Curiosity, місяць четвертий

Хлоровані похідні метану,
виявлені SAM. Деталі в тексті
(c) NASA / JPL / GSFC

Коли ми покинули Curiosity, він ще тільки готувався внести перший зразок ґрунту в SAM.

Перш ніж рухатися далі, зауважу: мені лінь кожного разу розшифровувати всі ці абревіатури, типу SAM, MRO, REMS і т.д., та й, якщо це робити, текст стане непотребно довгим. Тому, зустрівши їх, звертайтеся, будь ласка до попереднього поста "Марс - MSL Curiosity" та посилань там. У ньому детально описано компоненти марсохода, їх будову та призначення.

Ще одне зауваження -- текст внизу, в значній мірі, робота компілятивна, оригінального матеріалу мало. На жаль, жорстоко бракує часу самому поколупатися в архівах "сирих" фото...

96-го сола марсоход нарешті почав аналіз першого зразка за допомогою SAM. Він тривав кілька наступних днів. SAM -- інструмент енергоненажерливий, поки він працює, "сил" на ще щось майже не залишається. Їм так сподобалося, що було провели аналіз ще одного зразка, взятого там же, на Rocknest. (Насправді, так робилося для перевірки роботи приладу та оцінки рівень забруднень органікою, привезеною із Землі.) Про результати детальніше трішки нижче. Вони, скажімо так, спокусливі, але не більше. Це нормально, пісок з дюни -- дааалекно не найцікавіший матеріал для астробіологічних, чи й навіть геологічних, досліджень. Зате він зручний для того, щоб вперше випробувати всі системи. Однак з ними була пов'язана ще одна неоднозначна історія. 

John Grotzinger, головний інженер (principal investigator) Curiosity, в інтерв'ю сказав "This data is gonna be one for the history books. It's looking really good". Нормальна реакція науковця, який побачив, що його прилади працюють, та ще й дають нетривіальні результати. Однак, публічна реакція була однозначна -- "НАСА заявило, що знайшло життя на Марсі"... Скандальчик той ще вийшов. Та ще й головному інженеру явно дісталося за необережність -- не любить (природно!) НАСА таких скандалів. Детальніше див. "The Curiosity Kerfuffle: the big (and increasing) difference between data and discovery". І негарно вийшло, і запобігати таким історіям в майбутньому -- складно. Біс його знає, що з тим робити, крім як тотально підвищувати освіченість населення сієї "планеты непуганых идиотов", але то з області ненаукової фантастики...

100-го сола марсоход, на прощання, наїхав на Rocknest, можливо, щоб провести ще виміри за допомогою DAN:

Як хтось жартував, "психанув"(c) NASA / JPL / Ed Truthan

102-го вперше було виконано маневр "touch-and-go" -- "помацати-і-піти", марсоход виконав дослідження каменюки за допомогою APXS, потім склав "руку" в похідне положення і проїхав 25.3 метри, до точки "Point Lake", яка знаходиться на межі породи з великою тепловою інерцією, де і зупинився на "День подяки" (свято, під час якого в команди не дуже багато часу на планування складних операцій). Модель того, як це відбувалося -- див на відео.

Сол 102, панорама. Видно чітку відмінність у забарвленні ґрунту ліворуч і праворуч. Саме через те, що десь тут сходяться три типи породи, марсоход і приїхав. (Детальніше див. тут, шукати за словом Glenelg) (c) NASA / JPL / Ed Truthan

На панорамі видно, що горизонт став більш туманним, ніж раніше (див. фото попередніх солів). На unmannedspaceflight Зробили навіть таку анімацію:

Зміна прозорості атмосфери протягом солів 59-120 (с) NASA / JPL / Egorov Vitaly ("Zelenyikot")

Справді, в той час на Марсі бушувала доволі помітна (регіональна) пилова буря. Спочатку її зауважили з орбіти, на фото з Mars Reconnaissance Orbiter, (10 листопада 2012, приблизно сол 94 Curiosity). Opportunity зафіксував незначне падіння прозорості атмосфери (для нього то критично -- він живиться від сонячних батарей, але шторм пройшов більше ніж у 1300 км від нього). 16-го MRO виявив збільшення температури атмосфери на висоті 25 км над бурею -- пилюка поглинає сонячне тепло, і нагріває повітря навколо себе. Однак цього разу буря так і залишилася регіональною, не переросла у всепланетну, і 25-го листопада вже згасала (порівняйте з фото за попереднім посиланням):

Пилова буря. 25 листопада 2012 р, MRO. (c) NASA/JPL-Caltech/MSSS

Помітив бурю і Curiosity -- REMS зафіксував падіння атмосферного тиску, і певне зростання мінімальної добової температури.

Типова добова зміна тиску, перед, і під час, бурі. Дані з REMS (c) NASA/JPL-Caltech/CAB(CSIC-INTA)/FMI/Ashima Research

 З цього ж графіку видно, що протягом доби тиск, незалежно від погоди, сильно коливається. Цей ефект називають тепловими приливами (thermal tides). Якщо коротко, суть цих приливів наступна. На сонячній стороні атмосфера прогрівається і розширюється, стає значно вищою, але при тому тиск біля поверхні падає:

Теплові приливи. (c) NASA/JPL-Caltech/Ashima Research/SWRI

Зрозуміло, що цей атмосферний "горб" рухається разом із обертанням планети. Деталі цього процесу залежать від багатьох факторів, таких як властивості поверхні, запиленість, (атмосфера в основному нагрівається не безпосередньо - вона прозора, а від нагрітої Сонцем поверхні чи пилу), форма планети, тощо. Відносно стаціонарна метеостанція, (в масштабах планети марсоход майже нерухомий :) дозволяє отримати багато цінної інформації про це явище.

Крім тиску змінюється і проникність атмосфери до космічного випромінювання, (яку вимірює прилад RAD). Підтвердилося, що товща атмосфера, не зважаючи на нижчий тиск на поверхні, краще захищає від радіації.

Зміна тиску та радіації протягом кількох солів. (c) NASA/JPL-Caltech/SwRI.
Див. також виміри за більший інтервал часу.

Curiosity на Марсі вже доволі довго, встиг зафіксувати і сезонні зміни в атмосфері, зокрема зміни тиску, через замерзання-сублімацію вуглекислого газу на полярних шапках.

Добовий тиск 31го і 93-го сола. В Південній півкулі весна, полярна шапка сублімується і середній тиск росте. Через цей ефект протягом року маса  атмосфери змінюється на 30%. (с) NASA/JPL-Caltech/CAB(CSIC-INTA)/FMI/Ashima Research

Здивування викликало те, що домінують вітри не від гори-до гори (як би було природно припустити, через "розбухання" і "здування" атмосфери) -- північно-південні, а перпендикулярні до них, західно-східні, можливо в наслідок того, що вплив країв кратера домінує.

На протилежному краю часових інтервалів, (секунди а не місяці), зафіксовано кілька десятків стрибків тиску, напрямку і швидкості вітру,  зміни температури та ультрафіолетового випромінювання. Викликані вони слабенькими вихриками, такими собі недосформованими "пиловими демонами".

Всі ці атмосферні дослідження цікаві не тільки самі по собі, (даючи можливість зрозуміти, а як же воно все там на Марсі влаштовано), але й покращують наше розуміння власної планети, Землі. Адже ті ж метеорологічні моделі слід якось перевіряти, і не тільки в типових, "земних" умовах.

Повертаючись з атмосфери на поверхню, марсіанська листівка:

КЛІКАБЕЛЬНО! Панорама із 14x7 знимків Mastcam-100. Поле зору -- приблизно 56 на 28 градусів, приблизно як у звичайного фотоапарата (один кадр - 4 градуси). Сол 107. (c) NASA / JPL / MSSS / Damien Bouic

Видно ерозію на каменя -- за мільйони років пилюка помітно роз'їла більш податливі їх шари.  

Взагалі, зараз марсохід зайнятий пошуком місця, де випробувати свердло -- останній важливий елемент всієї системи. Поки що вся та робота -- не стільки наукові дослідження, скільки випробування та "введення в експлуатацію". Навіть настільки цікаві місця оминає поки, напевне в надії повернутися з часом:

Клікабельно! Шаруваті оголення порід, "Shaler". Так би вони виглядали, якби ми стояли поруч із марсоходом. Сол 120, 7 грудня 2012. (c) NASA/JPL-Caltech/MSSS

На сайті НАСА викладено два варіанти фотографії цього місця. Як відомо, марсіанська атмосфера відрізняється від земної, тому умови освітлення там дещо інші. Як порода виглядала б для спостерігача там, із місцевим освітленням, видно на фото вище. Побачити, як би вона виглядала із земним освітленням, (значно більш звичним для геологів), можна тут:

Клікабельно! Шаруваті оголення порід, "Shaler". Так би вони виглядали на Землі - за земного освітлення. Сол 120, 7 грудня 2012. (c) NASA/JPL-Caltech/MSSS

Місця цікаві, тому що така характерна шаруватість -- натяк, що без осадових процесів тут не обійшлося. В проміжках між поїздками, марсоход продовжував досліджувати, за допомогою SAM зразки, що залишилися в системі обробки зразків ще з Rocknest, вносячи їх 114-го і 116-го солів. (Кожного разу гази, що виділялися із зразків, досліджувалися трішки по іншому, доповнюючи попередні виміри).

Пошуки ж вдалого місця виглядають так:

Карта подорожі, станом на сол 110.  (c) NASA / JPL / UA

Детальна карта подорожі після зупинки біля Rocknest, станом на сол 130. (c) NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Панорами звідтіля:

КЛІКАБЕЛЬНО! Сол 125. "Yellowknife Bay" (c) NASA / JPL / Ant103. За посиланням є ще й анагліф.

Наступними солами марсохід продовжував заглиблюватися в улоговину, названу "Yellowknife Bay":

КЛІКАБЕЛЬНО! "Yellowknife Bay". Сол 130, Navcam. (c) NASA / JPL / Ant103.

Десь тут, на початку нового року, буде вперше випробувано буровий пристрій.

 Поміж то все, не цурається марсохід і трішки самолюбування:

Автопортрет. Клікабельний ;-) Фото зроблені 84 і 85 сола за домопогою MAHLI -- камери на "руці". Ця фотографія вже була в попередньому пості, але новий варіант  включає значно більшу частину навколишньої території. (c) NASA/JPL-Caltech

Багато хто вирішив, що вона (всі такі машини для англомовних - жіночого роду!) -- явна блондинка. Насправді, такі фото -- інженерного призначення в першу чергу, робляться щоб подивитися на стан апарата.

Крім того, сфотографовані з орбіти, окатим MRO, місця падіння вольфрамових вантажів, відстрілених перед посадкою (деталі див. тут, у розділі "Посадка -- Entry, Descent and Landing"):

Місце падіння однієї із вольфрамових болванок, вагою 75 кг, на віддалі приблизно 80 км від місця посадки. Кольори синтетичні. Клікабельно. Фото з орбіти, MRO, 25 см на піксель. (c) NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Місця падіння елементів посадочної системи. Лівий квадрат -- збільшено на попередньому фото. Клікабельно. MRO.  (c) NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Цінність тих фото в тому, що хоча нові маленькі кратери на Марсі виявляються доволі часто, ніколи не відомо, яка була маса, швидкість, густина, міцність і т.д., "імпактора"  -- тіла, що впало.

Ще декілька цікавинок, підмічених на фото відвідувачами unmannedspaceflight:

Такі собі бульбашки. Ніби в болото кинули камінь, дали висохнути і забрали. (Увага, то все мої домисли, що це за утвори, покаже подальше дослідження!). (c) NASA / JPL / Stu

Стереопара одного із тих загадкових слідів. (За посиланням є і анагліф). Розмір порядку десятка сантиметрів. Сол 121, NavCam (c) NASA / JPL / EdTruthan

Своєрідні "напівзруйновані куполи", приблизно звідтіля ж. (c) NASA / JPL / Stu

Ще один "купол". (c) NASA / JPL / Stu
Цитуючи одну хорошу книжку:
- Вони вилупилися.
- Хто?
- Не знаю.

Попередні наукові дані (ще не результати :)

Повертаючись до анонсу перших результатів SAM та скандалу, 3-го грудня відбулася прес-конференція (вранці) та наукова сесія (ввечері) на конференції Американського геофізичного союзу (American Geophysical Union). Під час них було представлено най-най-попередніші результати аналізів даних з Curiosity.  Завдяки черговому огляду Емілі, "Curiosity update, sol 117: Progress report from AGU", коротко розкажу про них (але хто читає англійською -- краще прямуйте заразу туди).

Про "погодні" результати вже говорилося вище, хіба варто згадати, що на відміну від місць, де працював Spirit і працює Opportunity, в кратері Гейла майже немає справжніх пилових демонів (зафіксовано лише один, і той ледь-ледь помітний). Шкода, бо камери Curiosity значно краще пристосовані для з'йомки відео таких процесів, ніж камери його попередників. Ну, але, все ще попереду.

Виміри DAN (Dynamic Albedo of Neutrons), який визначає концентрацію йонів водню (які, зазвичай, входять до молекул води, зазвичай, знову ж таки, гідратованої в мінералах), виявилися більш сумісними не із однорідним вмістом води, а із моделлю двох шарів, верхнього (5-30 см), дуже зневодненого (менше 0.5% water-equivalent hydrogen (WEH), не знаю вже, як перекласти, хоча суть зрозуміла), та нижнього, більш водовмісного -- 2-9% WEH (УВАГА! спеціально пишу "водовмісного" а не "зволоженого" -- там, швидше за все, немає вільної води, вся вона гідратована у мінералах!).

Звичайно, DAN не може вимірювати концентрацію води на різній глибині. Тому, щоб оцінити розподіл води, будують модель -- роблять припущення про цей розподіл, вираховують, який би був відгук приладу, якщо б розподіл був саме таким, і порівнюють із виміряним. Варіюючи розподіл, підбирають той, що дає найкраще співпадіння із вимірами. Трішки про моделювання див. "Чим займаються теоретики - побудова теорій", та взагалі нотатки із тегом "теоретична фізика".

Chemin. Досліджено було два зразки, взятих із того ж місця. Результати сумісні, тобто прилад працює надійно. Отримані піки намагалися відтворити, комбінуючи спектри різних мінералів з бібліотеки (стандартний підхід). Підгонка ніби пройшла добре і однозначно, вказуючи на те, що матеріал -- базальт, який містить: 43% польового шпату; 20.4% олівіну; два піроксени: авгіт (16.7%) і піжоніт (11.4%); магнетит (1.8%); кварц (1.7%); менше відсотка ангідриту та ільменіту. Однак, половина матеріалу у зразку виявилася аморфною, а не кристалічною.

Про радіаційні дані теж вже трішки згадувалося. Однак варто навести деякі числа: під час перельоту, не зважаючи на те, що космічний апарат забезпечував екранування на рівні того, що є на Міжнародній космічній станції, (28 грам на \(см^2\)), радіація була б неприйнятною для людей, 1.90 ± 0.28 мЗв/день. На поверхні, завдяки додатковому екрануванні, якої-не якої (менше відсотка земної), але все ж атмосфери, опромінення було б терпимим: 0.7 ± 0.17 мЗв/день.

ChemCam. В процесі руху марсохода було помічено зміну природи порід. Перших 50 сол траплялася порода з середнім розміром зерен порядку 7 мм, а далі вони помітно поменшали. Це проявилося, зокрема, і в більшій однорідності результатів виміру -- замість попадати по окремих зернах, лазер випаровує декілька, даючи усереднене значення. (Див. також попередній пост, зокрема графік "Аналіз результатів ChemCam у 14-ти точках" та текст у тій ділянці поста).

APXS виявив велику кількість калію. Здається, це важливо, але мені бракує геологічних знань, щоб зрозуміти, чому саме... Цікаво також глянути на порівняння поширеності різних сполук у трьох точках Марса:

Хімічний склад порід, за вимірами трьох марсоходів. (c) NASA/JPL-Caltech/University of Guelph

Попрацював, звичайно, і мікроскоп, MAHLI. Зокрема (крім загального і мені малодоступного геологічного аналізу), виявлено крихітні блискучі сфери, ймовірно -- бризки плавленої породи від ударів метеоритів.

Ліворуч -- фото 58-го сола, поле зору 1.9х2.2 см. Видно крихітні (порядку пів-мікрометра) блискучі, склоподібні сфери. Праворуч -- піщинки, що пройшли фільтр Collection and Handling for In-Situ Martian Rock Analysis (CHIMRA), який не пропускає ніого, більшого за 150 мкм. Збільшення тут значно більше, а поле зору -- менше, 6.5х7.6 мм. Якраз такі чаcточки-піщинки і аналізує Chemin. Особливо любить крихітні кристалики ;-) (c) NASA/JPL-Caltech/MSSS

Пісок, згідно слів Ken Edgett, дрібніший, ніж звичайний цукор, але крупніший ніж борошно. Присутні крупніші частинки, десь як кристалики солі на соленій соломці, а також світлі кристали, що нагадують польовий шпат.

І, нарешті, "цариця" та джерело скандалів, лабораторія SAM.

Про те, що метану (поки?) не виявили, я вже писав.

Однак хитру органіку прилад побачив -- хлорметан, дихлорметан, трихлорметан, та ще неідентифіковану молекулу із чотирма вуглецями. (Хлорметан -- сполука, яка отримується із метану -- вуглецю із чотирма воднями, заміною одного із воднів на хлор, дихлорметан -- двох, і т.д., див. рисунок).

Слайд презентації про детектування органічних матеріалів. Показано виявлені молекули хлорметна, дихлорметану та трихлорметану, разом із відповідними піками. Органічного матеріалу небагато, і немає жодної впевненості, чи не привезли його із Землі. Хлор майже 100% -- місцевий, але перхлорати на Марсі вже давно нікого не дивують...  Темно-сірі кульки -- вуглець, світло-сірі -- водень, зелені -- хлор. (c) NASA / JPL / GSFC

Проблема тільки в тому, чи не походить цей вуглець із Землі? Хлору, здається, і місцевого багато. Щоб розібратися із цим потрібно більше часу та додаткові експерименти, фторорганіка для калібрування, знову ж таки, спеціально для того є. Та й пісок, доступний всім вітрам, включаючи космічний та трибоелектричний (частинки пилюки ефективно електризуються, коли труться одна об одну) -- не найкраще місце для пошуку органіки. От коли вгризуться свердлом в якусь, бажано -- осадового походження, каменюку, або глина трапиться -- буде значно цікавіше.

Нагадаю коротко: SAM нагріває зразок, а потім мас-спектрометром, газовим хроматографом та переладо́вним лазерним спектрометром дивиться, що з нього випаровується. З того приводу див. жарт в додатках. SAM -- дуже складний, потужний і цікавий прилад, за деталями - див. сюди, (шукати слово SAM),  а краще все ж про нього почитати тут: "More than you probably wanted to know about Curiosity's SAM instrument".

Отож, води із зразків випарувалося достатньо (аж дивно, що це DAN так мало наміряв, увага -- це просто жарт!), вдалося виміряти співвідношення D і H -- дейтерію до водню. Воно виявилося в 5 раз більшим, ніж на Землі -- ще одне підтвердження масованої втрати атмосфери Марсом. (Молекули, до яких входять важкі ізотопи, втрачаються трішки повільніше, їх залишається більше. Первинна протопланетна хмара була достатньо однорідною в плані співвідношення ізотопів, тому відмінності можна пояснювати індивідуальними особливостями еволюції планет.) Такі виміри на Марсі проведено вперше. Досліджуючи це співвідношення в древньому камінні, можна буде розібратися в історії втрати атмосфери. (Науковці сподіваються, що вдасться відрізнити "старий" водень, який опинився в камені під час його формування, від "нового", із іншим ізотопним співвідношенням, що потрапив до нього пізніше -- "новий" виділятиметься при помітно нижчих температурах. Тому, спостерігаючи зміну співвідношення D/H із зміною температури, можна буде їх розділити.)

Щодо інших газів. Вуглекислий газ виділявся кілька раз, за різних температур, що може вказувати на наявність карбонатів (але, ніби, не карбонату кальцію). (Chemin їх не бачить, можливо їх менше відсотка, або просто вони присутні в аморфній формі).  Зафіксовано молекулярний кисень, Як легкий (атомна маса 16), так і важкий (18). Кисень разом із хлором (в хлорметанах) натякає, що спочатку це був йон перхлорату, можливо -- перхлорат кальцію. Виявлено сірководень та діоксид сірки,  ймовірно виділені під час розпаду якихось сульфатів або сульфідів. Зафіксовано сліди хитрого матеріалу, MTBSTFA, який вони точно привезли із собою, в тих комірках SAM, що призначені для "мокрого хімічного аналізу".

Слайд презентації про виявлені гази. (c) NASA / JPL / GSFC

Кисень і сірка у зразках. (c) NASA/JPL-Caltech/GSFC

Дані -- інтригують, але вони ще зовсім-зовсім сирі.

Ще раз наголошу, поки марсоход тільки тестують, тому об'єкти для досліджень вибирають якомога відоміші та "банальніші" (як би дико це не звучало для об'єктів на іншій планеті :). Цікаве - попереду!

Додатки

Restricted sols, "обмежені дні":

Марсіанська та земна доба трішки відрізняються -- приблизно на 40 хвилин. Робота із марсоходом відбувається так: Curiosity отримує команди вранці, виконує їх протягом дня, повертає результати роботи ввечері. Протягом ночі команда аналізує отримані дані і готує команди для наступного ранку. Проблема в тому, що марсохід повинен жити по марсіанському добовому циклу, а наземний екіпаж надає перевагу спати вночі. При чому під час нашої, земної, ночі. :-) Коли початок марсіанської і нашої доби приблизно співпадають, дані приходять в той час, коли оператори вже розійшлися по домах, тому наступного дня марсоход не робить нічого важливого чи відповідального.

В такі періоди часу марсоход активно робить щось через день. Решту часу він фотографує, проводить виміри APXS, та іншу діяльність, яка не вимагає знати його точного розташування. Мало куди він заїхав попереднього дня -- може нормально виконав програму, а може спрацювала система безпеки, зупинивши його, та й мало що він побачив там, куди приїхав.

Ось такі періоди і називають "restricted sols".

Зразу після посадки команда підлаштовувалася під ритм Марсу, живучи по його добі, зсуваючи період активності на 40 хв. щодня. Однак це шкідливо для здоров'я, та й сім'ї операторів такому ритму не дуже раді. Тому, коли робота менш-більш налагодилася, перейшли на звичайний земний ритм, і почали траплятися "ті дні".

Дуже влучний жарт принципу дії SAM:

Zelenyikot (автор статей на Хабрі та адмін групи "Curiosity - марсоход. Сол XXX"):
...Все три прибора исследуют газовые среды, поэтому SAM изучает все газообразное, а что не газообразное, он нагревает до 1000° С и изучает, как газообразное.

Та, на завершення, фото-жарт від нього ж:

(c) "Curiosity - марсоход. Сол XXX"

Література

1. Дуже детальна стаття про роботу SAM (куди там моєму огляду, тому дуже рекомендую!): "More than you probably wanted to know about Curiosity's SAM instrument". 
2. Щоб бути готовим до майбутніх інформаційних бурю, які виникають через непорозуміння і потяг до сенсацій: "The Curiosity Kerfuffle: the big (and increasing) difference between data and discovery".
3. Російською мовою про кратер Гейла та чому його було вибрано: "Что в кратере тебе моём?".
4. Дуже хороша і оперативна група, присвячена марсоходу: "Curiosity - марсоход. Сол XXX". Якщо нічого не плутаю,  від автора статті вище та ще ряду статей на Хабрі. Значно оперативніше і детальніше джерело  інформації, ніж мої пости. Зате ця інформація там солідно розмазана :-)
5. Стаття про кольори Марса, синтетичні кольори, конспіролухів і т.д., від того ж автора: "Какого цвета Марс?". Дуже хороша!
6. "Curiosity sol 102 update: Eppur si muove" -- апдейт від Емілі, аж до 102 сола.
7. "NASA Rover Providing New Weather And Radiation Data About Mars" -- розповідь про погодні дослідження.
8. Офіційні новини.
9. Офіційні відео, де науковці з наземної групи марсохода розповідають про свою роботу, деталі функціонування різної апаратури, наукові результати. Багато наглядних демонстрацій. 
10. "Звіт" з прес-конференції 3-го грудня.
11. Любительський сайт для доступу до сирих фото: http://curiositymsl.com/. Має одну дуже цінну фішку -- користуючись інформацією про орієнтацію камер, дозволяє подивитися, куди ж вони дивилися у момент фотографування (клікати на "map it").