środa, 7 listopada 2018

McGoris #95 - Mars "Czerwona Planeta" - część 3/4 - Łazik Curiosity - laboratorium na kółkach.

Najnowocześniejszy łazik, który wciąż odkrywa kolejne tajemnice Marsa. Jak został wysłany na Marsa? Z jakich modułów jest zbudowany i do czego służy każdy z nich?




Zanim pierwszy człowiek wyląduje na Marsie, musimy się jeszcze sporo dowiedzieć o tej planecie. Jaki jest klimat na Marsie i jego zmiany? Jakie temperatury tam są? Jak wygląda pogoda na planecie? Czy możemy zastać wodę na powierzchni czy dopiero w gruncie. Jak wpływa promieniowanie na planetę (Mars nie posiada globalnego pola magnetycznego i jest narażone na promieniowanie UV jak i promieniowanie kosmiczne). Musimy ocenić możliwości występowania potencjalnych warunków do życia w przeszłości, obecnie i w przyszłości.

Na te pytania ma pomóc odpowiedzieć wysłany tam Łazik Curiosity.



1. Misja Mars Science Laboratory. Początek oraz cel podróży.

Taką nazwę nosiła misja, która miała za zadanie wysłać łazik Curiosity na Marsa. Wystartowała ona 26 listopada 2011 roku, kiedy wystartowała rakieta Atlas V z sondą na pokładzie. Rakieta wystartowała z poligonu rakietowego na Florydzie w USA, z CCAFS(Cape Canaveral Air Force Station).

Rakieta z rodziny Atlas V (start z sondą Mars Reconnaisance Orbiter)

Miejscem lądowania łazika Curiosity miał być krater Gale. Jest to bardzo duży krater, o średnicy aż 154 km. Był to wyjątkowy krater, ze względu na to, że zdjęcia wysokiej rozdzielczości, zrobione przez Sondę Mars Reconnaisance Orbiter wykazały ogrom rowów i ujść, którymi dawno temu mogła płynąć woda, a w miejscu krateru prawdopodobnie było jezioro.

W środku krateru Gale znajduje się góra Aeolis Mons wznosząca się ponad brzeg krateru. Warstwowa struktura tej góry o wysokości ok. 5 500 m wskazuje, że może zawierać ślady zachowujące geologiczną historię Marsa.


Krater Gale - zdjęcie z sondy Mars Odyssey z 2001 roku. Widać wyraźne koryta rzeczne po prawej stronie zdjęcia i przy brzegach krateru.

Rakieta Atlas V (Curiosity był w rakiecie o wariancie 541) była dwu-stopniową rakietą. W drugim stopniu, na szczycie rakiety znajdowała się kapsuła wraz z łazikiem schowanym w osobnej kapsule zakrytej pokrywą termiczną.

Kapsuła miała wejść pod dużym kątem w atmosferę Marsa, gdzie po lekkim wyhamowaniu miał się otworzyć ogromny spadochron. Po wytrąceniu dużej prędkości, łazik miał być odłączony od kapsuły na linach i opuszczony na specjalnych rakietowych dźwigach.

Lądowanie na Marsie jest ogólnie dość trudne. Jak wspomniałem w pierwszym poście, atmosfera Marsa jest 100 razy rzadsza niż ziemska, przez co dany obiekt jest trudniej wyhamować.


Na oficjalnym kanale JPL na youtube.com można znaleźć świetną wizualizację jak wyglądał transport łazika na Marsa oraz jego lądowanie:



2. Budowa Curiosity (szczegółowy opis urządzeń)

źródło: NASA/JPL

Łazik Curiosity jest mimo pozorów bardzo duży - jest wielkości miejskiego samochodu (ok. 2,8 metra szerokości, 3 metry długości i ok. 2 metry wysokości.
Łazik Curiosity. Źródło: NASA.

Zawieszenie Rocker-Bogie. 

Na początek może powiem o jego zawieszeniu i napędzie. Pojazd osadzony jest na 6 kołach o średnicy 50cm, które każde z nich jest napędzane osobnym silnikiem, przez co mogą one pracować niezależnie od siebie.
Koła przednie i tylne mają specjalne siłowniki sterowania, które umożliwiają skręcanie łazika lub obrót w miejscu.
Ciekawostką są dziwne otwory w tych kołach (widoczne są na zdjęciu powyżej). Jest to zrobione, by łazik zostawiał ślady, które pokazują zapisane alfabetem morsa skrót od nazwy centrum badawczego NASA -> JPL (czyli Jet Propultion Laboratory).


Prędkość maksymalna łazika wynosi ok. 5 centymetrów na sekundę, co daje ok. 0,14 km/h.


Kamera MARDI (MARs Descent Imager)

Kamera MARDI - źródło: NASA JPL
Wspomniane wcześniej urządzenie, które osadzone jest w podłodze łazika. Nagrywał on moment osadzania łazika na powierzchnię Marsa. Jednak nie do tego tylko służyła.
Służy ona do fotografowania marsjańskiego gruntu. Pozyskuje ona kolorowe obrazy o rozdzielczości 1600x1200 pikseli oraz posiada pole widzenia 90 stopni.

Pierwsze zdjęcie z kamery MARDI - odłączenie spodniej pokrywy kapsuły, w której znajdował się łazik.

Obrotowa, pionowa głowica.

Jest to chyba najbardziej charakterystyczny element łazika. Wysoki maszt z trzema kamerami na górze, jego szczyt wygląda wg mnie jak twarz. Jak taki kujonek :D


źródło: NASA
źródło: NASA


Kamery masztowe - Mastcam-34 i Mastcam-100

"Oczy" tego łazika to dwie główne kamery - Mastcam-34 (z większym okiem) oraz Mastcam-100(z mniejszym okiem). Mastcam-34 to aparat o ogniskowej 34mm i służy do robienia szerokokątnych i panoramicznych zdjęć, a Mastcam-100 posiada obiektyw 100mm i służy do robienia zdjęć z lekkim "zoomem" z dalszej odległości.

Obok tych dwóch kamer są jeszcze po dwie kamerki nawigacyjne (Navcams). Służą one do sterowania łazikiem i orientacji w terenie.



ChemCam

Bardzo ciekawy i ważny element łazika Curiosity. Jest na samej górze masztu. To jest ten wielki okrąg nad kamerami M-34 i M-100. W sercu tego urządzenia znajduje się specjalne, laserowe wiertło o dużej mocy. Laser jest skierowany w niewielki obszar na skale, który jest wypalany. Skała w miejscu, gdzie wycelowany jest laser wyparowuje. Odparowana materia jest potem analizowana przez umieszczone w łaziku 3 spektrometry, które pracują w trzech zakresach promieniowania: od pasma podczerwieni, światła widzialnego oraz ultrafioletu. Za pomocą pojedynczych linii emisyjnych oraz absorpcyjnych są w stanie zbadać skład chemiczny danej skały.

Urządzenie ChemCam - źródło: NASA/JPL
Pierwszy raz urządzenie zostało użyte 22 września 2012 roku. Skałę o nazwie N 165, wielkości piłki do nogi badano od 46 do 48 dnia misji.



REMS - Rover Environmental Monitoring Station - stacja monitorująca pogodę

Na wspomnianym maszcie znajdują się też urządzenia do badania pogody na Marsie - taka mała stacja meteorologiczna. Codziennie badana jest:

- temperatura powietrza oraz gruntu,
- wilgotność powietrza,
- ciśnienie atmosferyczne,
- prędkość i kierunek wiatru,
- natężenie promieniowania UV.

Rejestrując i gromadząc codzienne informacje o pogodzie na Marsie można ustalić jak zmieniają się warunki pogodowe, jak wygląda cyrkulacja powietrza, co wpływa na te zmiany itp.

Stacja REMS na głównym maszcie łazika. Śmiesznie trochę wygląda :D. źródło: NASA/JPL
 
źródło: NASA/JPL

  

Anteny do komunikacji z sondami lub Ziemią.


Łazik posiada 3 anteny:

-Antenę UHF - dzięki niej porozumiewa się z sondami, znajdującymi się na orbicie Marsa - m.in. z sondą Mars Reconnaisance Orbiter lub z sondą Mars Express. Dzięki temu można przesłać na Ziemię większe pakiety danych.

-Antena o dużym zysku energetycznym - służy do bezpośredniego nawiązania kontaktu z Ziemią. Potrafi ona sama się obrócić i wycelować w stronę Ziemi, bez potrzeby obracania całym łazikiem.


-Antena o małym zysku energetycznym - służy tylko do odbierania sygnału z Ziemi.



Zasilanie Łazika Curiosity


Zasilanie łazika jest bardzo nietypowe. Jest on zasilany poprzez rozpad specjalnego izotopu plutonu - w specjalnym radio-izotopowym termo-elektrycznym generatorze. Pluton podczas promieniowania generuje ciepło, które później jest zamieniane na energię mechaniczną.


Łazik dzięki temu jest uniezależniony od Światła Słonecznego i może pracować nawet w nocy.
W łaziku są umieszczone dodatkowe 2 akumulatory litowo-jonowe, które są stopniowo ładowane.

Izotop plutonu 238 w Łaziku Curiosity. Źródło: NASA
Są one używane tylko wtedy, gdy łazik jest przeciążony i wymaga więcej poboru prądu niż normalnie bądź w czasie awarii zasilania.




Ruchome ramię łazika Curiosity.

Najbardziej charakterystycznym elementem, zaraz bo głównym maszcie jest wysuwane, specjalne ramię łazika. Jest to taki wielofunkcyjny "scyzoryk szwajcarski" łazika Curiosity.

źródło: NASA

Głównym elementem tego ramienia jest wiertło (PADS - Powder Acquisition Drill System). Dzięki niemu dokonuje ono odwiertów w marsjańskim gruncie, dzięki czemu może pobrać próbki do badań. Wiertło może się wwiercić na głębokość do 5 centymetrów.
Podczas odwiertów również kruszy odłamki skalne do takich rozmiarów, by potem móc zassać je do urządzenia i poddać je badaniom.


Głowica ramienia i wiertło. Źródło: NASA
Głowica ta ma nawet możliwość samodzielnej wymiany wiertła!






DRT - Dust Removal Tool - urządzenie do ścierania pyłu. 

Łazik posiada również specjalne urządzenie do ścierania marsjańskiego pyłu (głównie tlenku żelaza) z powierzchni skalnej. Urządzenie składa się ze dwóch specjalnych szczotek ze stalowego włosia.


Powierzchnia wyczyszczona przez DRT. źródło: NASA
Dust Removal Tool - źródło: NASA
MAHLI (Mars Hand Lens Imager) 

Jedna z kamer kolorowych - "Marsjańska Ręczna Kamera". Jest to ręczna kamera wyposażona w obiektyw makro, przeznaczona do robienia dużych zbliżeń skał i gruntu marsjańskiego, ale można także robić nią zdjęcia krajobrazu.


Dzięki tej kamerze Łazik Curiosity może sobie także robić "selfie". Poprzednie zdjęcia wiertła i szczotki zrobione zostały właśnie dzięki tej kamerze.


Siema! źródło: NASA
Selfie zrobione z odległości.
Pewnie większość zada sobie pytanie - dlaczego na zdjęciu nie widać głowicy na której jest kamera? Dlaczego nie ma tutaj ramienia?


Jest to zrobione specjalnie poprzez zrobienie zdjęć dookoła łazika, a następnie złączenie ich w taki sposób, by ramię nie było widoczne. Na zdjęciu widać fragment ramienia, które oprogramowanie nie wymazało:



A na lewo od niego cień ramienia łazika.




APXS (Alpha Particle X-ray Spectrometer)  

Kolejne urządzenie znajdujące się na głowicy ramienia. Dzięki temu urządzeniu wykrywa się w marsjańskich skałach śladów, które wskazywałyby istnienie wody w przeszłości.






CheMin (Chemistry and Mineralogy) 

Bardzo skomplikowane urządzenie do badania próbek gruntu umieszczone w korpusie łazika. Najpierw próbka pozyskana z np. wiertła jest przesypana do specjalnego pojemnika, gdzie potem jest przekierowana do urządzenia CheMin.

CheMin bada próbki, by potwierdzić istnienie wody w przeszłości orz służy do wykrywania związków organicznych (opartych na węglu).


Do ich wykrywania służy tzw. dyfrakcja rentgenowska - przez próbkę jest przepuszczana wiązka promieniowania rentgenowskiego i mierzy kąty pod jakimi one padają przechodząc przez próbkę. Dzięki zmierzeniu kątów, naukowcy mogą określić bardzo dokładnie skład chemiczny próbki.




CheMin składa się z 3 głównych elementów:


- Spektrometr masowy - Szuka on pierwiastków, które pozwoliłyby na istnienie życia roślinnego takich jak np. siarka (S), fosfor (P), tlen (O), azot (N) czy związków węgla.

- Spektrometr laserowy - bada on stężenie metanu (CH4), dwutlenku węgla (CO2) oraz pary wodnej.

- Chromatograf gazowy - bada on resztę gazów, które zostaną odseparowane wcześniej z ich mieszaniny. Dzięki temu dowiemy się, czy życia na Marsie musimy szukać na powiezchni, w gruncie marsjańskim czy głęboko pod nią.

Część urządzenia CheMin. źródło: NASA
RAD (Radiation Assessment Detector)

Czujnik promieniowania. Dzięki niemu badane jest promieniowanie jakie dociera na powierzchnię planety.



3. Ważne odkrycie dokonane przez Curiosity.

Dzięki temu łazikowi wiemy na pewno, że Mars był kiedyś planetą z klimatem umożliwiającym występowanie wody w stanie ciekłym. Wiemy chociażby, że w kraterze Gale, który bada łazik Curiosity było niegdyś jezioro.

Pewnie każdy pamięta szum w mediach w czerwcu tego roku, gdy to NASA powołała konferencję prasową? Opowiem co NASA wtedy odkryła na marsie?

Otóż były to dwa ważne odkrycia.



Złożone związki organiczne:

Jednym z nich było odkrycie w skałach osadowych bardziej zaawansowanych związków organicznych, takich jak: tiofen, benzen, toluen i krótkie łańcuchy węglowe jak propan i butan.
Cząsteczka, którą odkrył spektrometr w Curiosity mogła być znacznie bardziej złożona i skomplikowana, jednak Curiosity nie posiada aż tak dokładnych urządzeń. By dokonywać tak zaawansowanych badań, musimy poczekać do 2020 roku jak wyląduje łazik misji Mars 2020, o której poniżej.

Od razu zaznaczę - występowanie związków organicznych - czyli opartych na węglu - nie świadczy w 100%, że pochodzą/pochodziły od żywych istot. Mogły także powstać w wyniku procesów geologicznych. Nazwa "organiczne" nie koniecznie odnosi się do życia".

Takie bardziej złożone struktury organiczne znamy np. z naszej planety Ziemi. Jedną z takich związków jest np. kerogen. Pochodzi on z form życia, zamieszkujących planetę tysiące czy miliony lat temu. Pod wpływem ogromnej temperatury i ciśnienia powstaje ropa naftowa. Żeby taka struktura istniała na Marsie czy nawet istniała tam ropa to jest bardzo duże prawdopodobieństwo, że na Marsie mogło dawniej istnieć życie i to dość złożone. Jednak nie jest to potwierdzone.

Regularne i duże skoki zawartości metanu w atmosferze:

Jak dla mnie najciekawsze odkrycie. Curiosity podczas kilku lat badań zaobserwował regularne wahanie zawartości metanu w atmosferze Marsa. Metan to związek, który wszyscy z nas emitujemy podczas czynności fizjologicznych, zwierzęta czy bakterie. My wytwarzamy metan, krowy wytwarzają metan (przez co nie raz dochodzi w stajniach do pożarów, gdy jest tam instalacja elektryczna (metan jest łatwopalny)).


Źródło: /www.sciencenews.org
Najbardziej efektywny, bo aż 3-krotny skok metanu odbywa się późnym marsjańskim latem i początkiem jesieni. Podczas marsjańskiego lata jest nieco cieplej niż np. zimą.
Aż trzykrotne skoki zawartości metanu jest naprawdę ciekawy, głównie z tego powodu, że one są regularne. Kto wie? Może być tak, że latem jakieś potencjalne mikroby mogą być bardziej aktywne latem jak jest nieco cieplej.

Ale uwaga. Tak samo jak ze związkami organicznymi niekoniecznie musi to mieć związek z istniejącym życiem na Marsie. Wzrost metanu może mieć również związek z procesami geologicznymi.


Ciekawe struktury na jednej ze skał

To już nieco starsze odkrycie, bo ze stycznia 2018r. Na zdjęciach wykonanych 2 stycznia 2018 r. przez MAHLI (Mars Hand Lens Imager) można zauważyć struktury skalne przypominające ziemskie skamieniałości śladowe.


Źródło: NASA
Bardzo przypominają skamieniałości znajdywane na naszej planecie. Na Ziemi skamieniałości te stanowią dowody istnienia organizmów żywych w dalekiej przeszłości naszej planety.
Na zdjęciu wydają się być duże, jednak zdjęcie zostało zrobione przez MAHLI, która ma obiektyw makro. Grubość tych struktur nie przekracza 2mm oraz maksymalnie do pół centymetra długości.
Takimi skamieniałościami mogą być tropy zwierząt, czy ślady ich żerowania.

Jednak nie jest to 100% wyjaśnienie. Łazik Curiosity nie jest w stanie zbadać dokładnie tak małych struktur. Możemy jedynie opierać się na zdjęciu makro.
Znacznie bardziej prawdopodobne jest zjawisko konkrecji, czyli proces narastania/osadzania się minerałów wokół jakiegoś obiektu w skale.


4. Ciekawe zdjęcia z Curiosity.

Meteoryt na Marsie.

Pełny rozmiar: LINK
Przejście Fobosa, na tle Deimosa.


Na oficjalnej stronie NASA możemy znaleźć ogromne archiwum zdjęć z łazika Curiosity, a także z innych misji. Oto link do galerii zdjęć z Curiosity: https://www.nasa.gov/mission_pages/msl/images/index.html

Na 2020 rok planowana jest misja ExoMars, w której skład wchodzą dwa łaziki. Dzięki nim będzie można robić odwierty na głębokość nie centymetrów, a już metrów. Ale o nich opowiem w następnej i ostatniej części o Marsie :)



Jeśli wam się podobało, to udostępniajcie, komentujcie, zadawajcie swoje pytania. Teraz będę pisał czwartą, ostatnią część, gdzie opiszę przyszłe misje - bezzałogowe i załogowe, i czy możliwa jest terraformacja Marsa.

Pozdrawiam, McGoris.


ZOBACZ TEŻ:

Mars "Czerwona Planeta" - Część 1/4 - Porównanie Marsa z Ziemią
Mars "Czerwona Planeta" - Część 2/4 - Badania Marsa.
Relacje z obserwacji - Księżyc oraz Uran.


Brak komentarzy:

Prześlij komentarz