Mars, Mars Express, SPICAM

Transkriptio

1 [Mikkelin Lukio] Mars, Mars Express, SPICAM Juuso Haatainen, Rene Heinikainen, Valtteri Rönkkönen, Lotta Kirvesmies, Essi Tiusanen

2 1. Esittely 2. Mars 2.1. Yleistä 2.2. Marsin kaasukehä 3. Mars express 4. Spicam 4.1. Toimintatilat 4.2. Kanavat 4.3. Tutkimustuloksia 5. Briefly in English 6. Lähteet Sisältö

3 1. Esittely Saimme tämän projektin osallistuttuamme Latmos-tiedekouluun, joka järjestettiin Pariisissa. Oma tutkimusaiheemme oli Mars Express ja Spicam. Tutkimuksessamme käsittelemme näiden lisäksi Marsia sekä Marsin ilmakehää. Pariisissa tutustuimme laboratorioihin ja kuuntelimme tutkijoiden pitämiä luentoja. Luennot koskivat pääosin ryhmiemme tutkimusaiheita, mutta pääsimme kuuntelemaan myös muita tieteeseen liittyviä luentoja. Tutkimuksen pääasiallinen työ tehtiin jo ennen matkaa ja sen aikana, ja viimeistely matkan jälkeen. Tietoa saimme internetistä ja luennoilta. Myös matkanjohtajanamme toiminut Anni Määttänen avusti meitä tutkimuksen tekemisessä ja antoi tietoja.

4 2.Mars 2.1 Yleistä Mars on Auringosta lähtien neljäs, kuiva ja kivinen planeetta. Se on halkaisijaltaan noin puolet maan halkaisijasta, mutta vain kymmeksen maan massasta. Marsin punertava väri johtuu sen maa-aineksessa olevasta runsaasta rautaoksidista. Mars kiertää Aurinkoa *10 3 km etisyydellä, tässä kuluu aikaa 687 päivää, oman akselinsa ympäri Mars pyörähtää 24 tunnissa ja 37 minuutissa. Marsissa uskotaan joskus olleen nestemäistä vettä. Tätä uskomusta tukevat kuivuneet joenuomat Marsin pinnalla, mutta nämä on voinut synnyttää myös jokin muu nestemäinen aine kuten laava. Marsissa ei esiinny nestemäistä vettä keskilämpötilan ollessa 210,15K. Vaikka vesi sulaisikin, se höyrystyy saman tien Marsin matalan ilmanpaineen takia. 2.2 Marsin kaasukehä Marsin kaasukehä eroaa maan ilmakehästä koostumuksellaan, paksuudeltaan sekä lämpötiloiltaan. Marsin kaasukehä on maan ilmakehään nähden huomattavasti ohuempi johtuen Marsin pienemmästä painovoimasta. Tämän takia kaasukehästä myös karkaa suhteessa huomattavasti Maata enemmän kaasuja avaruuteen. Kaasujen karkaamista edistää myös magneettikentän puuttuminen mikä altistaa kaasukehän aurinkotuulille. Koostumukseltaan kaasukehä on suurimmaksi osaksi hiilidioksidia(95%), typpeä(3%), argonia(1,6%), happea(0,13%), vettä(0,03%) sekä mahdollisesti pieniä määriä metaania. Kaasukehässä on myös usein paljon pölyhiukkasia johtuen Marsin isoista pölymyrskyistä jotka usein peittävät suuria alueita, ja viilentävät pintalämpötiloja varjostavan vaikutuksensa takia. Pöly myös lämmittää kaasukehää, koska se absorboi eli imee auringon lämpösäteilyä, ja tämän seurauksena myös itse säteilee lämpösäteilyä. Kaasukehän paine vaihtelee Marsissa 30 Pa ja 1150 Pa välillä riippuen vuodenajasta ja korkeudesta. Keskimääräinen paine on n. 600 Pa eli 0,6 kpa joka on vain 0,6 % maan ilmakehän keskimääräisestä paineesta. Lämpötila vaihtelee Marsissa -130 C ja +25 C välillä. Matala lämpötila aiheuttaa varsinkin talvisin hiilidioksidin härmistymistä napalakkeihin, mikä laskee taas kaasukehän painetta. Pilviä Marsissa on ja koostumukseltaan ne ovat joko hiilidioksidi- tai vesijäätä. Ilman liikkeet Marsissa ovat maan kanssa samankaltaiset, ilma lämpiää päiväntasaajan seudulla ja liikkuu napaalueita kohti. Suurimpia vaikuttavia tekijöitä Marsin säähän on hiilidioksidin härmistyminen sekä pölymyrskyt, jotka syntyvät joko hiilidioksidin härmistymisen tai kovan tuulen seurauksena.

5 3. Mars express Mars express on Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ensimmäinen avaruuteen lähettämä luotain, joka rakennettiin Marsin tutkimista varten samankaltaisen Venäläisen Mars-96 hankkeen epäonnistuttua. Sen avulla on esimerkiksi saatu tarkkaa tietoa Marsin ilmakehän koostumuksesta, paineesta, lämpötilasta ja kiertoliikkeestä, menestyksekkäästi etsitty jäätä ja kuvattu Marsin pintaa. Mars Express koostui kahdesta osasta, Mars Expressistä, joka kiertää Marsia, ja Beagle 2:sta, joista jälkimmäisen oli tarkoitus laskeutua Marsin pinnalle, mutta valitettavasti se ei siinä onnistunut. ESA

6 4.SPICAM SPICAM (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars) on Marsin ilmakehän tutkimiseen kehitetty spektroskooppi. Se on avaruusluotain Mars Expressin instrumentti, jonka tehtävä on Marsin kaasukehän tutkiminen. Se painaa vain 4,5 kiloa (eikä edeltäjänsä verran 45 kiloa) ja sen tärkeimmät osat ovat kaksi eri aallonpituuksilla toimivaa spektrometria. Instrumentti on kehitetty ja rakennettu Venäjällä, mutta se on kasattu ja kalibroitu Ranskassa, ja osa sen osista on tehty Belgiassa. Se on paranneltu versio venäläiseen Mars 96-projektiin vuonna 1996 kuuluneesta laitteesta. SPICAMin valmistukseen on osallistunut kolme tutkimuslaboratoriota: Space Research Institute (IKI) Venäjällä, Service d Aeronomie du CNRS Ranskassa, ja Belgian Institute for Space Aeronomy Belgiassa. Ranskan avaruusjärjestö CNES (Centre National d'etudes Spatiales) tukee rahallisesti Mars Express -projektia SPICAMissa on erilliset kanavat UV- ja infrapunasäteilyn havaitsemiseen. SPICAM on spektroskooppi, joten sen spektrometrien kuvaamien spektrien avulla voidaan selvittää ilmakehän kemiallista koostumusta ja kerrosten rakennetta. SPICAMissa spektrin saa aikaan kristallihila, joka pystyy erottelemaan valon eri aallonpituudet. 4.1 Toimintatilat Tähti- ja Aurinko-okkultaaltiossa instrumentti osoittaa sivuavasti tähteen ja vastaanottaa suoraan siitä tulevan sähkömagneettisen säteilyn, jolloin saadaan tietoa kaasukehän koostumuksen vaihtelusta korkeuden muuttuessa. Limb-moodi vastaa edellisiä muuten, mutta siinä instrumentti ei osoita tähteen, vaan planeetan pinnan tangentin suuntaisesti. Nadir-moodissa instrumentti on kohdistettuna planeettaan ja mittaa sen pinnalta heijastuvaa säteilyä. Nadiria voikin pitää toimintatiloista tärkeimpänä, sen avulla on pystytty kartoittamaan Marsin kaasukehän alueellista koostumuksen vaihtelua.

7 4.2 Kanavat: UV-kanava (SUV) UV-kanavan avulla etsitään tietoa ionosfääristä ja ylemmästä kaasukehästä. Sillä mitataan hiilidioksidia, otsonia, lämpötilaa, pilviä ja aerosolia. UV-kanava toimii nm aallonpituuksilla. Infrapunakanava (SIR) Kanava käsittää linssiteleskoopin ja kollimaattorilinssin, jotka keräävät säteilyn ja ohjaavat sen AOTF:ään (Acousto-Optical Tuneable Filter). Infrapunakanavan toiminta perustuu kanavassa olevaan AOTF:ään, eli säädettävään valonsuodatin/(kristallihilaan), jolla pystytään saamaan valosta haluttuja aallonpituuksia. AOTF-spektrometri on tutkimuskäytössä uusi keksintö, eikä vastaavanlaista ole ennen käytetty.

8 4.3 Tutkimustuloksia Spicamin avulla on äskettäin havaittu uusi otsonikerros Marsissa. Myös vesihöyryä ja on löydetty. SPICAM on havainnut Marsin kaasukehässä yhteyden vesihöyrylle ja otsonille. Vesihöyry kaasukehän osissa on vähentänyt otsonin määrää. Tämä osoitti sen mitä tutkijat epäilivätkin, eli vesimolekyylit hajoavat ilmakehässä uv-säteilyn fotonien takia. Tämän seurauksen syntyy OH-radikaaleja jotka toimivat katalyytteinä(reaktion nopeuttajina) otsonin hajotessa. Reaktio otsonin hajoamisessa vastaa maan napa-alueilla, freonien takia tapahtuvaa reaktiota. Vesihöyryn aiheuttama otsonikato on maapallolla vähäistä, johtuen otsonikerroksen sijainnista stratosfäärissä. Stratosfäärin matala lämpötila estää vesihöyryn pääsemisen niin korkealle ilmakehässä. Tutkijat ovat kuitenkin huolissaan ilmastonlämpenemisen aiheuttamasta ilmakehän lämpenemisestä, joka saattaa mahdollista vesihöyryn pääsemisen stratosfääriin enemmissä määrin. Tämän seurauksena Marsin ilmiö voisi toistua maassa, eli stratosfääriin päässyt vesihöyry hajoaisi OH-radikaaleiksi, ja hajottaisi otsonia ohentaen otsonikerroksen paksuutta. Näin kerrokseen saattaa syntyä aukkoja.

9 5. Briefly in English We attended science school in Paris, Latmos. We also visited other laboratories which studied space and developed instruments for research of Mars and other planets of our solar system. Our groups task was to make a science project about SPICAM, Mars and Mars Express. In our project we studied the features of SPICAM and how they work. We also studied the main things about Mars and atmosphere of it. SPICAM is an instrument of Mars Express. It is designed for studying the atmosphere of Mars and how it works. SPICAM has offered more accurate information about the chemical composition of Martian atmosphere. It has detected a link between water vapour and ozone. Water and ozone are anticorrelated in the atmosphere of Mars.

10 6.Lähteet Mitenkas se englanninkielinen tiivistelma? Myos LATMOSin ja tiedekoulun esittely puuttui.