Phoenix fue una sonda espacial no tripulada que aterrizó en la superficie de Marte el 25 de mayo de 2008 y estuvo en funcionamiento hasta el 2 de noviembre de 2008. [2] Phoenix estuvo operativa en Marte durante 157 soles (161 días ). Sus instrumentos se utilizaron para evaluar la habitabilidad local y para investigar la historia del agua en Marte . La misión fue parte del Programa Mars Scout ; su costo total fue de 420 millones de dólares, incluido el costo de lanzamiento. [3]
El programa interinstitucional fue dirigido por el Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona , con la gestión del proyecto a cargo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA . Los socios académicos e industriales incluyeron universidades de los Estados Unidos, Canadá, Suiza, Dinamarca, Alemania, el Reino Unido, la NASA, la Agencia Espacial Canadiense , el Instituto Meteorológico Finlandés , Lockheed Martin Space Systems , MacDonald Dettwiler & Associates (MDA) en asociación con Optech Incorporated ( Optech ) y otras empresas aeroespaciales. [4] Fue la primera misión de la NASA a Marte dirigida por una universidad pública. [5]
Phoenix fue el sexto aterrizaje exitoso de la NASA en Marte, de siete intentos, y el primero en la región polar de Marte. El módulo de aterrizaje completó su misión en agosto de 2008 e hizo una última comunicación breve con la Tierra el 2 de noviembre, cuando la energía solar disponible disminuyó con el invierno marciano. La misión se declaró concluida el 10 de noviembre de 2008, después de que los ingenieros no pudieran volver a contactar con la nave. [6] Después de intentos fallidos de contactar el módulo de aterrizaje mediante el orbitador Mars Odyssey hasta y después del solsticio de verano marciano el 12 de mayo de 2010, el JPL declaró que el módulo de aterrizaje estaba muerto. El programa se consideró un éxito porque completó todos los experimentos y observaciones científicas planificados. [7]
La misión tenía dos objetivos. Uno era estudiar la historia geológica del agua, la clave para desbloquear la historia del cambio climático pasado . El segundo fue evaluar la habitabilidad planetaria pasada o potencial en el límite entre el hielo y el suelo. Los instrumentos de Phoenix eran adecuados para descubrir información sobre la historia geológica y posiblemente biológica del Ártico marciano. Phoenix fue la primera misión en devolver datos de cualquiera de los polos y contribuyó a la principal estrategia de la NASA para la exploración de Marte, " Seguir el agua " .
Se esperaba que la misión principal durara 90 soles (días marcianos), poco más de 92 días terrestres. Sin embargo, la nave superó su vida operativa prevista [8] en poco más de dos meses antes de sucumbir al frío y la oscuridad cada vez mayores del avance del invierno marciano. [6] Los investigadores esperaban que el módulo de aterrizaje sobreviviera hasta el invierno marciano para poder presenciar el desarrollo del hielo polar a su alrededor; tal vez podría haber aparecido hasta 1 metro (3 pies) de hielo de dióxido de carbono sólido. Incluso si hubiera sobrevivido parte del invierno, el intenso frío habría impedido que durara todo el tiempo. [9] Se eligió que la misión fuera un módulo de aterrizaje fijo en lugar de un rover porque: [10]
Las observaciones del gas metano en Marte entre 2003 y 2004 fueron realizadas de forma remota por tres equipos que trabajaron con datos separados. Si el metano está realmente presente en la atmósfera de Marte , entonces algo debe producirlo en el planeta ahora, porque el gas se descompone por la radiación en Marte dentro de 300 años; [12] [13] [14] [15] [16] por lo tanto, se consideró importante determinar el potencial biológico o la habitabilidad de los suelos del ártico marciano. [17] El metano también podría ser el producto de un proceso geoquímico o el resultado de una actividad volcánica o hidrotermal . [18]
Mientras se escribía la propuesta para Phoenix , el orbitador Mars Odyssey utilizó su espectrómetro de rayos gamma y encontró la firma distintiva del hidrógeno en algunas áreas de la superficie marciana , y la única fuente plausible de hidrógeno en Marte sería agua en forma de hielo, congelado debajo de la superficie. Por lo tanto, la misión se financió con la expectativa de que Phoenix encontrara hielo de agua en las llanuras árticas de Marte. [19] En agosto de 2003, la NASA seleccionó la misión " Phoenix " de la Universidad de Arizona para su lanzamiento en 2007. Se esperaba que esta fuera la primera de una nueva línea de misiones exploradoras más pequeñas y de bajo costo en el programa de exploración de Marte de la agencia . [20] La selección fue el resultado de una intensa competencia de dos años con propuestas de otras instituciones. El premio de 325 millones de dólares de la NASA es más de seis veces mayor que cualquier otra subvención de investigación en la historia de la Universidad de Arizona.
Peter H. Smith del Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona, como investigador principal, junto con 24 coinvestigadores, fueron seleccionados para liderar la misión. La misión lleva el nombre del Fénix , un ave mitológica que renace repetidamente de sus propias cenizas. La nave espacial Phoenix contiene varios componentes construidos previamente. El módulo de aterrizaje utilizado fue el Mars Surveyor 2001 Lander modificado (cancelado en 2000), junto con varios de los instrumentos tanto de esa como de la anterior misión fallida de Mars Polar Lander . Lockheed Martin , quien construyó el módulo de aterrizaje, lo mantuvo casi completo en una sala limpia ambientalmente controlada desde 2001 hasta que la misión fue financiada por el Programa Scout de la NASA . [21]
Phoenix era una asociación de universidades, centros de la NASA y la industria aeroespacial. Los instrumentos y operaciones científicos eran responsabilidad de la Universidad de Arizona . El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California , gestionó el proyecto y proporcionó el diseño y control de la misión. Lockheed Martin Space Systems construyó y probó la nave espacial. La Agencia Espacial Canadiense proporcionó una estación meteorológica que incluía un innovador sensor atmosférico basado en láser . [22] Las instituciones co-investigadoras incluyeron Malin Space Science Systems (California), el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (Alemania), el Centro de Investigación Ames de la NASA (California), el Centro Espacial Johnson de la NASA (Texas), MacDonald, Dettwiler and Associates ( Canadá), Optech Incorporated (Canadá) , Instituto SETI , Universidad Texas A&M , Universidad Tufts , Universidad de Colorado , Universidad de Copenhague (Dinamarca), Universidad de Michigan , Universidad de Neuchâtel (Suiza), Universidad de Texas en Dallas , Universidad de Washington , Universidad de Washington en St. Louis y Universidad de York (Canadá). Científicos del Imperial College London y la Universidad de Bristol proporcionaron hardware para la misión y formaron parte del equipo que operaba la estación microscópica. [23]
El 2 de junio de 2005, tras una revisión crítica del progreso de la planificación y el diseño preliminar del proyecto, la NASA aprobó que la misión procediera según lo planeado. [24] El propósito de la revisión era confirmar la confianza de la NASA en la misión.
Los sistemas de aterrizaje incluyen un sistema informático basado en RAD6000 para comandar la nave espacial y manejar datos. [27] Otras partes del módulo de aterrizaje son un sistema eléctrico que contiene paneles solares y baterías, un sistema de guía para aterrizar la nave espacial, ocho motores monopropulsores de hidracina de 4,4 N (1,0 lbf) y 22 N (5,0 lbf) construidos por Aerojet -Redmond Operations para la fase de crucero, doce propulsores monopropulsores de hidracina Aerojet de 302 N (68,0 lbf) para aterrizar el Phoenix , elementos mecánicos y estructurales, y un sistema de calefacción para garantizar que la nave no se enfríe demasiado.
Phoenix llevaba versiones mejoradas de las cámaras panorámicas de la Universidad de Arizona y del instrumento de análisis de volátiles del desafortunado Mars Polar Lander , así como experimentos que se habían construido para el cancelado Mars Surveyor 2001 Lander , incluido un brazo robótico de excavación de trincheras del JPL, un conjunto de laboratorios de química húmeda, y microscopios ópticos y de fuerza atómica . La carga útil científica también incluía un generador de imágenes de descenso y un conjunto de instrumentos meteorológicos. [28]
Durante EDL, se llevó a cabo el Experimento de Estructura Atmosférica. Para ello se utilizaron datos de acelerómetro y giroscopio registrados durante el descenso del módulo de aterrizaje a través de la atmósfera para crear un perfil vertical de la temperatura, presión y densidad de la atmósfera sobre el lugar de aterrizaje, en ese momento. [29]
El brazo robótico fue diseñado para extenderse 2,35 m (7,7 pies) desde su base en el módulo de aterrizaje y tenía la capacidad de excavar hasta 0,5 m (1,6 pies) debajo de una superficie arenosa. Tomó muestras de tierra y hielo que fueron analizadas por otros instrumentos del módulo de aterrizaje. El brazo fue diseñado y construido para el Jet Propulsion Laboratory por Alliance Spacesystems, LLC [30] (ahora MDA US Systems, LLC) en Pasadena, California. Para cortar el fuerte permafrost se utilizó una herramienta escofina giratoria ubicada en el talón de la pala. Los recortes de la escofina se expulsaron hacia el talón de la pala y se transfirieron al frente para su entrega a los instrumentos. La herramienta raspadora fue concebida en el Jet Propulsion Laboratory. La versión de vuelo del raspador fue diseñada y construida por HoneyBee Robotics. Se enviaron órdenes para que el brazo fuera desplegado el 28 de mayo de 2008, comenzando con la retirada de una cubierta protectora destinada a servir como precaución redundante contra la posible contaminación del suelo marciano por formas de vida terrestres. La cámara del brazo robótico (RAC) conectada al brazo robótico justo encima de la pala pudo tomar fotografías a todo color del área, así como verificar las muestras que devolvió la pala, y examinó los granos del área donde el brazo robótico acababa de cavar. La cámara fue fabricada por la Universidad de Arizona y el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar , [31] Alemania. [32]
El Surface Stereo Imager (SSI) era la cámara principal del módulo de aterrizaje. Es una cámara estéreo que se describe como "una actualización de mayor resolución del generador de imágenes utilizado para Mars Pathfinder y Mars Polar Lander ". [33] Tomó varias imágenes estéreo del Ártico marciano y también utilizó el Sol como referencia para medir la distorsión atmosférica de la atmósfera marciana debido al polvo, el aire y otras características. La cámara fue proporcionada por la Universidad de Arizona en colaboración con el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar . [34] [35]
El analizador térmico y de gases evolucionados (TEGA) es una combinación de un horno de alta temperatura con un espectrómetro de masas . Se utilizó para hornear muestras de polvo marciano y determinar la composición de los vapores resultantes. Tiene ocho hornos, cada uno del tamaño de un bolígrafo grande, que pudieron analizar una muestra cada uno, para un total de ocho muestras separadas. Los miembros del equipo midieron cuánto vapor de agua y dióxido de carbono se emitieron, cuánta agua helada contenían las muestras y qué minerales están presentes que pueden haberse formado durante un clima pasado más húmedo y cálido. El instrumento también midió compuestos orgánicos volátiles , como el metano , hasta 10 partes por mil millones . TEGA fue construido por la Universidad de Arizona y la Universidad de Texas en Dallas . [36]
El 29 de mayo de 2008 (sol 4), las pruebas eléctricas indicaron un cortocircuito intermitente en TEGA, [37] resultante de una falla en uno de los dos filamentos responsables de ionizar los volátiles. [38] La NASA solucionó el problema configurando el filamento de respaldo como primario y viceversa. [39]
A principios de junio, los primeros intentos de introducir tierra en TEGA no tuvieron éxito porque parecía demasiado "grubia" para las pantallas. [40] [41] El 11 de junio, el primero de los ocho hornos se llenó con una muestra de suelo después de varios intentos de pasar la muestra de suelo a través de la pantalla de TEGA. [ cita necesaria ] El 17 de junio, se anunció que no se encontró agua en esta muestra; sin embargo, dado que había estado expuesto a la atmósfera durante varios días antes de ingresar al horno, cualquier hielo de agua inicial que pudiera haber contenido podría haberse perdido por sublimación . [ cita necesaria ]
El Mars Descent Imager (MARDI) estaba destinado a tomar fotografías del lugar de aterrizaje durante los últimos tres minutos del descenso. Como se planeó originalmente, habría comenzado a tomar fotografías después de que el aeroshell despegara, a unos 8 km (5,0 millas) sobre el suelo marciano. [ cita necesaria ]
Antes del lanzamiento, las pruebas de la nave espacial ensamblada descubrieron un posible problema de corrupción de datos con una tarjeta de interfaz diseñada para enrutar datos de imágenes MARDI, así como datos de otras partes de la nave espacial. El problema potencial podría ocurrir si la tarjeta de interfaz recibiera una imagen MARDI durante una fase crítica del descenso final de la nave espacial, momento en el cual los datos de la Unidad de Medición Inercial de la nave podrían haberse perdido; Estos datos fueron fundamentales para controlar el descenso y el aterrizaje. Se consideró que esto era un riesgo inaceptable y se decidió no utilizar MARDI durante la misión. [42] Como la falla se descubrió demasiado tarde para repararla, la cámara permaneció instalada en Phoenix pero no se usó para tomar fotografías ni se usó su micrófono incorporado. [43]
Las imágenes MARDI tenían como objetivo ayudar a identificar exactamente dónde aterrizó el módulo de aterrizaje y posiblemente ayudar a encontrar posibles objetivos científicos. También se utilizaría para saber si el área donde aterriza el módulo de aterrizaje es típica del terreno circundante. MARDI fue construido por Malin Space Science Systems . [44] Habría utilizado sólo 3 vatios de potencia durante el proceso de obtención de imágenes, menos que la mayoría de las otras cámaras espaciales. Originalmente había sido diseñado y construido para realizar la misma función en la misión Mars Surveyor 2001 Lander ; Después de que se canceló esa misión, MARDI pasó varios años almacenado hasta que fue desplegado en el módulo de aterrizaje Phoenix .
El Analizador de Microscopía, Electroquímica y Conductividad (MECA) es un paquete de instrumentos diseñado originalmente para la misión cancelada Mars Surveyor 2001 Lander . Consta de un laboratorio de química húmeda (WCL), microscopios ópticos y de fuerza atómica , y una sonda de conductividad térmica y eléctrica . [45] El Laboratorio de Propulsión a Chorro construyó MECA. Un consorcio suizo liderado por la Universidad de Neuchatel contribuyó con el microscopio de fuerza atómica. [46]
Utilizando MECA, los investigadores examinaron partículas del suelo de hasta 16 μm de ancho; Además, intentaron determinar la composición química de los iones solubles en agua del suelo. También midieron la conductividad eléctrica y térmica de las partículas del suelo utilizando una sonda en el brazo robótico. [47]
Este instrumento presenta 6 de 69 portamuestras en una abertura en el instrumento MECA a la que el brazo robótico entrega las muestras y luego las lleva al microscopio óptico y al microscopio de fuerza atómica. [48] El Imperial College de Londres proporcionó los sustratos de muestra del microscopio. [49]
El microscopio óptico , diseñado por la Universidad de Arizona , es capaz de tomar imágenes del regolito marciano con una resolución de 256 píxeles/mm o 16 micrómetros/píxel. El campo de visión del microscopio es un portamuestras de 2 mm × 2 mm (0,079 pulg. × 0,079 pulg.) al que el brazo robótico entrega la muestra. La muestra está iluminada por 9 LED rojos, verdes y azules o por 3 LED que emiten luz ultravioleta . La electrónica para la lectura del chip CCD se comparte con la cámara del brazo robótico que tiene un chip CCD idéntico .
El microscopio de fuerza atómica tiene acceso a una pequeña área de la muestra entregada al microscopio óptico. El instrumento escanea la muestra con una de las 8 puntas de cristal de silicio y mide la repulsión de la punta respecto de la muestra. La resolución máxima es de 0,1 micrómetros . Un consorcio suizo liderado por la Universidad de Neuchatel contribuyó con el microscopio de fuerza atómica. [46]
El conjunto del sensor del laboratorio de química húmeda (WCL) y la solución de lixiviación fueron diseñados y construidos por Thermo Fisher Scientific . [50] El conjunto del actuador WCL fue diseñado y construido por Starsys Research en Boulder, Colorado. La Universidad de Tufts desarrolló los gránulos reactivos, los electrodos ISE de bario y ASV, y realizó la caracterización previa al vuelo de la matriz de sensores. [51]
El brazo robótico recogió un poco de tierra y la puso en una de las cuatro celdas húmedas del laboratorio de química, donde se añadió agua y, mientras se agitaba, una serie de sensores electroquímicos midieron una docena de iones disueltos como sodio , magnesio , calcio y sulfato que lixiviado del suelo al agua. Esto proporcionó información sobre la compatibilidad biológica del suelo, tanto para posibles microbios autóctonos como para posibles futuros visitantes de la Tierra. [52]
Los cuatro laboratorios de química húmeda eran idénticos y cada uno contenía 26 sensores químicos y un sensor de temperatura. Los electrodos selectivos de iones (ISE) de polímero pudieron determinar la concentración de iones midiendo el cambio de potencial eléctrico a través de sus membranas selectivas de iones en función de la concentración. [53] Dos electrodos sensores de gas para oxígeno y dióxido de carbono funcionaron según el mismo principio pero con membranas permeables a los gases. Se utilizó una matriz de microelectrodos de oro para la voltametría cíclica y la voltametría de extracción anódica . La voltamperometría cíclica es un método para estudiar iones aplicando una forma de onda de potencial variable y midiendo la curva corriente-voltaje. La voltamperometría de separación anódica primero deposita los iones metálicos en el electrodo de oro con un potencial aplicado. Después de invertir el potencial, se mide la corriente mientras se quitan los metales del electrodo. [ cita necesaria ]
El MECA contiene una sonda de conductividad térmica y eléctrica (TECP). [47] El TECP, diseñado por Decagon Devices , [47] cuenta con cuatro sondas que realizaron las siguientes mediciones: temperatura del suelo marciano , humedad relativa, conductividad térmica , conductividad eléctrica , permitividad dieléctrica , velocidad del viento y temperatura atmosférica.
Tres de las cuatro sondas tienen pequeños elementos calefactores y sensores de temperatura en su interior. Una sonda utiliza elementos calefactores internos para enviar un pulso de calor, registrando el momento en que se envía el pulso y monitoreando la velocidad a la que el calor se disipa fuera de la sonda. Las agujas adyacentes detectan cuando llega el pulso de calor. La velocidad a la que el calor se aleja de la sonda, así como la velocidad a la que viaja entre sondas, permite a los científicos medir la conductividad térmica, el calor específico (la capacidad del regolito para conducir calor en relación con su capacidad para almacenar calor) y la difusividad térmica ( la velocidad a la que se propaga una perturbación térmica en el suelo). [54]
Las sondas también midieron la permitividad dieléctrica y la conductividad eléctrica , que pueden usarse para calcular la humedad y la salinidad del regolito . Las agujas 1 y 2 funcionan en conjunto para medir las sales en el regolito, calentar el suelo para medir las propiedades térmicas (conductividad térmica, calor específico y difusividad térmica) del regolito y medir la temperatura del suelo. Las agujas 3 y 4 miden el agua líquida en el regolito. La aguja 4 es un termómetro de referencia para las agujas 1 y 2. [54]
El sensor de humedad TECP es un sensor de humedad relativa, por lo que debe acoplarse con un sensor de temperatura para poder medir la humedad absoluta. Tanto el sensor de humedad relativa como el sensor de temperatura están conectados directamente a la placa de circuito del TECP y, por lo tanto, se supone que están a la misma temperatura. [54]
La Estación Meteorológica (MET) registró el tiempo meteorológico diario en Marte durante el transcurso de la misión Phoenix . Está equipado con indicador de viento y sensores de presión y temperatura. El MET también contiene un dispositivo lidar (detección y alcance de luz) para muestrear la cantidad de partículas de polvo en el aire. Fue diseñado en Canadá por Optech y MDA , con el apoyo de la Agencia Espacial Canadiense. Un equipo dirigido inicialmente por la profesora Diane Michelangeli de la Universidad de York [55] [56] hasta su muerte en 2007, cuando el profesor James Whiteway asumió el cargo, [57] supervisó las operaciones científicas de la estación. El equipo de la Universidad de York incluye contribuciones de la Universidad de Alberta , la Universidad de Aarhus (Dinamarca), [58] la Universidad de Dalhousie , [59] el Instituto Meteorológico Finlandés , [60] Optech y el Servicio Geológico de Canadá . El fabricante de Canadarm MacDonald Dettwiler and Associates (MDA) de Richmond, BC construyó el MET. [61]
Durante la misión también se controlaron la velocidad del viento en la superficie, la presión y la temperatura (a través de los sensores indicadores, de presión y de temperatura) y muestran la evolución de la atmósfera a lo largo del tiempo. Para medir la contribución del polvo y el hielo a la atmósfera, se empleó un lidar. El lidar recopiló información sobre la estructura dependiente del tiempo de la capa límite planetaria investigando la distribución vertical de polvo, hielo, niebla y nubes en la atmósfera local. [ cita necesaria ]
Hay tres sensores de temperatura ( termopares ) en un mástil vertical de 1 m (3,3 pies) (que se muestra en su posición replegada) a alturas de aproximadamente 250, 500 y 1000 mm (9,8, 19,7 y 39,4 pulgadas) por encima de la plataforma del módulo de aterrizaje. Los sensores estaban referenciados a una medición de temperatura absoluta en la base del mástil. Un sensor de presión construido por el Instituto Meteorológico de Finlandia está ubicado en la caja electrónica de carga útil, que se encuentra en la superficie de la plataforma, y alberga la electrónica de adquisición para la carga útil MET. Los sensores de presión y temperatura comenzaron a funcionar en Sol 0 (26 de mayo de 2008) y operaron continuamente, tomando muestras una vez cada 2 segundos. [ cita necesaria ]
El Telltale es un instrumento conjunto canadiense-danés (derecha) que proporciona una estimación aproximada de la velocidad y dirección del viento. La velocidad se basa en la cantidad de desviación respecto de la vertical que se observa, mientras que la dirección del viento depende de la forma en que se produce esta desviación. Se emplean un espejo, ubicado debajo del indicador, y una "cruz" de calibración arriba (tal como se observa a través del espejo) para aumentar la precisión de la medición. Cualquiera de las cámaras, SSI o RAC, podía realizar esta medición, aunque normalmente se utilizaba la primera. Las observaciones periódicas, tanto de día como de noche, ayudan a comprender la variabilidad diurna del viento en el lugar de aterrizaje del Phoenix . [ cita necesaria ]
Las velocidades del viento oscilaron entre 11 y 58 km/h (6,8 a 36,0 mph). La velocidad media habitual era de 36 km/h (22 mph). [62]
El lidar de apuntamiento vertical fue capaz de detectar múltiples tipos de retrodispersión (por ejemplo, dispersión de Rayleigh y dispersión de Mie ), y el retraso entre la generación del pulso láser y el retorno de la luz dispersada por las partículas atmosféricas determina la altitud a la que se produce la dispersión. Se obtuvo información adicional a partir de luz retrodispersada en diferentes longitudes de onda (colores), y el sistema Phoenix transmitió tanto 532 nm como 1064 nm. Esta dependencia de la longitud de onda puede permitir discriminar entre hielo y polvo y servir como indicador del tamaño efectivo de partícula. [ cita necesaria ]
El láser del lidar Phoenix era un láser Nd:YAG pasivo de conmutación Q con longitudes de onda duales de 1064 nm y 532 nm. Funcionó a 100 Hz con un ancho de pulso de 10 ns. La luz dispersada fue recibida por dos detectores (verde e IR) y la señal verde se recopiló en los modos analógico y de conteo de fotones. [63] [64]
El lidar fue operado por primera vez al mediodía del Sol 3 (29 de mayo de 2008), registrando el primer perfil atmosférico extraterrestre en la superficie. Este primer perfil indicó polvo bien mezclado en los primeros kilómetros de la atmósfera de Marte , donde la capa límite planetaria se observó mediante una marcada disminución de la señal de dispersión. El gráfico de contorno (derecha) muestra la cantidad de polvo en función del tiempo y la altitud, con colores más cálidos (rojo, naranja) que indican más polvo y colores más fríos (azul, verde), que indican menos polvo. También hay un efecto de instrumentación del calentamiento del láser, provocando que la aparición de polvo aumente con el tiempo. Se puede observar una capa a 3,5 km (2,2 millas) en la gráfica, que podría ser polvo adicional o, menos probable, dada la época del sol en que se adquirió, una nube de hielo a baja altitud. [ cita necesaria ]
La imagen de la izquierda muestra el láser lidar operando en la superficie de Marte, observado por el SSI mirando hacia arriba; el rayo láser es la línea casi vertical justo a la derecha del centro. Se puede ver el polvo en lo alto tanto moviéndose en el fondo como pasando a través del rayo láser en forma de destellos brillantes. [65] El hecho de que el rayo parezca terminar es el resultado del ángulo extremadamente pequeño en el que el SSI observa el láser: ve más arriba a lo largo de la trayectoria del rayo que el polvo que hay para reflejar la luz hacia él. [ cita necesaria ]
El dispositivo láser descubrió nieve que caía de las nubes; No se sabía que esto hubiera ocurrido antes de la misión. [66] También se determinó que se formaron cirros en el área. [67]
Phoenix fue lanzado el 4 de agosto de 2007 a las 5:26:34 am EDT (09:26:34 UTC ) en un vehículo de lanzamiento Delta II 7925 desde la plataforma 17-A de la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral . El lanzamiento fue nominal y sin anomalías significativas. El módulo de aterrizaje Phoenix fue colocado en una trayectoria de tal precisión que su primera corrección de rumbo de trayectoria, realizada el 10 de agosto de 2007, a las 7:30 am EDT (11:30 UTC), fue de sólo 18 m/s. El lanzamiento tuvo lugar durante una ventana de lanzamiento que se extendió desde el 3 de agosto de 2007 hasta el 24 de agosto de 2007. Debido a la pequeña ventana de lanzamiento, el lanzamiento reprogramado de la misión Dawn (originalmente planeado para el 7 de julio) tuvo que lanzarse después de Phoenix en septiembre. . Se eligió el cohete Delta II debido a su exitoso historial de lanzamientos, que incluye lanzamientos de los vehículos de exploración de Marte Spirit y Opportunity en 2003 y Mars Pathfinder en 1996. [68]
Una nube noctilucente fue creada por los gases de escape del cohete Delta II 7925 utilizado para lanzar Phoenix . [69] Los colores de la nube se formaron a partir del efecto prismático de las partículas de hielo presentes en el rastro de escape.
El Jet Propulsion Laboratory hizo ajustes en las órbitas de sus dos satélites activos alrededor de Marte, Mars Reconnaissance Orbiter y Mars Odyssey, y la Agencia Espacial Europea ajustó de manera similar la órbita de su nave espacial Mars Express para estar en el lugar correcto el 25 de mayo de 2008. para observar a Phoenix cuando entró en la atmósfera y luego aterrizó en la superficie. Esta información ayuda a los diseñadores a mejorar futuros módulos de aterrizaje. [70] El área de aterrizaje proyectada era una elipse de 100 por 20 km (62 por 12 millas) que cubría un terreno que informalmente se ha denominado " Valle Verde " [71] y contiene la mayor concentración de hielo de agua fuera de los polos.
Phoenix entró en la atmósfera marciana a casi 21.000 km/h (13.000 mph), y en 7 minutos había disminuido su velocidad a 8 km/h (5,0 mph) antes de aterrizar en la superficie. La confirmación de la entrada atmosférica se recibió a las 4:46 pm PDT (23:46 UTC ). Las señales de radio recibidas a las 4:53:44 pm PDT [72] confirmaron que Phoenix había sobrevivido a su difícil descenso y aterrizó 15 minutos antes, completando así un vuelo de 680 millones de kilómetros (422 millones de millas) desde la Tierra. [73]
Por razones desconocidas, el paracaídas se desplegó unos 7 segundos más tarde de lo esperado, lo que llevó a una posición de aterrizaje a unos 25 a 28 km (16 a 17 millas) al este, cerca del borde de la elipse de aterrizaje prevista del 99% .La cámara del Experimento Científico de Imágenes de Alta Resolución (HiRISE) del Mars Reconnaissance Orbiter fotografió a Phoenix suspendido de su paracaídas durante su descenso a través de la atmósfera marciana. Esta fue la primera vez que una nave espacial fotografió a otra en el acto de aterrizar en un planeta [74] [75] (la Luna no es un planeta, sino un satélite ). La misma cámara también tomó imágenes de Phoenix en la superficie con suficiente resolución para distinguir el módulo de aterrizaje y sus dos conjuntos de células solares. Los controladores terrestres utilizaron datos de seguimiento Doppler de Odyssey y Mars Reconnaissance Orbiter para determinar la ubicación precisa del módulo de aterrizaje como 68 ° 13′08 ″ N 234 ° 15′03 ″ E / 68.218830 ° N 234.250778 ° E / 68.218830; 234.250778 . [76] [77]
Phoenix aterrizó en el Valle Verde de Vastitas Borealis el 25 de mayo de 2008, [78] a finales de la primavera del hemisferio norte marciano ( L s = 76,73), donde el Sol brilló sobre sus paneles solares durante todo el día marciano. [79] En el solsticio de verano del norte de Marte (25 de junio de 2008), el Sol apareció en su elevación máxima de 47,0 grados. Phoenix experimentó su primera puesta de sol a principios de septiembre de 2008. [79]
El aterrizaje se realizó sobre una superficie plana y el módulo de aterrizaje informó solo 0,3 grados de inclinación. Justo antes de aterrizar, la nave utilizó sus propulsores para orientar sus paneles solares a lo largo de un eje este-oeste para maximizar la generación de energía. El módulo de aterrizaje esperó 15 minutos antes de abrir sus paneles solares para permitir que el polvo se asentara. Las primeras imágenes del módulo de aterrizaje estuvieron disponibles alrededor de las 7:00 pm PDT (2008-05-26 02:00 UTC). [80] Las imágenes muestran una superficie sembrada de guijarros y cortada con pequeños canales en polígonos de aproximadamente 5 m (16 pies) de ancho y 10 cm (3,9 pulgadas) de alto, con la esperada ausencia de grandes rocas y colinas.
Al igual que la nave espacial Viking de la década de 1970 , Phoenix utilizó retrocohetes para su descenso final. [81] Los experimentos realizados por Nilton Renno, co-investigador de la misión de la Universidad de Michigan, y sus estudiantes han investigado cuánto polvo de la superficie se levantaría al aterrizar. [82] Investigadores de la Universidad de Tufts, dirigidos por el co-investigador Sam Kounaves, llevaron a cabo experimentos adicionales en profundidad para identificar el alcance de la contaminación por amoníaco del propulsor de hidracina y sus posibles efectos en los experimentos químicos. En 2007, un informe a la Sociedad Astronómica Estadounidense realizado por el profesor Dirk Schulze-Makuch de la Universidad Estatal de Washington sugirió que Marte podría albergar formas de vida basadas en peróxido que los módulos de aterrizaje Viking no pudieron detectar debido a una química inesperada. [83] La hipótesis se propuso mucho después de que se pudieran realizar modificaciones en Phoenix . Uno de los investigadores de la misión Phoenix , el astrobiólogo de la NASA Chris McKay , afirmó que el informe "despertó su interés" y que se buscarían formas de probar la hipótesis con los instrumentos de Phoenix .
El primer movimiento del brazo robótico se retrasó un día cuando, el 27 de mayo de 2008, las órdenes desde la Tierra no fueron transmitidas al módulo de aterrizaje Phoenix en Marte. Los comandos fueron al Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA como estaba planeado, pero el sistema de radio Electra UHF del orbitador para transmitir comandos a Phoenix se apagó temporalmente. Sin nuevos comandos, el módulo de aterrizaje llevó a cabo una serie de actividades de respaldo. El 27 de mayo, el Mars Reconnaissance Orbiter transmitió imágenes y otra información de esas actividades a la Tierra.
El brazo robótico fue una parte fundamental de la misión Phoenix a Marte. El 28 de mayo, los científicos que lideraban la misión enviaron órdenes para desplegar su brazo robótico y tomar más imágenes de su lugar de aterrizaje. Las imágenes revelaron que la nave espacial aterrizó donde tenía acceso para excavar un polígono a lo largo del canal y excavar en su centro. [84]
El brazo robótico del módulo de aterrizaje tocó suelo de Marte por primera vez el 31 de mayo de 2008 (sol 6). Recogió tierra y comenzó a tomar muestras del suelo marciano en busca de hielo después de días de probar sus sistemas. [85]
El agrietamiento poligonal en la zona de aterrizaje se había observado previamente desde la órbita y es similar a los patrones observados en áreas de permafrost en regiones polares y de gran altitud de la Tierra . [86] La cámara del brazo robótico de Phoenix tomó una imagen debajo del módulo de aterrizaje en el sol 5 que muestra parches de una superficie lisa y brillante descubierta cuando el escape del propulsor explotó sobre el suelo suelto que lo recubría. [87] Más tarde se demostró que era hielo de agua. [88] [89]
El 19 de junio de 2008 (sol 24), la NASA anunció que grupos de material brillante del tamaño de un dado en la trinchera "Dodo-Ricitos de Oro" excavada por el brazo robótico se habían vaporizado en el transcurso de cuatro días, lo que implica fuertemente que estaban compuestos de agua. hielo que se sublimaba tras la exposición. Si bien el hielo seco también se sublima, en las condiciones presentes lo haría a un ritmo mucho más rápido de lo observado. [90] [91] [92]
El 31 de julio de 2008 (sol 65), la NASA anunció que Phoenix confirmó la presencia de hielo de agua en Marte, tal como lo predijo en 2002 el orbitador Mars Odyssey . Durante el ciclo de calentamiento inicial de una nueva muestra, el espectrómetro de masas de TEGA detectó vapor de agua cuando la temperatura de la muestra alcanzó los 0 °C. [93] No puede existir agua líquida en la superficie de Marte con su baja presión atmosférica actual, excepto en las elevaciones más bajas durante períodos cortos. [94] [95]
Con Phoenix en buen estado de funcionamiento, la NASA anunció financiación operativa hasta el 30 de septiembre de 2008 (sol 125). El equipo científico trabajó para determinar si el hielo de agua alguna vez se descongela lo suficiente como para estar disponible para los procesos de vida y si hay presentes sustancias químicas que contienen carbono y otras materias primas para la vida.
Además, durante 2008 y principios de 2009 surgió un debate dentro de la NASA sobre la presencia de "manchas" que aparecían en las fotografías de los puntales de aterrizaje del vehículo, que han sido descritas de diversas formas como gotas de agua o "grumos de escarcha". [96] Debido a la falta de consenso dentro del proyecto científico Phoenix , el tema no se había planteado en ninguna conferencia de prensa de la NASA. [96]
Un científico pensó que los propulsores del módulo de aterrizaje arrojaron una bolsa de salmuera justo debajo de la superficie marciana sobre el puntal de aterrizaje durante el aterrizaje del vehículo. Luego, las sales habrían absorbido vapor de agua del aire, lo que habría explicado cómo parecieron aumentar de tamaño durante los primeros 44 soles (días marcianos) antes de evaporarse lentamente a medida que la temperatura de Marte descendía. [96]
El 24 de junio de 2008 (sol 29), los científicos de la NASA lanzaron una serie de pruebas científicas. El brazo robótico recogió más tierra y la entregó a tres analizadores a bordo diferentes: un horno que la horneaba y probaba los gases emitidos, un generador de imágenes microscópico y un laboratorio de química húmeda (WCL). [97] El brazo robótico del módulo de aterrizaje se colocó sobre el embudo de entrega del Laboratorio de Química Húmeda el Sol 29 (el día 29 en Marte después del aterrizaje, es decir, el 24 de junio de 2008). El suelo se transfirió al instrumento en el sol 30 (25 de junio de 2008) y Phoenix realizó las primeras pruebas de química húmeda. El 31 de sol (26 de junio de 2008), Phoenix devolvió los resultados de la prueba de química húmeda con información sobre las sales en el suelo y su acidez. El laboratorio de química húmeda (WCL) [98] formaba parte del conjunto de herramientas denominado Analizador de microscopía, electroquímica y conductividad (MECA). [99]
Un panorama de 360 grados elaborado a partir de imágenes tomadas en los soles 1 y 3 después del aterrizaje. La parte superior se ha estirado verticalmente en un factor de 8 para resaltar los detalles. Visibles cerca del horizonte a máxima resolución son la carcasa trasera y el paracaídas (un punto brillante sobre el borde derecho del panel solar izquierdo , a unos 300 m (980 pies) de distancia) y el escudo térmico y su marca de rebote (dos extremos rayas oscuras sobre el centro del panel solar izquierdo, a unos 150 m (490 pies) de distancia); En el horizonte, a la izquierda del mástil meteorológico, hay un cráter.
El módulo de aterrizaje de energía solar funcionó dos meses más que su misión principal de tres meses. El módulo de aterrizaje fue diseñado para durar 90 días y había estado funcionando con tiempo extra desde el final exitoso de su misión principal en agosto de 2008. [8] [101] El 28 de octubre de 2008 (sol 152), el módulo de aterrizaje entró en modo seguro debido a limitaciones de energía basadas en la cantidad insuficiente de luz solar que llega al módulo de aterrizaje, [102] como se esperaba en esta época del año. Entonces se decidió apagar los cuatro calentadores que mantienen caliente el equipo y, al sacar el módulo de aterrizaje del modo seguro , se enviaron comandos para apagar dos de los calentadores en lugar de solo uno como se planeó originalmente para el primer paso. Los calentadores involucrados proporcionan calor al brazo robótico, al instrumento TEGA y a una unidad pirotécnica en el módulo de aterrizaje que no se usaron desde el aterrizaje, por lo que estos tres instrumentos también fueron apagados.
El 10 de noviembre, Phoenix Mission Control informó la pérdida de contacto con el módulo de aterrizaje Phoenix ; la última señal se recibió el 2 de noviembre. [103] La desaparición de la nave se produjo como resultado de una tormenta de polvo que redujo aún más la generación de energía. [104] Si bien el trabajo de la nave espacial terminó, el análisis de los datos de los instrumentos se encontraba en sus primeras etapas.
Aunque no fue diseñada para sobrevivir al gélido invierno marciano, el modo seguro de la nave espacial mantuvo abierta la opción de restablecer las comunicaciones si el módulo de aterrizaje podía recargar sus baterías durante la próxima primavera marciana. [105] Sin embargo, su ubicación de aterrizaje se encuentra en un área que generalmente forma parte de la capa de hielo del polo norte durante el invierno marciano, y se vio desde la órbita que el módulo de aterrizaje estaba encerrado en hielo seco . [106] Se estima que, en su punto máximo, la capa de hielo de CO 2 en las proximidades del módulo de aterrizaje totalizaría aproximadamente 30 gramos/cm 2 , lo que es suficiente para formar una densa losa de hielo seco de al menos 19 cm (7,5 pulgadas) grueso. [107] Se consideró poco probable que la nave espacial pudiera soportar estas condiciones, ya que sus frágiles paneles solares probablemente se romperían bajo tanto peso. [107] [108]
Los científicos intentaron establecer contacto con Phoenix a partir del 18 de enero de 2010 (sol -835), pero no tuvieron éxito. Otros intentos en febrero y abril tampoco lograron captar ninguna señal del módulo de aterrizaje. [105] [106] [109] [110] El director del proyecto, Barry Goldstein, anunció el 24 de mayo de 2010 que el proyecto finalizaría formalmente. Las imágenes del Mars Reconnaissance Orbiter mostraron que sus paneles solares aparentemente sufrieron daños irreparables por la congelación durante el invierno marciano. [111] [112]
A diferencia de otros lugares de Marte visitados con módulos de aterrizaje ( Viking y Pathfinder ), casi todas las rocas cercanas a Phoenix son pequeñas. Hasta donde alcanza la cámara, el terreno es plano, pero tiene forma de polígonos de entre 2 y 3 m (6,6 a 9,8 pies) de diámetro y está delimitado por canales de 20 a 50 cm (7,9 a 19,7 pulgadas) de profundidad. . Estas formas se deben a que el hielo del suelo se expande y contrae debido a cambios importantes de temperatura. El microscopio mostró que el suelo encima de los polígonos está compuesto de partículas planas (probablemente un tipo de arcilla) y partículas redondeadas. Además, a diferencia de otros lugares visitados en Marte, el sitio no tiene ondulaciones ni dunas. [88] Hay hielo a unos pocos centímetros debajo de la superficie en el medio de los polígonos, y a lo largo de sus bordes, el hielo tiene al menos 20 cm (8 pulgadas) de profundidad. Cuando el hielo queda expuesto a la atmósfera marciana, se sublima lentamente . [113] Se observaron algunos remolinos de polvo .
Se observó nieve cayendo de los cirros. Las nubes se formaron a un nivel en la atmósfera de alrededor de -65 °C (-85 °F), por lo que tendrían que estar compuestas de hielo de agua, en lugar de hielo de dióxido de carbono (hielo seco), porque, en el Debido a la baja presión de la atmósfera marciana, la temperatura para la formación de hielo de dióxido de carbono es mucho más baja: menos de -120 °C (-184 °F). Ahora se cree que el hielo de agua (nieve) se habría acumulado más adelante en el año en este lugar. [114] Esto representa un hito en la comprensión del clima marciano. Las velocidades del viento oscilaron entre 11 y 58 km/h (6,8 a 36,0 mph). La velocidad media habitual era de 36 km/h (22 mph). Estas velocidades parecen altas, pero la atmósfera de Marte es muy delgada (menos del 1% de la de la Tierra) y, por lo tanto, no ejerció mucha fuerza sobre la nave espacial. La temperatura más alta medida durante la misión fue de -19,6 °C (-3,3 °F), mientras que la más fría fue de -97,7 °C (-143,9 °F). [62]
La interpretación de los datos transmitidos desde la nave se publicó en la revista Science . Según los datos revisados por pares, se confirmó la presencia de hielo de agua y que el sitio tuvo un clima más húmedo y cálido en el pasado reciente. El hallazgo de carbonato de calcio en el suelo marciano lleva a los científicos a pensar que el sitio había estado húmedo en el pasado geológico. Durante los ciclos diurnos estacionales o de períodos más largos, el agua puede haber estado presente en forma de películas delgadas. La inclinación u oblicuidad de Marte cambia mucho más que la de la Tierra; de ahí que sean probables épocas de mayor humedad. [115]
Los resultados de química mostraron que la superficie del suelo era moderadamente alcalina , con un pH de 7,7 ±0,5. [53] [116] El nivel general de salinidad es modesto. El análisis de TEGA de su primera muestra de suelo indicó la presencia de agua unida y CO 2 que se liberaron durante el ciclo de calentamiento final (temperatura más alta, 1000 °C). [117]
Los elementos detectados y medidos en las muestras son cloruro, bicarbonato , magnesio , sodio , potasio , calcio y sulfato . [116] Un análisis de datos adicional indicó que el suelo contiene sulfato soluble (SO 4 2- ) en un mínimo de 1,1% y proporcionó una formulación refinada del suelo. [116]
El análisis del Phoenix WCL también mostró que el Ca(ClO 4 ) 2 en el suelo no ha interactuado con agua líquida de ninguna forma, quizás desde hace 600 millones de años. Si así fuera, el Ca(ClO 4 ) 2 altamente soluble en contacto con el agua líquida habría formado sólo CaSO 4 . Esto sugiere un ambiente severamente árido, con interacción mínima o nula con agua líquida. [118] El nivel de pH y salinidad se consideraba benigno desde el punto de vista de la biología.
El 1 de agosto de 2008, Aviation Week informó que " La NASA ha alertado a la Casa Blanca sobre los planes de hacer pronto un anuncio sobre nuevos descubrimientos importantes del módulo de aterrizaje Phoenix relacionados con el "potencial de vida" en Marte, dijeron los científicos a Aviation Week & Space Technology. " [119] Esto llevó a una moderada especulación en los medios de comunicación sobre si se había descubierto alguna evidencia de vida pasada o presente. [120] [121] [122] Para sofocar la especulación, la NASA publicó los hallazgos preliminares que indican que el suelo de Marte contiene perclorato ( ClO
4) y, por lo tanto, puede que no sea tan beneficioso para la vida como se pensaba anteriormente. [123] [124] La presencia de casi 0,5% de percloratos en el suelo fue un hallazgo inesperado con amplias implicaciones. [98]
Una investigación de laboratorio publicada en julio de 2017 demostró que cuando se irradian con un flujo ultravioleta simulado marciano, los percloratos se vuelven bactericidas. [125] Otros dos compuestos de la superficie marciana, los óxidos de hierro y el peróxido de hidrógeno , actúan en sinergia con los percloratos irradiados para causar un aumento de 10,8 veces en la muerte celular en comparación con las células expuestas a la radiación ultravioleta después de 60 segundos de exposición. [125] También se descubrió que los silicatos desgastados (cuarzo y basalto) conducen a la formación de especies tóxicas reactivas de oxígeno . [126] Los resultados dejan abierta la cuestión de la presencia de compuestos orgánicos, ya que calentar las muestras que contienen perclorato habría descompuesto los compuestos orgánicos presentes. [127] Sin embargo, en el frío subsuelo de Marte, que proporciona una protección sustancial contra la radiación ultravioleta, los organismos halotolerantes podrían sobrevivir a mayores concentraciones de perclorato mediante adaptaciones fisiológicas similares a las observadas en la levadura Debaryomyces hansenii expuesta en experimentos de laboratorio a concentraciones crecientes de NaClO 4 . [128]
El perclorato (ClO 4 ) es un oxidante fuerte , por lo que tiene potencial para usarse como combustible para cohetes y como fuente de oxígeno para futuras misiones. [129] Además, cuando se mezcla con agua, el perclorato puede reducir considerablemente el punto de congelación del agua, de manera similar a cómo se aplica la sal a las carreteras para derretir el hielo. Por lo tanto, el perclorato puede estar permitiendo que hoy se formen pequeñas cantidades de agua líquida en la superficie de Marte. Los barrancos , que son comunes en ciertas áreas de Marte, pueden haberse formado a partir del perclorato que derrite el hielo y hace que el agua erosione el suelo en pendientes pronunciadas. [130] También se han detectado percloratos en el lugar de aterrizaje del rover Curiosity , más cerca de Marte ecuatorial, y en el meteorito marciano EETA79001, [131] lo que sugiere una "distribución global de estas sales". [132] Sólo es probable que en el subsuelo congelado se conserven compuestos orgánicos altamente refractarios y/o bien protegidos . [131] Por lo tanto, el instrumento del MOMA que se planea volar en el rover ExoMars 2022 empleará un método que no se ve afectado por la presencia de percloratos para detectar y medir compuestos orgánicos subterráneos. [133]
Adjunto a la cubierta del módulo de aterrizaje (junto a la bandera de EE. UU.) hay un DVD especial compilado por The Planetary Society . El disco contiene Visions of Mars, una colección multimedia de literatura y arte sobre el Planeta Rojo. Las obras incluyen el texto de la novela La guerra de los mundos de HG Wells de 1897 (y la transmisión de radio de 1938 de Orson Welles ), el libro de Percival Lowell de 1908 Mars as the Abode of Life con un mapa de los canales propuestos , Ray Bradbury de 1950 la novela The Martian Chronicles y la novela Green Mars de Kim Stanley Robinson de 1993 . También hay mensajes dirigidos directamente a futuros visitantes o colonos marcianos de, entre otros, Carl Sagan y Arthur C. Clarke . En 2006, The Planetary Society recopiló un cuarto de millón de nombres enviados a través de Internet y los colocó en el disco, que afirma, en el frente, ser "la primera biblioteca en Marte". [134] Este DVD está hecho de un vidrio de sílice especial diseñado para resistir el ambiente marciano, que dura cientos (si no miles) de años en la superficie mientras espera ser recuperado por futuros exploradores. Esto es similar en concepto al Voyager Golden Record que se envió en las misiones Voyager 1 y Voyager 2 .
El texto justo debajo del centro del disco dice:
Este archivo, proporcionado a la misión Phoenix de la NASA por The Planetary Society, contiene literatura y arte (Visions of Mars), saludos de los visionarios de Marte de nuestros días y nombres de terrícolas del siglo XXI que querían enviar sus nombres a Marte. Este DVD-ROM está diseñado para leerse en computadoras personales en 2007. La información se almacena en una ranura en espiral del disco. Un rayo láser puede escanear la ranura cuando está metalizada o se puede utilizar un microscopio. Protuberancias y agujeros muy pequeños representan los ceros y unos de la información digital. La ranura tiene aproximadamente 0,74 micrómetros de ancho. Para obtener más información, consulte el documento de estándares ECMA-268 (Disco de sólo lectura DVD de 80 mm). [135]
Se suponía que se había enviado una versión anterior en CD con la nave espacial rusa Mars 94 , que debía aterrizar en Marte en el otoño de 1995. [136]
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