Примерно за восемь месяцев до того, как марсоход НАСА Curiosity приземлится на Марсе в августе 2012 года, научные измерения миссии начнутся гораздо ближе к Земле.
Детектор оценки радиации миссии Mars Science Laboratory, или RAD, будет отслеживать естественное излучение, которое может быть вредным для здоровья, если оно поглощается живыми организмами. Он будет делать это на поверхности Марса, где такого инструмента еще никогда не было, а также во время путешествия между Марсом и Землей.
Измерения RAD на Марсе помогут выполнить ключевые цели миссии по оценке того, были ли в районе посадки Curiosity условия, благоприятные для жизни, и для сохранения свидетельств о жизни. Этот инструмент также будет выполнять дополнительную работу. В отличие от любого из девяти других в научной полезной нагрузке этой роботизированной миссии, у RAD есть особая задача и финансирование со стороны НАСА, которая планирует исследования человека за пределами околоземной орбиты. Это поможет планировать пилотируемые миссии, уменьшив неопределенность в отношении того, какая защита от радиации потребуется будущим астронавтам. Этой цели послужат измерения между Землей и Марсом, а также измерения на Марсе.
«Никто не охарактеризовал полностью радиационную обстановку на поверхности другой планеты. Если мы хотим отправить туда людей, мы должны это сделать», - сказал главный исследователь RAD Дон Хасслер из филиала в Боулдере, штат Колорадо. Юго-Западного научно-исследовательского института.
Независимо от того, является ли первым пунктом исследования человека за пределами Луны астероид или Марс, путешественникам потребуется защита от радиационной среды в межпланетном пространстве. Хасслер сказал: «Измерения, которые мы получаем во время полета с Земли на Марс, помогут составить карту распределения радиации по всей Солнечной системе и будут полезны при разработке миссии, куда бы мы ни отправляли астронавтов."
RAD будет отслеживать высокоэнергетические атомные и субатомные частицы, исходящие от Солнца, далеких сверхновых и других источников. Эти частицы представляют собой излучение, которое может быть вредным для любых микробов вблизи поверхности Марса или для астронавтов, отправляющихся в марсианскую миссию. Галактические космические лучи, исходящие от взрывов сверхновых и других событий, очень далеких от нашей Солнечной системы, представляют собой переменный поток заряженных частиц. Кроме того, само Солнце извергает электроны, протоны и более тяжелые ионы в «событиях солнечных частиц», подпитываемых солнечными вспышками и выбросами материи из солнечной короны. Астронавтам, возможно, придется перебраться в убежища с дополнительной защитой на межпланетном космическом корабле или на Марсе во время событий с солнечными частицами.
Магнитное поле и атмосфера Земли обеспечивают эффективную защиту нашей родной планеты от возможного смертельного воздействия галактических космических лучей и явлений, связанных с солнечными частицами. У Марса, однако, отсутствует глобальное магнитное поле, а атмосферы на нем всего на один процент меньше, чем у Земли. Просто для того, чтобы найти достаточно высокие уровни радиации на Земле для проверки и калибровки RAD, группе специалистов по прибору нужно было поместить его в основные исследовательские центры ускорителей элементарных частиц в США, Европе, Японии и Южной Африке..
Прибор на орбитальном аппарате НАСА Mars Odyssey, который достиг Марса в 2001 году, оценил уровни радиации над марсианской атмосферой. Текущие оценки радиационной обстановки на поверхности планеты основаны на моделировании того, как тонкая атмосфера влияет на энергичные частицы, но неопределенность в моделировании остается большой. «Одна высокоэнергетическая частица, попадающая в верхнюю часть атмосферы, может распасться на множество частиц - каскад частиц с более низкой энергией, которые могут быть более разрушительными для жизни, чем одна высокоэнергетическая частица», - отметил Хасслер..
Прибор RAD массой 1,7 кг (3,8 фунта) оснащен направленным вверх широкоугольным телескопом с детекторами заряженных частиц с массой до массы железа. Он также может обнаруживать вторичные нейтроны, исходящие как из атмосферы Марса вверху, так и из материала поверхности Марса внизу. В состав международной команды Хасслера входят специалисты по проектированию приборов, безопасности космонавтов, атмосферным наукам, геологии и другим областям.
Юго-Западный исследовательский институт в Боулдере и Сан-Антонио, штат Техас, и Университет Кристиана Альбрехта в Киле, Германия, построили RAD при финансовой поддержке Управления миссии исследовательских систем НАСА и Национального центра аэрокосмических исследований Германии: Deutschen Zentrum für Luft - и Раумфарт. Команда, собирающая и тестирующая космический аппарат Mars Science Laboratory в Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, в прошлом месяце установила RAD на Curiosity для запуска в конце 2011 года.
RAD-измерения во время полета с Земли на Марс позволят провести корреляцию с приборами на других космических кораблях, которые отслеживают события, связанные с солнечными частицами и галактическими космическими лучами в окрестностях Земли, а затем дадут данные о радиационной среде дальше от Земли.
Оказавшись на Марсе, основная миссия марсохода продлится полный марсианский год - почти два земных года. Однократного набора измерений с помощью РАД недостаточно для определения радиационной обстановки на поверхности, поскольку уровни радиации меняются на временных интервалах как больше года, так и меньше часа. Оперативное планирование Curiosity предполагает, что RAD будет записывать измерения в течение 15 минут каждого часа на протяжении всей основной миссии.
Уровни радиации, вероятно, делают поверхность современного Марса негостеприимной для микробной жизни. Измерения, полученные с помощью RAD, будут использоваться для расчетов того, насколько глубоко возможному будущему роботу, выполняющему миссию по обнаружению жизни, может потребоваться копать или бурить, чтобы достичь безопасной для микробов зоны. Для оценки того, могла ли радиационная среда на поверхности Марса в далеком прошлом быть благоприятной для микробов, исследователи объединят измерения RAD с оценками того, как активность солнца и атмосферы Марса изменились за последние несколько миллиардов лет.
«Основная научная цель Curiosity - определить, является ли место его посадки пригодной для жизни средой, местом, дружественным для жизни», - сказал Ашвин Васавада из JPL, заместитель научного сотрудника Марсианской научной лаборатории.«Это включает в себя поиск как условий, которые могли бы поддерживать жизнь, так и условий, которые были бы опасны для жизни или ее химических предшественников. Природное высокоэнергетическое излучение является именно такой опасностью, и RAD даст нам первый взгляд на настоящее. уровня этого излучения и помочь нам лучше оценить уровни радиации на протяжении всей истории Марса».