Διαστημική εξερεύνηση του Φοίβου και του Δείμου

Από RemoteSensing Wiki

Περίληψη

Επανεξετάζεται προηγούμενη διερεύνηση των Φόβος και Δείμος από διαστημικό σκάφος. Οι πρώτες κοντινές εικόνες του Φόβος και Δείμος ελήφθησαν από το διαστημικό σκάφος Mariner 9 το 1971, ακολουθούμενη από πολλά δεδομένα εικόνας και από τα δύο διαστημόπλοια σε τροχιά Βίκινγκ στο τέλος της δεκαετίας του '70, η οποία αποτέλεσε τη βάση για την αρχική μορφή των Φόβος και Δείμος και την δημιουργία δυναμικών μοντέλων. Το διαστημικό σκάφος Mars Global Surveyor (1996-2006) και το Mars Reconnaissance Orbiter (από το 2005) πραγματοποίησαν γκρο πλαν παρατηρήσεις του Φόβος ενώ το Mars Express (από το 2003) βρίσκεται σε εξαιρετικά ελλειπτική τροχιά και είναι σήμερα το μόνο διαστημόπλοιο που πραγματοποιεί τακτικές εξερευνήσεις στο Φόβο και έχει επιστρέψει μεγάλο όγκο επιστημονικών δεδομένων για αυτόν τον δορυφόρο.

Εισαγωγή

Ήταν σχεδόν 90 χρόνια μετά την ανακάλυψη του Φόβος και Δείμος από το Asaph Hall το 1877 και το Ναυτικό Παρατηρητήριο των ΗΠΑ πριν το διαστημικό σκάφος σταλεί στον Άρη για να εξερευνήσει το κόκκινο πλανήτη και τους δορυφόρους του. Αυτή η τομή στην εξέλιξη εξηγεί τον όγκο των διαστημοπλοίων που έχουν αποσταλεί στον Άρη για την παρατήρηση των Φόβος και Δείμος και των δεδομένων που έχουν παραχθεί και εγγυάται ότι θα κρατήσει τους ερευνητές απασχολημένους για δεκαετίες προσπαθώντας να απαντήσουν στα πιο βασικά ερωτήματα της προέλευσης, της εξέλιξης και τις τρέχουσες καταστάσεις. Ο στόλος των διαστημικών σκαφών που έχουν παρατηρήσει τα δύο φεγγάρια (δορυφόρους) του Άρη περιλαμβάνουν: Αποστολές Flyby στον Άρη: α) NASA Mariners 4, 5 and 6, β)ESA Rosetta (still operating). Αποστολές σε τροχιά (orbiter) στον Άρη: α) NASA Mariner 9, β)Viking Orbiters 1 and 2, γ)Soviet Phobos 88, δ)NASA Mars Global Surveyor, ε)NASA Mars Odyssey Orbiter, στ)ESA Mars Express, ζ)NASA Mars Reconnaissance Orbiter ενώ οι αποστολές προσεδάφισης είναι: α)Viking Landers 1 and 2, β)Mars Pathfinder, γ)Mars Exploration Rover Spirit and Opportunity και δ)Mars Surface Laboratory Curiosity.

Διαστημικές αποστολές και εξοπλισμός

Μια σειρά από διαστημικά σκάφη, πάντα εξοπλισμένα με τεχνολογικά στοιχεία που βρίσκονται στην αιχμή της επιστημονικής έρευνας, έχουν ξεκινήσει σε αποστολές προς τον πλανήτη Άρη τόσο με σκοπό την διερεύνηση τουίδιου όσο και των δορυφόρων του. Στην συνέχεια παρουσιάζονται περιληπτικά τα διαστημόπλοια αυτά, ο εξοπλισμός τους, οι εφαρμογές και οι πληροφορίες που συλλέχθηκαν.

Αρχικά, τα διαστημόπλοια της NASA Mariners 4, το 1965, και 6 και 7, το 1969, ήταν από τις πρώτες αποστολές Flyby του πλανήτη Άρη. Οι στόχοι αυτών των αποστολών επικεντρώθηκαν στον Άρη χωρίς σκοπό να παρατηρήσουν τον Φόβο και Δείμος. Το κάθε ένα από τα διαστημόπλοια έφερε το στενής και ευρείας γωνίας κάμερα Mars, IR φασματόμετρο, δικάναλο IR Radiometer, υπεριώδες φασματόμετρο, θερμικό έλεγχο Flux Monitor και τα όργανα Celestial Mechanics/ Relativity Experiments (Πειράματα Σχετικότητας). Το 1971, το Mariner 9 ήταν το πρώτο διαστημόπλοιο σε τροχιά γύρω από έναν άλλο πλανήτη. Μετέφερε ένα υπέρυθρο ραδιόμετρο (IRR), ένα υπεριώδες φασματόμετρο (UVS), ένα υπέρυθρο φασματόμετρο (IRIS), ένα τηλεοπτικό σύστημα και μια Celestial Mechanics/S-Band Occultation Experiments. Οι στόχοι αυτών των πειραμάτων ήταν να αναλυθεί η επιφάνεια και η ατμόσφαιρα του Άρη. Ωστόσο υπήρξε επιστημονικό κέρδος όταν αυτές οι πράξεις απεικόνισαν τα φεγγάρια του Άρη κατά τη διάρκεια κοντινών πτήσεων flyby. Το Mariner 9 χαρτογράφησε το 85% της επιφάνειας του Άρη σε ανάλυση των 1-2 χιλιομέτρων (με 2% χαρτογραφημένα σε ανάλυση 100-300 m) και παράλληλα συγκέντρωσε άφθονες πληροφορίες για την επιφάνεια και την ατμόσφαιρα. Το Mariner 9 ήταν εξοπλισμένο με μια ευρυγώνια κάμερα με οπτικό πεδίο 11 ° x 14 ° για συστηματική χαρτογράφηση και μια φωτογραφική μηχανή γωνίας με οπτικό πεδίο 1.1 ° × 1.4 ° για την προβολή των τοπικών χαρακτηριστικών του Άρη. Στην συνέχεια, το σχέδιο Viking έθεσε δύο διαστημόπλοια σε τροχιά γύρω από τον Άρη (orbiters) και προσεδάφισε άλλα δύο (landers) στην επιφάνεια του το 1976. Και οι δύο δορυφόροι φέρανε συστήματα απεικόνισης με κανάλια θερμικού υπέρυθρου(IRTM), ανιχνευτές ατμοσφαιρική νερό (MAWD) και τα πειραματικό επιστημονικό Ραδιόφωνο, όλα εκ των οποίων για την παρατήρηση του Φόβος και Δείμος κατά τη διάρκεια της flybys. Το σχέδιο Viking έθεσε την εξερεύνηση του Φόβος και Δείμος ως υψηλή αντικειμενική επιστήμη και προγραμμάτισε πολλές αποστολές flybys γύρω από τους δορυφόρους του Άρη. Το Σοβιετικό διαστημικό σκάφος Φόβος 88 τέθηκε σε τροχιά γύρω από τον Άρη το 1988 για τρεις μήνες και εισήλθε σε 100 χιλιόμετρα από την περιοχή προσεδάφισης στο Φόβο. Το Φόβος 2 έφερε πολλά orbiter και lander. Τα τηλεπισκοπικά μέσα που χρησιμοποιήθηκαν για την παρατήρηση του Φόβος και Δείμος περιλαμβάνουν: το Automatic Space Plasma Experiment με περιστρεφόμενο Αναλυτή (ASPERA), Σύστημα Videospectrometric (VSK), υπέρυθρο χαρτογράφικό Φασματόμετρο (ISM), υπέρυθρο ραδιόμετρο/ φασματόμετρο (KFRM), και υπέρυθρο ραδιομετρικό σαρωτή (Termoscan).

          Το VSK περιελάμβανε δύο κάμερες ευρείας γωνίας (κόκκινο και μπλε κανάλι) και μια κάμερα υψηλής ανάλυσης κλειστής γωνίας για να δώσει οπτική και έγχρωμες εικόνες του Φόβου. Το VSK κατέγραψε επίσης το Δείμος ως σημειακή πηγή με τον Δία και τον φωτεινό αστέρι Aldebaran.  Το 1996 το Περιπλανώμενο Mars Pathfinder πραγματοποιούσε πολυφασματικές  μετρήσεις τόσο στο Φόβος και Δείμος όσο και από την επιφάνεια του Άρη χρησιμοποιώντας Imager για Mars Pathfinder (IMP) της κάμερας (Thomas et al., 1999 και Murchie et al., 1999).  Το διαστημικό σκάφος Mars Global Surveyor (MGS) τέθηκε σε τροχιά γύρω από τον Άρη το 1997. Το τηλεσκοπικό φορτίο ανίχνευσης και καταγραφής του Φόβος και Δείμος περιλαμβάνει: περιστροφική κάμερα για τον Άρη(MOC), σπεκτόμετρο θερμικής εκπομπής (TES), και τη περιστροφική κάμερα για τον Άρη μεγάλου υψομέτρου (MOLA). Το MGS είναι ένα πολικό περιστρεφόμενης τροχιάς σκάφος (Orbiter) το οποίο πετά περίπου 400 χιλιόμετρα πάνω από τον Άρη (Εικόνα 1). Ακόμη τον Οκτώβριο  2011 το διαστημικό σκάφος  2001 Οδύσσεια (Mars 2001 Odyssey)  τέθηκε σε μια μικρή κυκλική τροχιά γύρω από τον Άρη εξοπλισμένο με σύστημα απεικόνισης με  θερμικής κάμερας (THEMIS) παρατήρησε τη σκιά του Φόβου. 

Αργότερα το 2006, το διαστημόπλοιο Reconnaissance Orbiter τέθηκε σε κυκλική τροχιά και κατά τη διάρκεια της προσέγγισης, ο Φόβος και ο Δείμος παρατηρήθηκαν ως σημειακές πηγές με φωτογραφική μηχανή με εστιακό μήκος 500 χιλιοστά, 12 μm × 12 μm pixels σε 1.020 × 1.024 CCD. Στην εικόνα 2 παρουσιάζεται ο δορυφόρος Φόβος μέσω υπερ-φασματικής υπέρυθρης φασματικής απεικόνισης. Πολλαπλές εικόνες του Φόβου και Δείμος κατά την διάρκεια της πορείας τους μπροστά από τον ήλιο (Εικόνα 3) ελήφθησαν από τα δύο διαστημόπλοια MER rovers και Spirit. MER rover. Το ASPERA-3 περιλαμβάνει τέσσερις διαφορετικούς αισθητήρες για τη διερεύνηση των αλληλεπιδράσεων του ηλιακού ανέμου με την ατμόσφαιρα του Άρη και έχει σκοπό να ερευνήσει το περιβάλλον του Άρη στο πλάσμα και σο ουδέτερο αέριο, συμπεριλαμβανομένης της επιρροής από τα φεγγάρια του Άρη (Εικόνα 4). Το Νοεμβρίου του 2009, το Mars Express ήταν στραμμένο προς τον Φόβο για να λάβει μια σειρά απεικονίσεων με το σύστημα SRC (Εικόνα 6). Το σύστημα HRSC παρατήρησε επίσης τη σκιά του Φόβου στην επιφάνεια του Άρη σε απεικόνιση Mars Express. Το σύστημα MSL Curiosity παρακολουθεί τον Φόβο / Δείμος και τις ηλιακές τους διελεύσεις (Εικόνα 6).