Орбитальная конфигурация Mars Express (красный) и орбитального аппарата для определения следов газа (синий) во время типичного взаимного радиозатмения, с черно-белой стрелкой, указывающей направление радиосвязи между двумя космическими аппаратами. Кредит: Radio Science (2024). DOI: 10.1029/2023RS007873
Используя перепрофилированное оборудование, группа, включающая исследователей из Имперского колледжа Лондона, измерила части марсианской атмосферы, которые ранее было невозможно исследовать. Сюда входят области, которые могут блокировать радиосигналы, если их не учитывать должным образом, что имеет решающее значение для будущих миссий по заселению Марса.
Результаты первых 83 измерений, проанализированные исследователями Империи и коллегами из Европейского космического агентства (ЕКА) по всей Европе, опубликованы сегодня в журнале Radio Science.
Для достижения этой цели ExoMars' Trace Gas Orbiter (TGO) объединился с другим космическим аппаратом ESA, вращающимся вокруг красной планеты: Mars Express (MEX). Оба аппарата поддерживают радиосвязь, так что когда один из них проходит позади планеты, радиоволны прорезают более глубокие слои марсианской атмосферы.
Изменения в рефракции атмосферы — то, как она преломляет радиоволны — вызывают крошечные, но обнаруживаемые сдвиги радиочастот, принимаемых космическим аппаратом. Анализируя этот сдвиг, ученые могут определить плотность нижней атмосферы и электронную плотность в ионосфере — заряженном верхнем слое атмосферы. Этот метод называется взаимным радиозатмением.
Ведущий автор исследования Джейкоб Паррот, аспирант кафедры физики в Имперском университете, сказал: «Системы на MEX и TGO изначально не были предназначены для этого — радиоантенны, которые мы использовали, были созданы для связи между орбитальными аппаратами и марсоходами на поверхности планеты. Нам пришлось перепрограммировать их во время полета, чтобы заняться этой новой наукой».
«Эта инновационная технология, вероятно, станет переломным моментом для будущих миссий, доказав, что взаимное радиозатмение между двумя орбитальными космическими аппаратами является экономичным способом извлечения большей научной ценности из существующего оборудования».
Командная работа мечты
Ранее радиозатмение проводилось с использованием радиосвязи с марсианского орбитального аппарата на крупные наземные станции на Земле. Радиосигнал с орбитального аппарата отслеживался, когда космический аппарат «заходил» (затмевался) за Марсом, то есть сигнал проходил через слои атмосферы планеты.
Использование двух орбитальных аппаратов для проведения подобных измерений уже является распространенным способом исследования атмосферы Земли: тысячи таких измерений проводятся между глобальными навигационными спутниками, а предоставляемые ими данные используются для мониторинга атмосферы и прогнозирования погоды.
Однако этот метод использовался на Марсе только трижды: NASA в 2007 году в качестве демонстрации оборудования. Новое использование двумя космическими аппаратами ESA знаменует собой первый случай, когда этот метод был регулярно применен к другой планете.
Теперь, когда жизнеспособность этой технологии доказана, ученые и инженеры, стоящие за этой работой, изучают, как расширить ее применение в будущих миссиях на Марс.
Соавтор исследования доктор Колин Уилсон, научный руководитель проектов ExoMars Trace Gas Orbiter и Mars Express в ЕКА, сказал: «ЕКА теперь продемонстрировало жизнеспособность этой технологии, которая может иметь преобразующее значение для науки о Марсе в будущем».
«В настоящее время на орбите Марса находятся семь космических аппаратов; по мере увеличения числа космических аппаратов, что будет происходить в ближайшие десятилетия, число возможностей для радиозатмения быстро увеличивается. Поэтому этот метод будет становиться все более важным инструментом для изучения Марса».
Больше измерений, больше информации
Затмение одного космического аппарата другим позволяет проводить больше измерений и исследовать новые области атмосферы.
Поскольку обычные радиозатменные измерения на Марсе включают радиосвязь с наземной станцией на Земле, место измерения фиксировано относительно медленного движения Земли. Это затрудняет фиксацию глобальных изменений на Марсе, поскольку исследователи часто смотрят на одни и те же места.
Кроме того, этот метод позволяет проводить съемку только вблизи заката и восхода солнца из-за близости Земли к Солнцу, что ограничивает наши возможности наблюдения за атмосферой Марса.
Более того, традиционная радиозатменная съемка страдает от «сезонов затмения», когда измерения возможны только в течение нескольких месяцев в году из-за орбиты космического корабля. Например, Mars Express сможет проводить радиозатмение только в течение двух месяцев в 2022 году.
Взаимное радиозатмение решает эти проблемы, впервые позволяя исследователям исследовать всю глубину ионосферы Марса около полудня и полуночи.
Информация от: Имперским колледжем Лондона
