наблюдается, в то время как направление ветра определяется тем, в какую сторону происходит это отклонение. Зеркало, расположенное под Telltale, и калибровочный «крест» выше (наблюдаемый через зеркало) используются для повышения точности измерения. Любая камера, SSI или RAC, могла бы выполнить это измерение, хотя обычно использовалась первая. Периодические наблюдения как днем, так и ночью помогают понять суточную изменчивость ветра в месте посадки Phoenix . [ необходима цитата ]
Скорость ветра колебалась от 11 до 58 км/ч (от 6,8 до 36,0 миль/ч). Обычная средняя скорость составляла 36 км/ч (22 мили/ч). [62]
Вертикально-наводящийся лидар был способен обнаруживать несколько типов обратного рассеяния (например, рассеяние Рэлея и рассеяние Ми ), при этом задержка между генерацией лазерного импульса и возвращением света, рассеянного атмосферными частицами, определяла высоту, на которой происходит рассеяние. Дополнительная информация была получена из обратно рассеянного света на разных длинах волн (цветах), а система Phoenix передавала как 532 нм, так и 1064 нм. Такая зависимость длины волны может позволить различать лед и пыль и служить индикатором эффективного размера частиц. [ необходима цитата ]
Лазер лидара Phoenix представлял собой пассивный лазер Nd:YAG с модуляцией добротности и двойной длиной волны 1064 нм и 532 нм. Он работал на частоте 100 Гц с длительностью импульса 10 нс. Рассеянный свет принимался двумя детекторами (зеленым и ИК), а зеленый сигнал собирался как в аналоговом режиме, так и в режиме подсчета фотонов. [63] [64]
Лидар был запущен в первый раз в полдень 3-го сола (29 мая 2008 г.), записав первый внеземной атмосферный профиль поверхности. Этот первый профиль показал хорошо перемешанную пыль в первых нескольких километрах атмосферы Марса , где планетарный пограничный слой наблюдался по заметному уменьшению сигнала рассеяния. Контурный график (справа) показывает количество пыли как функцию времени и высоты, причем более теплые цвета (красный, оранжевый) указывают на большее количество пыли, а более холодные цвета (синий, зеленый) указывают на меньшее количество пыли. Существует также инструментальный эффект разогрева лазера, вызывающий увеличение появления пыли со временем. На графике можно наблюдать слой на высоте 3,5 км (2,2 мили), который может быть дополнительной пылью или — менее вероятно, учитывая время сола, когда это было получено — низковысотным ледяным облаком. [ необходима цитата ]
Изображение слева показывает лазер лидара, работающий на поверхности Марса, как это наблюдал SSI, смотрящий прямо вверх; лазерный луч — это почти вертикальная линия чуть правее центра. Пыль над головой можно увидеть как движущейся на заднем плане, так и проходящей через лазерный луч в виде ярких искр. [65] Тот факт, что луч кажется обрывающимся, является результатом чрезвычайно малого угла, под которым SSI наблюдает за лазером — он видит дальше вверх по пути луча, чем есть пыль, чтобы отразить свет обратно к нему. [ требуется ссылка ]
Лазерное устройство обнаружило падение снега из облаков; до миссии о таком не было известно. [66] Также было установлено, что в этом районе образовались перистые облака. [67]
Phoenix был запущен 4 августа 2007 года в 5:26:34 утра по восточному поясному времени (09:26:34 UTC ) на ракете-носителе Delta II 7925 с площадки 17-A военно-воздушной базы на мысе Канаверал . Запуск был штатным, без существенных аномалий. Посадочный модуль Phoenix был выведен на траекторию такой точности, что его первый импульс коррекции траектории, выполненный 10 августа 2007 года в 7:30 утра по восточному поясному времени (11:30 UTC), составил всего 18 м/с. Запуск состоялся во время стартового окна, простиравшегося с 3 августа 2007 года по 24 августа 2007 года. Из-за небольшого стартового окна перенесенный запуск миссии Dawn ( первоначально запланированный на 7 июля) пришлось запустить после Phoenix в сентябре. Ракета Delta II была выбрана из-за ее успешной истории запусков, которая включает запуски марсоходов Spirit и Opportunity в 2003 году, а также Mars Pathfinder в 1996 году. [68]
Серебристое облако было создано выхлопными газами ракеты Delta II 7925, использовавшейся для запуска Phoenix . [69] Цвета в облаке образовались из-за призматического эффекта ледяных частиц, присутствующих в выхлопном следе.
Лаборатория реактивного движения внесла коррективы в орбиты двух своих активных спутников вокруг Марса, Mars Reconnaissance Orbiter и Mars Odyssey, а Европейское космическое агентство аналогичным образом скорректировало орбиту своего космического корабля Mars Express , чтобы 25 мая 2008 года он оказался в нужном месте, чтобы наблюдать за Phoenix , когда он вошел в атмосферу и затем приземлился на поверхность. Эта информация помогает конструкторам улучшать будущие посадочные модули. [70] Проектируемая область посадки представляла собой эллипс 100 на 20 км (62 на 12 миль), покрывающий местность, которая была неофициально названа « Зеленой долиной » [71] и содержит самую большую концентрацию водяного льда за пределами полюсов.
Phoenix вошел в атмосферу Марса на скорости около 21 000 км/ч (13 000 миль/ч) и в течение 7 минут снизил скорость до 8 км/ч (5,0 миль/ч) перед тем, как коснуться поверхности. Подтверждение входа в атмосферу было получено в 4:46 вечера PDT (23:46 UTC ). Радиосигналы, полученные в 4:53:44 вечера PDT [72], подтвердили, что Phoenix пережил свой сложный спуск и приземлился на 15 минут раньше, тем самым завершив полет на расстояние 680 миллионов км (422 миллиона миль) от Земли. [73]
По неизвестным причинам парашют был раскрыт примерно на 7 секунд позже, чем ожидалось, что привело к месту посадки примерно в 25–28 км (16–17 миль) к востоку, недалеко от края предсказанного 99% посадочного эллипса . Камера High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) аппарата Mars Reconnaissance Orbiter сфотографировала Phoenix, подвешенный на парашюте во время спуска через марсианскую атмосферу. Это был первый случай, когда один космический аппарат сфотографировал другой в процессе посадки на планету [74] [75] (Луна не была планетой, а была спутником ). Та же камера также сфотографировала Phoenix на поверхности с достаточным разрешением, чтобы различить посадочный модуль и две его солнечные батареи. Наземные диспетчеры использовали данные доплеровского слежения с Odyssey и Mars Reconnaissance Orbiter , чтобы определить точное местоположение посадочного модуля: 68°13′08″N 234°15′03″E / 68.218830°N 234.250778°E / 68.218830; 234.250778 . [76] [77]
Phoenix приземлился в Зелёной долине Vastitas Borealis 25 мая 2008 года [78] в конце весны в северном полушарии Марса ( L s =76,73), где Солнце светило на его солнечные панели весь марсианский день. [79] К марсианскому летнему солнцестоянию в северном полушарии (25 июня 2008 года) Солнце находилось на максимальной высоте 47,0 градусов. Phoenix пережил свой первый закат в начале сентября 2008 года [79]
Посадка была произведена на ровную поверхность, наклон посадочного модуля составил всего 0,3 градуса. Непосредственно перед посадкой аппарат использовал свои двигатели, чтобы сориентировать солнечные панели вдоль оси восток-запад, чтобы максимизировать выработку электроэнергии. Посадочный модуль подождал 15 минут, прежде чем открыть солнечные панели, чтобы пыль осела. Первые изображения с посадочного модуля стали доступны около 7:00 вечера по тихоокеанскому времени (2008-05-26 02:00 UTC). [80] На изображениях показана поверхность, усыпанная галькой и изрезанная небольшими впадинами в многоугольники около 5 м (16 футов) в поперечнике и 10 см (3,9 дюйма) в высоту, с ожидаемым отсутствием крупных камней и холмов.
Как и космический корабль Viking 1970-х годов , Phoenix использовал тормозные ракеты для своего окончательного спуска. [81] Эксперименты, проведенные Нилтоном Ренно, соисследователем миссии из Мичиганского университета, и его студентами, исследовали, сколько пыли будет поднято с поверхности при посадке. [82] Исследователи из Университета Тафтса под руководством соисследователя Сэма Кунавеса провели дополнительные углубленные эксперименты, чтобы определить степень загрязнения аммиаком от гидразинового топлива и его возможное влияние на химические эксперименты. В 2007 году в докладе Американскому астрономическому обществу профессора Вашингтонского государственного университета Дирка Шульце-Макуха было высказано предположение, что на Марсе могут существовать формы жизни на основе пероксида , которые посадочные модули Viking не смогли обнаружить из-за неожиданной химии. [83] Гипотеза была предложена задолго до того, как в Phoenix могли быть внесены какие-либо изменения. Один из исследователей миссии Phoenix , астробиолог НАСА Крис Маккей , заявил, что отчет «вызвал у него интерес» и что будут искать способы проверить гипотезу с помощью инструментов Phoenix .
Первое движение роботизированной руки было задержано на один день, когда 27 мая 2008 года команды с Земли не были переданы на посадочный модуль Phoenix на Марсе. Команды поступили на Mars Reconnaissance Orbiter НАСА, как и планировалось, но радиосистема Electra UHF орбитального аппарата для передачи команд на Phoenix временно отключилась. Без новых команд посадочный модуль вместо этого выполнил ряд резервных действий. 27 мая Mars Reconnaissance Orbiter передал изображения и другую информацию об этих действиях обратно на Землю.
Роботизированная рука была важнейшей частью миссии Phoenix Mars. 28 мая ученые, возглавлявшие миссию, отправили команды на то, чтобы разложить роботизированную руку и сделать больше снимков места посадки. Снимки показали, что космический корабль приземлился там, где у него был доступ к выкапыванию полигона поперек желоба и выкапыванию его центра. [84]
Роботизированная рука посадочного модуля впервые коснулась почвы на Марсе 31 мая 2008 года (6-й сол). Она зачерпнула землю и начала отбор проб марсианской почвы для льда после нескольких дней тестирования своих систем. [85]
Полигональные трещины в зоне посадки ранее наблюдались с орбиты и похожи на узоры, наблюдаемые в районах вечной мерзлоты в полярных и высокогорных регионах Земли . [86] Камера роботизированной руки Phoenix сделала снимок под посадочным модулем на 5-й сол, на котором видны участки гладкой яркой поверхности, обнажившиеся, когда выхлопные газы двигателей сдували лежащую выше рыхлую почву. [87] Позже было показано, что это был водяной лед. [88] [89]
19 июня 2008 года (24-й сол) НАСА объявило, что куски яркого материала размером с игральную кость в траншее «Додо-Златовласка», вырытой роботизированной рукой, испарились в течение четырех дней, что явно намекает на то, что они состояли из водяного льда, который сублимировал после воздействия. Хотя сухой лед также сублимируется, в существующих условиях он будет делать это гораздо быстрее, чем наблюдалось. [90] [91] [92]
31 июля 2008 года (65-й сол) НАСА объявило, что Phoenix подтвердил наличие водяного льда на Марсе, как и было предсказано в 2002 году орбитальным аппаратом Mars Odyssey . Во время начального цикла нагрева нового образца масс-спектрометр TEGA обнаружил водяной пар, когда температура образца достигла 0 °C. [93] Жидкая вода не может существовать на поверхности Марса с его нынешним низким атмосферным давлением, за исключением самых низких высот в течение коротких периодов. [94] [95]
С Phoenix в хорошем рабочем состоянии, NASA объявило о операционном финансировании до 30 сентября 2008 года (125 сол). Научная группа работала над тем, чтобы определить, растает ли водяной лед достаточно, чтобы стать доступным для жизненных процессов, и присутствуют ли углеродсодержащие химикаты и другое сырье для жизни.
Кроме того, в 2008 и начале 2009 года в NASA разгорелся спор по поводу наличия «капель», появившихся на фотографиях посадочных стоек аппарата, которые по-разному описывались как капли воды или «сгустки инея». [96] Из-за отсутствия консенсуса в рамках научного проекта Phoenix этот вопрос не поднимался ни на одной пресс-конференции NASA. [96]
Один ученый считал, что двигатели посадочного модуля выплеснули карман рассола из-под марсианской поверхности на посадочную стойку во время посадки транспортного средства. Затем соли впитали бы водяной пар из воздуха, что объяснило бы, как они, казалось, увеличивались в размерах в течение первых 44 солов (марсианских дней), прежде чем медленно испариться по мере падения температуры Марса. [96]
![Глыбы яркого материала в расширенной впадине «Додо-Златовласка» исчезли в течение четырех дней, что говорит о том, что они состояли из льда, который сублимировал после воздействия.[90]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1d/Ice_sublimating_in_the_Dodo-Goldilocks_trench.gif/1280px-Ice_sublimating_in_the_Dodo-Goldilocks_trench.gif)
24 июня 2008 года (29-й сол) ученые НАСА запустили серию научных испытаний. Роботизированная рука зачерпнула больше почвы и доставила ее в 3 различных бортовых анализатора: печь, которая выпекала ее и проверяла выделяемые газы, микроскопический сканер и лабораторию влажной химии (WCL). [97] Роботизированная рука-ковш посадочного модуля была расположена над воронкой доставки Лаборатории влажной химии на 29-й сол (29-й марсианский день после посадки, т. е. 24 июня 2008 года). Почва была перенесена в прибор на 30-й сол (25 июня 2008 года), и Phoenix провел первые тесты влажной химии. 31-го сола (26 июня 2008 года) Phoenix вернул результаты теста влажной химии с информацией о солях в почве и ее кислотности. Лаборатория влажной химии (WCL) [98] была частью набора инструментов, называемого Анализатором микроскопии, электрохимии и проводимости (MECA). [99]
360-градусная панорама, собранная из снимков, сделанных в 1 и 3 солы после посадки. Верхняя часть была вертикально растянута в 8 раз, чтобы выделить детали. Видны около горизонта при полном разрешении: задняя часть и парашют (яркое пятнышко над правым краем левой солнечной батареи , на расстоянии около 300 м (980 футов)), а также тепловой экран и его отражатель (две темные полосы, идущие встык над центром левой солнечной батареи, на расстоянии около 150 м (490 футов)); на горизонте, слева от метеостанции, находится кратер.
Работающий на солнечной энергии посадочный модуль проработал на два месяца дольше своей основной миссии в три месяца. Посадочный модуль был рассчитан на 90 дней и работал на бонусном времени с момента успешного завершения своей основной миссии в августе 2008 года. [8] [101] 28 октября 2008 года (152-й сол) посадочный модуль перешел в безопасный режим из-за ограничений по мощности, связанных с недостаточным количеством солнечного света, достигающего посадочного модуля, [102] как и ожидалось в это время года. Затем было решено отключить четыре нагревателя, которые поддерживают оборудование в тепле, и после вывода посадочного модуля из безопасного режима были отправлены команды на отключение двух нагревателей, а не только одного, как изначально планировалось для первого шага. Задействованные нагреватели обеспечивают теплом роботизированную руку, прибор TEGA и пиротехнический блок на посадочном модуле, которые не использовались с момента посадки, поэтому эти три прибора также были отключены.
10 ноября Центр управления полетами Phoenix сообщил о потере связи с посадочным модулем Phoenix ; последний сигнал был получен 2 ноября. [103] Крушение корабля произошло в результате пылевой бури, которая еще больше снизила выработку электроэнергии. [104] Хотя работа космического корабля была завершена, анализ данных с приборов находился на самых ранних стадиях.
Хотя он не был рассчитан на то, чтобы пережить холодную марсианскую зиму, безопасный режим космического корабля оставлял возможность восстановить связь, если посадочный модуль сможет перезарядить свои батареи во время следующей марсианской весны. [105] Однако место его посадки находится в районе, который обычно является частью северной полярной ледяной шапки во время марсианской зимы, и посадочный модуль был виден с орбиты покрытым сухим льдом . [106] Предполагается, что на пике слой льда CO 2 в непосредственной близости от посадочного модуля составит около 30 граммов/см 2 , что достаточно, чтобы сделать плотную плиту сухого льда толщиной не менее 19 см (7,5 дюйма). [107] Считалось маловероятным, что космический корабль сможет выдержать эти условия, поскольку его хрупкие солнечные панели, вероятно, сломаются под таким весом. [107] [108]
Ученые пытались связаться с Phoenix , начиная с 18 января 2010 года (сол -835), но безуспешно. Дальнейшие попытки в феврале и апреле также не увенчались успехом, так как не смогли поймать сигнал с посадочного модуля. [105] [106] [109] [110] Менеджер проекта Барри Голдштейн объявил 24 мая 2010 года, что проект официально закрыт. Снимки с Mars Reconnaissance Orbiter показали, что его солнечные панели, по-видимому, были непоправимо повреждены весом скопления сухого льда, из-за чего они отломились от корабля и упали на землю во время марсианской зимы. [111] [112]
В отличие от некоторых других мест на Марсе, которые посетили спускаемые аппараты ( Viking и Pathfinder ), почти все камни около Феникса небольшие. Насколько может видеть камера, земля плоская, но сформирована в виде многоугольников диаметром от 2 до 3 м (6,6–9,8 футов) и ограничена впадинами глубиной от 20 до 50 см (7,9–19,7 дюйма). Эти формы обусловлены расширением и сжатием льда в почве из-за значительных перепадов температуры. Микроскоп показал, что почва на вершине многоугольников состоит из плоских частиц (вероятно, разновидности глины) и округлых частиц. Кроме того, в отличие от других мест, посещенных на Марсе, на этом участке нет ряби или дюн. [88] Лед присутствует на несколько дюймов ниже поверхности в середине многоугольников, а по его краям лед имеет глубину не менее 20 см (8 дюймов). Когда лед подвергается воздействию марсианской атмосферы, он медленно сублимирует . [113] Было замечено несколько пылевых вихрей .
Было замечено, что из перистых облаков выпадает снег. Облака образовались при температуре в атмосфере около −65 °C (−85 °F), поэтому облака должны были состоять из водяного льда, а не из льда из диоксида углерода (сухого льда), потому что при низком давлении марсианской атмосферы температура образования льда из диоксида углерода намного ниже — менее −120 °C (−184 °F). Сейчас считается, что водяной лед (снег) мог накопиться в этом месте позже в течение года. [114] Это представляет собой важную веху в понимании марсианской погоды. Скорость ветра составляла от 11 до 58 км/ч (от 6,8 до 36,0 миль/ч). Обычная средняя скорость составляла 36 км/ч (22 мили/ч). Эти скорости кажутся высокими, но атмосфера Марса очень тонкая — менее 1% от земной — и поэтому не оказывала большого давления на космический корабль. Самая высокая температура, измеренная во время миссии, составила -19,6 °C (-3,3 °F), а самая низкая - -97,7 °C (-143,9 °F). [62]
Интерпретация данных, переданных с корабля, была опубликована в журнале Science . Согласно рецензируемым данным, наличие водяного льда было подтверждено, и что в недавнем прошлом на этом месте был более влажный и теплый климат. Обнаружение карбоната кальция в марсианской почве заставляет ученых думать, что в геологическом прошлом на этом месте было влажно или сыро. Во время сезонных или более продолжительных суточных циклов вода могла присутствовать в виде тонких пленок. Наклон или наклон Марса изменяются гораздо сильнее, чем на Земле; следовательно, вероятны периоды более высокой влажности. [115]
Результаты химического анализа показали, что поверхностная почва умеренно щелочная , с pH 7,7 ± 0,5. [53] [116] Общий уровень солености умеренный. Анализ TEGA первого образца почвы показал наличие связанной воды и CO 2 , которые были выделены во время последнего (самая высокая температура, 1000 °C) цикла нагрева. [117]
Элементы, обнаруженные и измеренные в образцах, включают хлорид, бикарбонат , магний , натрий , калий , кальций и сульфат . [ 116] Дальнейший анализ данных показал, что почва содержит растворимый сульфат (SO42- ) в количестве не менее 1,1%, и предоставил уточненную формулу почвы. [116]
Анализ WCL Phoenix также показал, что Ca(ClO 4 ) 2 в почве не взаимодействовал с жидкой водой в какой-либо форме, возможно, на протяжении 600 миллионов лет. Если бы это произошло, то высокорастворимый Ca(ClO 4 ) 2 при контакте с жидкой водой образовал бы только CaSO 4 . Это говорит о крайне засушливой среде с минимальным или отсутствующим взаимодействием с жидкой водой. [118] Уровень pH и солености считался благоприятным с точки зрения биологии.
1 августа 2008 года Aviation Week сообщила, что « Белый дом был уведомлен NASA о планах вскоре сделать объявление о крупных новых открытиях спускаемого аппарата Phoenix , касающихся «потенциала жизни» на Марсе, сообщили ученые Aviation Week & Space Technology » . [119] Это привело к приглушенным спекуляциям в СМИ о том, были ли обнаружены какие-либо доказательства прошлой или настоящей жизни. [120] [121] [122] Чтобы пресечь спекуляции, NASA опубликовало предварительные выводы, в которых говорится, что почва Марса содержит перхлорат ( ClO
4) и, таким образом, может быть не столь благоприятен для жизни, как считалось ранее. [123] [124] Присутствие почти 0,5% перхлоратов в почве стало неожиданным открытием с широкими последствиями. [98]
Лабораторные исследования, опубликованные в июле 2017 года, продемонстрировали, что при облучении имитированным марсианским УФ-потоком перхлораты становятся бактерицидными. [125] Два других соединения марсианской поверхности, оксиды железа и перекись водорода , действуют в синергии с облученными перхлоратами, вызывая 10,8-кратное увеличение гибели клеток по сравнению с клетками, подвергшимися воздействию УФ-излучения после 60 секунд воздействия. [125] Также было обнаружено, что истертые силикаты (кварц и базальт) приводят к образованию токсичных активных форм кислорода . [126] Результаты оставляют вопрос о наличии органических соединений открытым, поскольку нагревание образцов, содержащих перхлорат, разрушило бы любую присутствующую органику. [127] Однако в холодных недрах Марса, которые обеспечивают существенную защиту от УФ-излучения, галотолерантные организмы могут выживать при повышенных концентрациях перхлората с помощью физиологических адаптаций, подобных тем, которые наблюдаются у дрожжей Debaryomyces hansenii, подвергавшихся в лабораторных экспериментах воздействию повышенных концентраций NaClO 4. [128]
Перхлорат (ClO 4 ) является сильным окислителем , поэтому он может быть использован в качестве ракетного топлива и источника кислорода для будущих миссий. [129] Кроме того, при смешивании с водой перхлорат может значительно понизить температуру замерзания воды, подобно тому, как соль применяется на дорогах для таяния льда. Таким образом, перхлорат может позволить небольшому количеству жидкой воды образоваться на поверхности Марса сегодня. Овраги , которые распространены в некоторых районах Марса, могли образоваться из-за того, что перхлорат растапливал лед и заставлял воду размывать почву на крутых склонах. [130] Перхлораты также были обнаружены на месте посадки марсохода Curiosity , ближе к экваториальной части Марса, и в марсианском метеорите EETA79001, [131] что предполагает «глобальное распределение этих солей». [132] В замерзшей подповерхности, вероятно, сохранились только очень тугоплавкие и/или хорошо защищенные органические соединения . [131] Таким образом, прибор MOMA , который планируется запустить на марсоходе ExoMars 2022 года , будет использовать метод, на который не влияет присутствие перхлоратов, для обнаружения и измерения подповерхностной органики. [133]
На палубе посадочного модуля (рядом с флагом США) прикреплен специальный DVD, составленный Планетарным обществом . Диск содержит Visions of Mars, мультимедийную коллекцию литературы и искусства о Красной планете. Среди работ — текст романа Герберта Уэллса 1897 года « Война миров » (и радиопередача Орсона Уэллса 1938 года ) , книга Персиваля Лоуэлла 1908 года «Марс как обитель жизни» с картой его предполагаемых каналов , роман Рэя Брэдбери 1950 года «Марсианские хроники» и роман Кима Стэнли Робинсона 1993 года « Зеленый Марс» . Также есть послания, адресованные непосредственно будущим марсианским посетителям или поселенцам, среди прочих, от Карла Сагана и Артура Кларка . В 2006 году Планетарное общество собрало четверть миллиона имен, присланных через Интернет, и поместило их на диск, который, как утверждается на обложке, является «первой библиотекой на Марсе». [134] Этот DVD изготовлен из специального кварцевого стекла, разработанного для того, чтобы выдерживать марсианскую среду, и может пролежать сотни (если не тысячи) лет на поверхности, ожидая извлечения будущими исследователями. Это похоже по концепции на Voyager Golden Record , который был отправлен в миссиях Voyager 1 и Voyager 2 .
Текст чуть ниже центра диска гласит:
Этот архив, предоставленный миссии NASA Phoenix Планетарным обществом, содержит литературу и искусство (Visions of Mars), приветствия от провидцев Марса наших дней и имена землян 21-го века, которые хотели отправить свои имена на Марс. Этот DVD-ROM предназначен для чтения на персональных компьютерах в 2007 году. Информация хранится в спиральной канавке на диске. Лазерный луч может сканировать канавку при металлизации или можно использовать микроскоп. Очень маленькие выпуклости и отверстия представляют нули и единицы цифровой информации. Канавка имеет ширину около 0,74 микрометра. Для получения дополнительной информации см. стандартный документ ECMA-268 (80-мм DVD-диск только для чтения). [135]
Предполагалось, что предыдущая версия на CD будет отправлена с российским космическим аппаратом «Марс-94» , который должен был приземлиться на Марсе осенью 1995 года. [136]
![Вид снизу посадочного модуля в сторону южной опорной площадки, на котором видны отдельные участки яркой поверхности, возможно, льда.[88]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9b/PIA10741_Possible_Ice_Below_Phoenix.jpg/1280px-PIA10741_Possible_Ice_Below_Phoenix.jpg)
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
Кликабельное изображение: Нажатие на метки откроет новую статью.
