Ученые исследовали марсианскую атмосферу благодаря нестандартному эксперименту

Ученые использовали два зонда на орбите Марса, применив технику радиоокультации, то есть измерения сигналов от аппарата, когда он скрывается за планетой. Благодаря этому удалось больше узнать о ранее недоступных участках его атмосферы.

Марсианская атмосфера была исследована благодаря двум аппаратам
Марсианская атмосфера была исследована благодаря двум аппаратам. Источник: phys.org

Марсианская атмосфера и радиосигналы

Используя измененное оборудование, команда в составе исследователей Имперского колледжа Лондона измерила части марсианской атмосферы, которые ранее было невозможно исследовать. Сюда входят области, которые могут блокировать радиосигналы, если их не учесть должным образом. Это имеет решающее значение для будущих миссий по заселению Марса.

Результаты первых 83 измерений, проанализированных исследователями Имперского колледжа Лондона и коллегами из Европейского космического агентства со всей Европы, опубликованы сегодня в журнале Radio Science.

Для этого орбитальный зонд ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) объединился с другим космическим аппаратом ЕКА, вращающимся на орбите Красной планеты — Mars Express (MEX). Оба аппарата поддерживают радиосвязь, поэтому когда один из них проходит позади планеты, радиоволны проникают сквозь более глубокие слои марсианской атмосферы.

Изменения в рефракции атмосферы вызывают крошечные, но заметные сдвиги в радиочастотах, которые принимает космический аппарат. Анализируя эти сдвиги, ученые могут определить плотность нижних слоев атмосферы и плотность электронов в ионосфере — заряженном верхнем слое газовой оболочки. Этот метод называется взаимной радиоокультацией.

Совместная работа аппаратов

Ранее радиоокультация проводилась с помощью радиосвязи между орбитальным аппаратом на Марсе и крупными наземными станциями на Земле. Радиосигнал с орбитального аппарата отслеживался, когда космический аппарат «садился» (оказывался) за Марсом, то есть сигнал проходил сквозь слои атмосферы планеты.

Использование двух орбитальных аппаратов для проведения такого измерения уже является распространенным способом исследования атмосферы Земли: тысячи таких измерений происходят между глобальными навигационными спутниками, где данные, которые они предоставляют, используются для мониторинга атмосферы и прогнозирования погоды.

Однако до этого данный метод использовался NASA на Марсе только трижды: в 2007 году в качестве демонстрации аппаратного обеспечения. Новое использование двух космических аппаратов ESA знаменует собой первый случай регулярного применения этой методики на другой планете. Теперь, когда ее жизнеспособность доказана, ученые и инженеры, стоящие за этой работой, ищут пути расширения использования этой технологии в будущих миссиях на Марс.

Соавтор исследования, доктор Колин Уилсон, научный сотрудник проектов ExoMars Trace Gas Orbiter и Mars Express в агентстве, сказал: «ESA продемонстрировало жизнеспособность этого метода, который может стать трансформационным для науки о Марсе в будущем. Сейчас на орбите Марса находится семь космических аппаратов; с увеличением количества космических аппаратов, как это будет в ближайшие десятилетия, количество возможностей для радиоокультации стремительно растет. Поэтому этот метод будет все более важным инструментом для изучения Марса.»

Больше измерений, больше знаний

Радиозатемнение от космического аппарата к космическому аппарату позволяет проводить больше измерений и исследовать новые участки атмосферы.

Поскольку обычные радиозатемнения на Марсе предполагают радиосвязь с наземной станцией, место измерения фиксировано относительно медленного движения Земли. Это затрудняет регистрации глобальных изменений на планете, поскольку исследователи часто смотрят на одни и те же точки. Кроме того, из-за близости Земли к Солнцу этот метод позволяет делать выборки только во время заката и восхода солнца, что ограничивает наше представление о его атмосфере.

Кроме того, традиционная радиоокультация страдает от «сезонов затмения», когда измерения возможны только в течение нескольких месяцев ежегодно из-за орбиты космического аппарата. Например, в 2022 году Mars Express смог проводить радиозатемнение только в течение двух месяцев.

Взаимное радиозатемнение преодолевает эти проблемы, позволяя ученым впервые исследовать всю глубину ионосферы Марса в полдень и полночь.

По материалам phys.org