Niko Knuutinen, Tuomas Väätäinen, Joel Sihvonen, Eemeli Manninen

Transkriptio

1 [MIKKELIN LUKIO] Mars, Curiosity, SAM Latmos- tiedekoulu Pariisissa Niko Knuutinen, Tuomas Väätäinen, Joel Sihvonen, Eemeli Manninen

2 MARS Mars on neljäs planeetta Auringosta laskien Keskietäisyys Auringosta on noin km (1,52 a.u) Läpimitta on 6792km (noin puolet Maan vastaavasta) Keskitiheys on 3,93g /cm^3 Pinnan lämpötila vaihtelee C ja 20 C välillä, keskilämpötila on - 63 C Kiertoaika Auringon ympäri 686,98vrk Pyörähdysaika on 24h 37min 22,7s (lähellä Maan vastaavaa) Pyörimisakselin kaltevuus on 25,19 astetta (lähellä Maan vastaavaa) Putoamiskiihtyvyys on 3,69m/s^2 Marsilla on hyvin vähäinen magneettikenttä, koska Marsin sisällä ei ole liikkuvaa sulaa metallia. Tämä johtuu siitä, että Mars jäähtyi nopeasti, koska se on pienikokoinen planeetta. Kaksi kuuta, Phobos ja Deimos Aurinkokunnan korkein vuori, Olympus Mons (27km) MARSIN ILMAKEHÄ Marsin pakonopeus on n. 5km/s, joka pieni Maahan verrattuna. Tämä johtuu Marsin suhteellisen pienestä säteestä ja putoamiskiihtyvyydestä. Pienen pakonopeuden takia Marsin ilmakehän kaasut voivat myös karata avaruuteen lämpöliikkeen ansiosta. Marsissa ei myöskään ole sellaista magneettikenttää, joka suojaisi sitä aurinkotuulelta, joka myös puhaltaa kaasuja avaruuteen. Marsin ilmakehästä karkaa kaasuja avaruuteen jatkuvasti ja noin 5 kertaa nopeammin kuin Maan ilmakehästä.

3 Marsin ilmakehän koostumus: hiilidioksidi typpi argon happi hiilimonoksidi vesihöyry otsoni metaani 95,32 % 2,7 % 1,6 % 0,13 % 0,07 % 0,03 % 30 ppb 10,5 ppb ELÄMÄN MAHDOLLISUUS MARSISSA Mars on mahdollisesti ollut Maan kaltainen planeetta noin 4 miljardia vuotta sitten. Tämä on voinut olla Marsissa on havaittu kuitenkin olevan jäätä routana sekä suurempina jäätikköinä planeetan napa- alueilla.

4 MARSIA TUTKIMAAN LÄHETETYT LUOTAIMET Ensimmäinen yritys Marsnik 1 (NL 1960), lähtö epäonnistui Ensimmäinen onnistunut yritys Mariner 4, ohilentoluotain (USA, ) Yhteensä 42 lähetettyä luotainta, joista onnistuneita 18 Ensimmäinen marsiin laskeutunut luotain: Mars 2 ja 3 (1971 NL) (3 toimi vain joitain sekunteja) Luotaintyyppejä: ohilentoluotain, kiertolaisluotain, laskeutuja, kulkija Marsin pinnalla toimii tällä hetkellä kaksi luotainta, Opportunity ja Curiosity joista molemmat ovat kulkijoita CURIOSITY Kulkija Laukaisu Maasta Laskeutui Marsiin Paino: 900kg - Pituus: 3m Korkeus: 2,2m - Leveys: 2,7m Huippunopeus: 4cm/s Etsii vettä ja veden jättämiä jälkiä Toimii ydinakulla Sisältää antennin, jolla Curiosity voi lähettää informaatiota maahan Marsia kiertävien satelliittien kautta Mastcam ja ChemCam, joista Mastcam sisältää normaaleja kameroita ja ChemCam voimakkaan infrapunalaserin jolla se voi tutkia potentiaalisten tutkinta- alueiden koostumusta Curiosity sisältää myös muita kameroita (MAHLI, Navcam, Hazcam) sekä muun muassa säteilytunnistimen Curiosityllä on robottikäsi jossa on useita instrumentteja, esimerkiksi pora ja harja, joilla se voi ottaa näytteitä maa-, tai kallioperästä korkeitaan 5cm syvyydestä.

5 SAM eli Sample Analysis at Mars on Curiosity- mönkijän välineistössä mikroaaltouunin kokoinen näytteiden tutkintakeskus eli laboratorio. SAM:in tarkoituksena on tutkia maanpinnasta ja ilmakehästä otettavia näytteitä Gale:n kraatterissa. Gale Crater Curiosity SAM painaa noin 40 kiloa, siinä on 74 näytteenottokuppia, 52 mikroventtiiliä, paljon elektroniikkaa, laajan toimintasäteen pumppu ja yli 600 metriä johtoa. SAM:issa on myös kaksi uunia, jotka voivat lämmetä 1000 celsiusasteeseen saakka. Siinä on myös kolme mittauslaitetta: massaspektrometri, kaasukromatografia ja viritettävä laserspektrometri. Mittauksissa käytetään kolmea eri mittauslaitetta ja niistä SAM koostuu suurimmaksi osaksi. Mittauksia tehdään massaspektrometrillä(qms), kaasukromatografialla(gc) ja viritettävällä laserspektrometrillä(tls). SAM:in on rakentanut NASA yhdessä Ranskan kansallisen avaruusjärjestön ja Pariisin yliopistojen kanssa. NASA:n Goddard rakensi massaspektrometrin, ranskalaiset kaasukromatografian ja NASA:n Jet Propulsion Laboratory viritettävän laserspektrometrin.

6 SAM:in mittauslaitteet Quadrupole Massaspektrometri (QMS): QMS:n tehtävänä on analysoida Marsin ilmakehää ja kaasuja, jotka vapautuvat näytteiden lämmittämisessä. Massaspektrometria käytetään ionien ominaisvarauksien ja molekyylien massojen tutkimiseen. SAM:iin massaspektrometri on laitettu, että voitaisiin vertailla eri isotooppien ja molekyyliyhdisteiden massoja ja saamalla siten selville niiden rakenne. Massaspektrometrilla tullaan myös mittaamaan isotooppien runsautta Marsin ilmakehässä ja kaasujen lämpökehittymistä puhtaista faaseista. QMS on päähavainnoitsija GC:lle ja se pystyy operoimaan staattisessa ja dynaamisessa muodossa. Massan toimintasäde on Daltonia (molekyylimassan yksikkö). Massaspektrometri Kaasukromatografia(GC): GC:n tehtävänä on eristää yksittäiset kaasut vaikeista kaasuyhdisteistä molekyyli- komponenteiksi QMS:lle. GC:lla yritetään myös tunnistaa eri kaasuyhdisteitä ja mitata niiden pitoisuuksia ilmakehässä. Kaasukromatografia perustuu kaasumaisen yhdisteen jakautumiseen liikkuvan kaasufaasin ja paikallaan pysyvän faasin välillä. SAM:issa liikkuvana faasina käytetään heliumia. Kaasukromatografian osat

7 Viritettävä Laserspektrometri (TLS): TLS:n tehtävänä on suorittaa tarkkoja mittauksia hapen ja hiilen isotooppien suhdeluvuista hiilidioksidissa, vedessä ja metaanissa, jotta voidaan erottaa toisistaan niiden geokemiallinen ja biologinen alkuperä. TSL:ssa on yksikäsitteinen ja tarkka havainnointi vedestä, hiilidioksidista ja metaanista ja valikoiduista isotooppien suhdeluvuista. Laserspektrometrissa on kaksi kanavaa joista toinen on 3,27 mikrometrin aallonpituudella metaania varten ja toinen on 2,78 mikrometrin aallonpituudella hiilidioksidia ja vettä varten. Mittauslaitteiden paikat SAM:issa SAM:in osajärjestelmät SAM:issa on 3 osajärjestelmää. Ne tukevat yhdessä SAM:in kolmea mittauslaitetta. Ensimmäisessä osajärjestelmässä, laboratoriossa (CSPL), poltetaan, käsitellään ja erotellaan kemiallisin keinoin, jotta saadaan orgaaniset molekyylinäytteet rikastettua tai derivatisoitua. CSPL sisältää korkean johtokyvyn, monia mikroventtiilejä, lämmitettävän kaasukammion, painemonitorit, pumput ja monia muita laitteita. CSPL:n tehtävänä on ottaa Marsin ilmakehästä kaasuja ja erotella ne venttiilien ja pumppujen avulla eri näytekuppeihin, jotka voidaan sitten sijoittaa SAM:in uuneihin ja lämpökäsitellä vapautuneita, haihtuvia aineita. Toinen osajärjestelmä on pora (MSL) Curiosity- mönkijän kädessä, jonka avulla murskataan kiviä ja otetaan maaperä ja kivinäytteitä Marsin pinnalta.

8 Kolmas osajärjestelmä, näytteen manipulointijärjestelmä (SMS) on rakennettu, että saataisiin kuljetettua porattu näytejauhe MSL- porasta SAM:in täyttöaukkoon ja sieltä yhteen 74 näytekupista. SMS myös siirtää näytteet näytekupeista uuneihin, jossa näyte kuumennetaan yli 1000 celsiusasteiseksi, jotta saataisiin eroteltua kaasut näytteestä. Sitten SMS erottelee näytteen muusta aineesta ja tyhjentää uunin pumppaamalla näytteen ja muun aineen pois. SAM:in osajärjestelmien menettely Curiosityssä on mukana suomalaisen Ilmatieteen Laitoksen valmistamat REMS- H, eli kosteudenmittauslaite sekä REMS- P, eli paineenmittauslaite. Suomessa informaatiota käytetään tulevien projektien laitteiden kehitystyön ja Marsin ilmaston ymmärtämisen lisäksi omankin pallomme tutkimiseen.

9 SAM:in tavoitteet SAM:in tavoitteet voidaan jakaa kolmeen eri lohkoon. Näillä tavoitteilla yritetään saada selkoa Marsin menneeseen, nykyiseen ja tulevaan kehitykseen. Jos tavoitteet onnistuvat, voidaan Marsin evoluutiota tarkastella vielä tarkemmin ja saada myös selkoa Maan alun evoluution kehitykseen. 1) - Kartoittaa hiiliyhdisteiden alkuperiä ja arvioida niiden mahdollisia syntymismekanismeja ja tuhoutumismekanismeja - Etsiä tärkeitä elollisia ja esielollisia orgaanisia yhdisteitä, kuten metaania Näillä tavoitteilla yritetään saada tietoa Marsin hiiliyhdisteiden vähyyteen maanpinnan lähellä. Ja niillä yritetään miettiä sen potentiaalista asuinkelvollisuudesta 2) - Paljastaa ainesosien, kuten kemikaalien ja isotooppien olomuodot, (esim. typen, hapen, vedyn ja rikin) jotka ovat tärkeitä elämälle siinä muodossa miten sen tunnemme - Määrittää ilmakehän koostumusta, mukaan lukien kivilajien jäljittämistä, jotka ovat todisteita ilmakehän ja maan kanssakäymisestä Näillä tavoitteilla yritetään saada tietoa Marsin maaperän ja ilmakehän kevyiden ainesosien kemikaalit ja isotoopit kertovat sen potentiaalisesta asuinkelvollisuudesta 3) - Löytää paremmat ilmakehän ja ilmaston evoluutioiden rajoitusmallit jalojen kaasujen ja kevyt elementtisten isotooppien avulla. Tällä tavoitteella yritetään selvittää, että oliko Marsin asuinkelvollisuuden olosuhteet erilaiset nykypäivään verrattuna

10 Kuva: Kari Kääriäinen Vasemmalta oikealle: Michel Cabane (yksi SAM- instrumentin kehittelijöistä) Niko Knuutinen, Tuomas Väätäinen, Joel Sihvonen, Eemeli Manninen

11 Lähteet: scicorner.jpl.nasa.gov/instruments/sam/ monkijassa- ripaus- pohjolan- sisua- lue- mita- suomalaista- marsista- rullaa - Suomen Kuvalehti ( )