Vanuit de ruimte ziet Venus eruit als een grote, ondoorzichtige bal. Dankzij de extreem dichte atmosfeer, die voornamelijk bestaat uit kooldioxide en stikstof, is het onmogelijk om het oppervlak met conventionele methoden te bekijken. Als gevolg hiervan werd er tot de 20e eeuw weinig geleerd over het oppervlak dankzij de ontwikkeling van radar-, spectroscopische en ultraviolette onderzoekstechnieken.
Interessant genoeg ziet Venus er in de ultraviolette band uit als een gestreepte bal, met donkere en lichte gebieden die zich naast elkaar vermengen. Al tientallen jaren theoretiseren wetenschappers dat dit te wijten is aan de aanwezigheid van een soort materiaal in de wolkentoppen van Venus dat licht absorbeert in de ultraviolette golflengte. In de komende jaren is NASA van plan een CubeSat-missie naar Venus te sturen in de hoop dit blijvende mysterie op te lossen.
De missie, bekend als het CubeSat UV-experiment (CUVE), ontving onlangs financiering van het Planetary Science Deep Space SmallSat Studies (PSDS3) -programma, met het hoofdkantoor als NASA's Goddard Space Flight Center. Eenmaal ingezet, zal CUVE de samenstelling, chemie, dynamica en stralingstransfer van de atmosfeer van Venus bepalen met behulp van ultravioletgevoelige instrumenten en een nieuwe koolstofverzamelende lichtverzamelende spiegel.
De missie wordt geleid door Valeria Cottini, een onderzoeker van de Universiteit van Maryland die ook CUVE's Principle Investigator (PI) is. In maart van dit jaar selecteerde het PSDS3-programma van NASA het als een van de 10 andere onderzoeken die waren ontworpen om missieconcepten te ontwikkelen met behulp van kleine satellieten om Venus, de maan van de aarde, asteroïden, Mars en de buitenplaneten te onderzoeken.
Venus is bijzonder interessant voor wetenschappers, gezien de moeilijkheden om de dikke en gevaarlijke atmosfeer te verkennen. Ondanks de NASA en andere ruimteagentschappen blijft het een mysterie wat de absorptie van ultraviolette straling in de wolkentoppen van de planeet veroorzaakt. In het verleden hebben waarnemingen aangetoond dat de helft van de zonne-energie die de planeet ontvangt, in de ultraviolette band wordt geabsorbeerd door de bovenste laag van zijn atmosfeer - het niveau waar zwavelzuurwolken bestaan.
Andere golflengten worden verspreid of gereflecteerd in de ruimte, wat de planeet zijn geelachtige, karakterloze uiterlijk geeft. Er zijn veel theorieën ontwikkeld om de absorptie van UV-licht te verklaren, waaronder de mogelijkheid dat een absorber door convectieve processen dieper in de atmosfeer van Venus wordt getransporteerd. Zodra het de wolkentoppen bereikt, wordt dit materiaal verspreid door lokale winden, waardoor een gestreept absorptiepatroon ontstaat.
Aangenomen wordt dat de heldere gebieden overeenkomen met gebieden die de absorber niet bevatten, terwijl de donkere gebieden dat wel doen. Zoals Cottini in een recent NASA-persbericht aangaf, zou een CubeSat-missie ideaal zijn om deze mogelijkheden te onderzoeken:
“Aangezien de maximale absorptie van zonne-energie door Venus plaatsvindt in het ultraviolet, is het essentieel om de aard, concentratie en distributie van de onbekende absorber te bepalen. Dit is een zeer gerichte missie - perfect voor een CubeSat-applicatie. ”
Een dergelijke missie zou profiteren van recente verbeteringen in de miniaturisatie, waardoor kleinere satellieten in doosformaat konden worden gemaakt die dezelfde taken kunnen vervullen als grotere. Voor zijn missie zou CUVE vertrouwen op een geminiaturiseerde ultraviolette camera en een miniatuurspectrometer (die analyse van de atmosfeer in meerdere golflengten mogelijk maakt), evenals geminiaturiseerde navigatie-, elektronica- en vluchtsoftware.
Een ander belangrijk onderdeel van de CUVE-missie is de koolstofnanobuisspiegel, die deel uitmaakt van een miniatuurtelescoop die het team hoopt op te nemen. Deze spiegel, ontwikkeld door Peter Chen (een aannemer bij NASA Goddard), wordt gemaakt door een mengsel van epoxy- en koolstofnanobuisjes in een mal te gieten. Deze mal wordt vervolgens verwarmd om de epoxy uit te harden en uit te harden, en de spiegel is bedekt met een reflecterend materiaal van aluminium en siliciumdioxide.
Dit type spiegel is niet alleen licht en zeer stabiel, maar ook relatief eenvoudig te produceren. In tegenstelling tot conventionele lenzen is polijsten (een duur en tijdrovend proces) niet nodig om effectief te blijven. Zoals Cottini aangaf, zouden deze en andere ontwikkelingen in CubeSat-technologie goedkope missies kunnen vergemakkelijken die in staat zijn om mee te liften op bestaande missies in het hele zonnestelsel.
"CUVE is een gerichte missie, met een toegewijde wetenschappelijke lading en een compacte bus om vluchtmogelijkheden te maximaliseren, zoals een rit met een andere missie naar Venus of naar een ander doel," zei ze. "CUVE zou eerdere, huidige en toekomstige Venus-missies aanvullen en een groot wetenschappelijk rendement opleveren tegen lagere kosten."
Het team verwacht dat de sonde de komende jaren naar Venus zal worden gestuurd als onderdeel van de secundaire lading van een grotere missie. Zodra het Venus bereikt, zal het worden gelanceerd en een polaire baan rond de planeet aannemen. Ze schatten dat het CUVE anderhalf jaar zou kosten om zijn bestemming te bereiken, en de sonde zou gegevens verzamelen voor een periode van ongeveer zes maanden.
Als dit lukt, kan deze missie de weg vrijmaken voor andere goedkope, lichtgewicht satellieten die worden ingezet op andere zonne-lichamen als onderdeel van een grotere verkenningsmissie. Cottini en haar collega's zullen hun voorstel voor de CUVE-satelliet en -missie ook presenteren op het European Planetary Science Congress 2017, dat wordt gehouden van 17 tot en met 22 september in Riga, Letland.
