Введение

Видимый инфракрасный спектрометр (англ. Visible infrared spectrometer) - видимый инфракрасный спектрометр на борту орбитального аппарата Марса, который был предназначен для поиска минералогических признаков прошлых и нынешних вод на Марсе. Команда CRISM состояла из ученых из более чем десяти университетов и была возглавлена главным исследователем Скотом Мурчи. CRISM был разработан, построен и протестирован в лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса.

Цели

CRISM использовался для определения мест на Марсе, где могла быть вода, растворитель, который считается важным в поиске жизни на Марсе в прошлом или настоящем. Для этого CRISM составлял карту присутствия минералов и химических веществ, которые могут указывать на прошлые взаимодействия с водой низкой температуры или гидротермальной. Эти материалы включают железо и оксиды, которые могут быть химически изменены водой, а также филосиликаты и карбонаты, которые образуются в присутствии воды. Все эти материалы имеют характерные узоры в их видимых инфракрасных отражениях и были легко замечены CRISM. Кроме того, КРИСМ следил за частицами льда и пыли в марсианской атмосфере, чтобы узнать больше о ее климате и сезонах.

Обзор инструмента

CRISM измерял видимое и инфракрасное электромагнитное излучение от 362 до 3920 нанометров с шагом 6,55 нанометра. У прибора было два режима, многоспектральный нецелевой режим и гиперспектральный целевой режим. В режиме нецелевого наблюдения CRISM проводит разведку Марса, записывая примерно 50 из 544 измеряемых длин волн с разрешением от 100 до 200 метров на пиксель. В этом режиме CRISM отобразил половину Марса в течение нескольких месяцев после аэробрема и большую часть планеты через год. Целью этого режима является выявление новых научных интересных мест, которые могут быть дополнительно исследованы.

Конструкция прибора

Сбор данных в CRISM назывался оптическим датчиком (OSU) и состоял из двух спектрографов, один из которых обнаруживал видимый свет от 400 до 830 нм, а другой - инфракрасный свет от 830 до 4050 нм. Инфракрасный детектор был охлажден до 173° Цельсия (280° Фаренгейта) радиаторной пластиной и тремя криогенными охладителями. В режиме целевого ориентирования прибор использует гимбал, чтобы продолжать направлять в одну область, даже если космический аппарат MRO движется. Дополнительное время сбора данных по целевой области увеличивает соотношение сигнал/шум, а также пространственное и спектральное разрешение изображения. Эта способность сканирования также позволила прибору выполнять функции фазы эмиссии, просматривая одну и ту же поверхность через изменяющееся количество атмосферы, которое будет использоваться для определения свойств атмосферы. Подразделение обработки данных (DPU) CRISM выполняет обработку данных полета, включая сжатие данных перед передачей.

Состав коры

Понимание состава коры Марса и того, как она меняется со временем, говорит нам о многих аспектах эволюции Марса как планеты, и было главной целью CRISM. Удаленные и наземные измерения до CRISM, а также анализ марсианских метеоритов, все предполагают, что марсианская кора состоит в основном из базальтовых магматических пород, состоящих в основном из фельдспара и пироксена. Изображения, полученные с помощью камеры Mars Orbiter на MGS, показали, что в некоторых местах верхние несколько километров коры состоят из сотен тонких вулканических потоков лавы. TES и THEMIS обнаружили в основном базальтовые магматические породы с рассеянными оливиновыми и даже кварцевыми породами. Первое признание широко распространенных осадочных пород на Марсе произошло с помощью камеры Mars Orbiter, которая обнаружила, что в нескольких районах планеты, включая Valles Marineris и Terra Arabia, горизонтально слоистые, легкие тонированные породы. Последующие наблюдения минералогии этих пород, проведенные OMEGA, показали, что некоторые из них богаты сульфатными минералами, а другие слоистые породы вокруг Март-Валлис богаты филосиликатами. Оба класса минералов являются отпечатками осадочных пород. CRISM использовал улучшенное пространственное разрешение для поиска других отложений осадочных пород на поверхности Марса и слоев осадочных пород, погребенных между слоями вулканических пород в коры Марса.

Современный климат

Чтобы понять древний климат Марса и то, создавала ли он среду, пригодной для жизни, сначала нужно понять климат Марса сегодня. Каждая миссия на Марс давала новые результаты в понимании его климата. Марс имеет сезонные изменения в обилии водяного пара, водяных ледяных облаков и тумана, а также атмосферной пыли. В южном лете, когда Марс ближе всего к Солнцу (в перигелии), солнечное нагревание может вызвать массивные пыльные бури. Региональные пылевые бури, масштабы которых достигают 1000 километров, демонстрируют удивительную повторяемость с марсианского года на марсианский год. Раз в десять лет они превращаются в глобальные события. В отличие от этого, в северные летние месяцы, когда Марс находится дальше всего от Солнца (в афелии), в атмосфере очень мало пыли и есть экваториальный водяной ледяной облачный пояс. Количество атмосферных водяных паров варьируется в зависимости от сезона, причем наибольшее количество попадает в лето каждого полушария после того, как сезонные полярные шапки сублимируют в атмосферу. Зимой на поверхности Марса образуются как вода, так и углекислый газ, а также лед. Эти льды образуют сезонные и остаточные полярные шапки. В сезонных шапках, которые образуются каждую осень и сублимируют каждую весну, преобладают лед из углекислого газа. Остатки, которые сохраняются год за годом, состоят в основном из водяного льда на северном полюсе и водяного льда с тонким слоем (несколько десятков метров толщиной) из углекислого газа на южном полюсе. Атмосфера Марса настолько тонка и мелкая, что солнечное нагревание пыли и льда в атмосфере, а не нагревание атмосферных газов, более важно в погоде. Небольшие частицы пыли и аэрозоли водяного льда перехватывают 20-30% входящего солнечного света, даже в относительно чистых условиях. Поэтому изменения количества этих аэрозолей оказывают огромное влияние на климат. CRISM провел три основных вида измерений пыли и льда в атмосфере: целенаправленные наблюдения, повторяющиеся наблюдения поверхности которых дают чувствительную оценку количества аэрозолей; специальные глобальные сетки целенаправленных наблюдений каждые пару месяцев, специально разработанные для отслеживания пространственных и сезонных изменений; и сканирование по всей поверхности планеты, чтобы показать, как пыль и лед изменяются с высотой над поверхностью. Южная полярная сезонная шапка имеет странное разнообразие ярких и темных полос и пятен, которые появляются весной, когда углекислый газ сублимирует лед. До MRO существовали различные идеи для процессов, которые могли бы сформировать эти странные особенности, ведущей моделью являются гейзеры углекислого газа. КРИСМ наблюдал, как темные пятна растут в течение южной весны, и обнаружил, что яркие полосы, образующиеся рядом с темными пятнами, сделаны из свежего, нового углекислого газа, указывающего как стрелки к источникам тех же источников, что и темные пятна. Яркие полосы, вероятно, образуются при расширении, охлаждении и замерзании углекислого газа, образуя "курящий пистолет", чтобы поддержать гипотезу о гейзере.