Het begrijpen van het huidige Martiaanse klimaat geeft ons inzicht in het klimaat in het verleden, dat op zijn beurt een op wetenschap gebaseerde context biedt voor het beantwoorden van vragen over de mogelijkheid van leven op het oude Mars.
Ons begrip van het klimaat van Mars vandaag is netjes verpakt als klimaatmodellen, die op hun beurt krachtige consistentiecontroles - en inspiratiebronnen - bieden voor de klimaatmodellen die de antropogene opwarming van de aarde hier op aarde beschrijven.
Maar hoe kunnen we erachter komen wat het klimaat op Mars vandaag is? Een nieuwe, gecoördineerde observatiecampagne om ozon in de atmosfeer van Mars te meten, geeft ons, het geïnteresseerde publiek, een eigen venster op hoe nauwgezet - maar toch opwindend - het wetenschappelijke gegrom kan zijn.
[/onderschrift]
De atmosfeer van Mars heeft een sleutelrol gespeeld bij het vormgeven van de geschiedenis en het oppervlak van de planeet. Waarnemingen van de belangrijkste atmosferische componenten zijn essentieel voor de ontwikkeling van nauwkeurige modellen van het Mars-klimaat. Deze zijn op hun beurt nodig om beter te begrijpen of de klimaatomstandigheden in het verleden mogelijk vloeibaar water hebben ondersteund, en om het ontwerp van toekomstige oppervlakteactiva op Mars te optimaliseren.
Ozon is een belangrijke tracer van fotochemische processen in de atmosfeer van Mars. De overvloed, die kan worden afgeleid van de karakteristieke absorptiespectroscopie-eigenschappen van het molecuul in spectra van de atmosfeer, is nauw verbonden met die van andere bestanddelen en het is een belangrijke indicator van de atmosferische chemie. Om voorspellingen door huidige modellen van fotochemische processen en algemene atmosferische circulatiepatronen te testen, zijn observaties van ruimtelijke en temporele ozonvariaties vereist.
De Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars (SPICAM) -instrument op Mars Express meet sinds 2003 ozonovermaat in de atmosfeer van Mars en bouwt geleidelijk een globaal beeld op terwijl het ruimtevaartuig om de planeet draait.
Deze metingen kunnen worden aangevuld met grondobservaties die op verschillende tijdstippen zijn genomen en die verschillende locaties op Mars onderzoeken, waardoor de ruimtelijke en temporele dekking van de SPICAM-metingen wordt uitgebreid. Om de waarnemingen op de grond kwantitatief te koppelen aan die van Mars Express, worden gecoördineerde campagnes opgezet om gelijktijdige metingen te verkrijgen.
Infrarood heterodyne spectroscopie, zoals die geleverd door het Heterodyne Instrument for Planetary Wind and Composition (HIPWAC), biedt de enige directe toegang tot ozon op Mars met op de grond gebaseerde telescopen; het zeer hoge spectrale oplossend vermogen (meer dan 1 miljoen) maakt het mogelijk dat Martiaanse ozonspectrale kenmerken worden opgelost wanneer ze door Doppler worden verwijderd van ozonlijnen van terrestrische oorsprong.
Sinds 2006 loopt er een gecoördineerde campagne om ozon in de atmosfeer van Mars te meten met behulp van SPICAM en HIPWAC. Het meest recente element van deze campagne was een reeks waarnemingen op de grond met behulp van HIPWAC op de NASA Infrared Telescope Facility (IRTF) op Mauna Kea in Hawai'i. Deze zijn tussen 8 en 11 december 2009 verkregen door een team van astronomen onder leiding van Kelly Fast van het Planetary Systems Laboratory van het Goddard Space Flight Center (GSFC) van de NASA in de Verenigde Staten.
Over de afbeelding:
HIPWAC-spectrum van de atmosfeer van Mars op een locatie op Mars op 40 ° noorderbreedte; verworven op 11 december 2009 tijdens een observatiecampagne met de IRTF 3 m-telescoop in Hawai'i. Dit onbewerkte spectrum vertoont kenmerken van ozon en kooldioxide van Mars, evenals ozon in de atmosfeer van de aarde waardoor de waarneming werd gedaan. Verwerkingstechnieken zullen de terrestrische bijdrage uit het spectrum modelleren en verwijderen en de hoeveelheid ozon op deze noordelijke positie op Mars bepalen.
De waarnemingen waren vooraf gecoördineerd met het wetenschappelijke operatieteam van Mars Express, om overlapping te verzekeren met ozonmetingen die in dezelfde periode met SPICAM werden gedaan.
Het belangrijkste doel van de campagne van december 2009 was om te bevestigen dat waarnemingen met SPICAM (die de brede ozonabsorptiespectra meten, gecentreerd rond 250 nm) en HIPWAC (die ozonabsorptiekenmerken detecteren en meten bij 9,7 μm) dezelfde totale ozon terugwinnen overvloed, ondanks dat het wordt uitgevoerd op twee verschillende delen van het elektromagnetische spectrum en verschillende gevoeligheden heeft voor het ozonprofiel. Een vergelijkbare campagne in 2008 had de consistentie van de ozonmeetresultaten die met SPICAM en het HIPWAC-instrument werden verkregen, grotendeels gevalideerd.
De weersomstandigheden en het zien waren erg goed op de IRTF-site tijdens de campagne van december 2009, waardoor spectra van goede kwaliteit konden worden verkregen met het HIPWAC-instrument.
Kelly en haar collega's verzamelden ozonmetingen voor een aantal locaties op Mars, zowel op het noordelijk als zuidelijk halfrond van de planeet. Tijdens deze vierdaagse campagne waren de SPICAM-waarnemingen beperkt tot het noordelijk halfrond. Verschillende HIPWAC-metingen waren gelijktijdig met waarnemingen door SPICAM waardoor een directe vergelijking mogelijk was. Andere HIPWAC-metingen werden dichtbij de SPICAM-orbitale passages gedaan die buiten de telescoopobservaties op de grond plaatsvonden en zullen ook ter vergelijking worden gebruikt.
Het team heeft ook metingen uitgevoerd van de ozonovervloed in de regio Syrtis Major, wat zal helpen om fotochemische modellen in deze regio te beperken.
De analyse van de gegevens van deze recente campagne is aan de gang, met een nieuwe follow-upcampagne van gecoördineerde HIPWAC- en SPICAM-waarnemingen die al gepland staat voor maart van dit jaar.
Door de compatibiliteit van de gegevens van deze twee instrumenten op een stevige basis te plaatsen, wordt de combinatie ondersteund van op de grond gebaseerde infraroodmetingen met de SPICAM-ultraviolette metingen bij het testen van de fotochemische modellen van de atmosfeer van Mars. De uitgebreide dekking die wordt verkregen door deze datasets te combineren, helpt om voorspellingen door atmosferische modellen nauwkeuriger te testen.
Het zal de SPICAM-waarnemingen ook kwantitatief koppelen aan metingen op langere termijn die zijn gedaan met het HIPWAC-instrument en zijn voorganger IRHS (de infrarood heterodyne spectrometer) die teruggaan tot 1988. Dit zal de studie van het langetermijngedrag van ozon en de daarmee verbonden chemie ondersteunen. in de atmosfeer van Mars op een tijdschaal die langer is dan de huidige missies naar Mars.
Bronnen: ESA, een paper dat is gepubliceerd in het nummer van Icarus van 15 september 2009
