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 e 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 del lanzamiento. [3]
El programa multiagencia 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 y realizó una última y breve comunicación 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 pudieron volver a contactar con la nave. [6] Después de los intentos fallidos de contactar con el módulo de aterrizaje por parte del 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 inactivo. 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 descifrar la historia del cambio climático pasado . El segundo era 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 enviar datos desde 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 esperada [8] en poco más de dos meses antes de sucumbir al frío y la oscuridad cada vez mayores de un invierno marciano que se acercaba. [6] Los investigadores esperaban que el módulo de aterrizaje sobreviviera al invierno marciano para poder presenciar el desarrollo del hielo polar a su alrededor; tal vez podría haber aparecido hasta un metro (3 pies) de hielo de dióxido de carbono sólido. Incluso si hubiera sobrevivido parte del invierno, el frío intenso le habría impedido durar hasta el final. [9] Se eligió que la misión fuera un módulo de aterrizaje fijo en lugar de un rover porque: [10]
Las observaciones de metano en Marte realizadas entre 2003 y 2004 fueron realizadas de forma remota por tres equipos que trabajaban con datos separados. Si el metano está realmente presente en la atmósfera de Marte , entonces algo debe estar produciéndolo en el planeta ahora, porque el gas se descompone por la radiación en Marte en un plazo 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 la 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, congelada debajo de la superficie. Por lo tanto, la misión se financió con la expectativa de que Phoenix encontraría 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 Scout 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 la NASA de $ 325 millones es más de seis veces mayor que cualquier otra subvención de investigación individual 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 dirigir la misión. La misión recibió 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 misión como de la anterior fallida Mars Polar Lander . Lockheed Martin , que construyó el módulo de aterrizaje, había mantenido el módulo de aterrizaje casi completo en una sala limpia con control ambiental desde 2001 hasta que la misión fue financiada por el Programa Scout de la NASA . [21]
Phoenix fue una asociación de universidades, centros de la NASA y la industria aeroespacial. Los instrumentos científicos y las operaciones fueron responsabilidad de la Universidad de Arizona . El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California , administró el proyecto y proporcionó el diseño y el 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), Max Planck Institute for Solar System Research (Alemania), NASA Ames Research Center (California), NASA Johnson Space Center (Texas), MacDonald, Dettwiler and Associates (Canadá), Optech Incorporated (Canadá) , SETI Institute , Texas A&M University , Tufts University , University of Colorado , University of Copenhagen (Dinamarca), University of Michigan , University of Neuchâtel (Suiza), University of Texas en Dallas , University of Washington , Washington University en St. Louis y York University (Canadá). Científicos del Imperial College London y la Universidad de Bristol proporcionaron hardware para la misión y fueron parte del equipo que operaba la estación de microscopio. [23]
El 2 de junio de 2005, tras una revisión crítica del progreso de la planificación del proyecto y del diseño preliminar, la NASA aprobó que la misión procediera según lo planeado. [24] El propósito de la revisión fue 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 monopropulsantes 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 monopropulsantes de hidracina de 302 N (68,0 lbf) de Aerojet para aterrizar el Phoenix , elementos mecánicos y estructurales, y un sistema de calefacción para garantizar que la nave espacial 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 malogrado Mars Polar Lander , así como experimentos que se habían construido para el cancelado Mars Surveyor 2001 Lander , incluido un brazo robótico para excavar 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 el EDL se llevó a cabo el Experimento de Estructura Atmosférica, en el que se utilizaron datos del acelerómetro y del giroscopio registrados durante el descenso del módulo de aterrizaje a través de la atmósfera para crear un perfil vertical de la temperatura, la presión y la 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) por debajo de una superficie arenosa. Tomó muestras de tierra y hielo que fueron analizadas por otros instrumentos en el módulo de aterrizaje. El brazo fue diseñado y construido para el Laboratorio de Propulsión a Chorro por Alliance Spacesystems, LLC [30] (ahora MDA US Systems, LLC) en Pasadena, California. Una herramienta de raspado giratoria ubicada en el talón de la pala se utilizó para cortar el fuerte permafrost. Los recortes de la raspa se expulsaron en el talón de la pala y se transfirieron a la parte delantera para su entrega a los instrumentos. La herramienta de raspado fue concebida en el Laboratorio de Propulsión a Chorro. La versión de vuelo de la raspa fue diseñada y construida por HoneyBee Robotics. El 28 de mayo de 2008 se enviaron las órdenes para que se desplegara el brazo, comenzando con el retiro de una cubierta protectora que debía servir como precaución redundante contra la posible contaminación del suelo marciano por formas de vida terrestres. La cámara del brazo robótico (RAC) colocada en el brazo robótico justo encima de la pala pudo tomar fotografías a todo color de la zona, así como verificar las muestras que trajo la pala y examinar los granos de la zona donde el brazo robótico acababa de excavar. La cámara fue fabricada por la Universidad de Arizona y el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar , [31] Alemania. [32]
La cámara principal del módulo de aterrizaje era la Surface Stereo Imager (SSI). Se trata de una cámara estéreo que se describe como "una mejora de mayor resolución de la cámara utilizada 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 de gases térmicos y 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 gas de dióxido de carbono se emitieron, cuánto hielo de agua contenían las muestras y qué minerales están presentes que pueden haberse formado durante un clima pasado más húmedo y cálido. El instrumento también midió volátiles orgánicos , como 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 el primario y viceversa. [39]
A principios de junio, los primeros intentos de introducir tierra en el TEGA no tuvieron éxito porque parecía demasiado "grumosa" para las pantallas. [40] [41] El 11 de junio, el primero de los ocho hornos se llenó con una muestra de tierra después de varios intentos de pasar la muestra a través de la pantalla del TEGA. [ cita requerida ] El 17 de junio, se anunció que no se había encontrado agua en esta muestra; sin embargo, dado que había estado expuesta a la atmósfera durante varios días antes de entrar en el horno, cualquier hielo de agua inicial que pudiera haber contenido podría haberse perdido por sublimación . [ cita requerida ]
El instrumento MARDI (Mars Descent Imager) tenía como objetivo tomar fotografías del lugar de aterrizaje durante los últimos tres minutos del descenso. Como se había planeado originalmente, habría comenzado a tomar fotografías después de que el aeroshell se desprendiera, a unos 8 km (5,0 mi) sobre el suelo marciano. [ cita requerida ]
Antes del lanzamiento, las pruebas de la nave espacial ensamblada descubrieron un posible problema de corrupción de datos con una tarjeta de interfaz que fue diseñada para enviar datos de imágenes MARDI, así como datos de varias 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 que se podrían haber perdido los datos de la Unidad de Medición Inercial de la nave espacial ; estos datos eran fundamentales para controlar el descenso y el aterrizaje. Esto se consideró un riesgo inaceptable y se decidió no utilizar MARDI durante la misión. [42] Como el defecto se descubrió demasiado tarde para realizar reparaciones, la cámara permaneció instalada en Phoenix , pero no se utilizó para tomar fotografías, ni tampoco se utilizó su micrófono incorporado. [43]
Las imágenes de MARDI tenían como objetivo ayudar a determinar exactamente dónde aterrizó el módulo de aterrizaje y, posiblemente, ayudar a encontrar posibles objetivos científicos. También se utilizarían para saber si el área donde aterriza el módulo de aterrizaje es típica del terreno circundante. MARDI fue construida por Malin Space Science Systems . [44] Habría utilizado solo 3 vatios de energía durante el proceso de obtención de imágenes, menos que la mayoría de las otras cámaras espaciales. Originalmente había sido diseñada y construida para realizar la misma función en la misión Mars Surveyor 2001 Lander ; después de que se cancelara esa misión, MARDI pasó varios años almacenada hasta que se desplegó 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 . Consiste en 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 el MECA. Un consorcio suizo liderado por la Universidad de Neuchâtel contribuyó con el microscopio de fuerza atómica. [46]
Utilizando MECA, los investigadores examinaron partículas de suelo de hasta 16 μm de diámetro; además, intentaron determinar la composición química de los iones solubles en agua en el suelo. También midieron la conductividad eléctrica y térmica de las partículas del suelo utilizando una sonda en la pala del brazo robótico. [47]
Este instrumento presenta 6 de los 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 in × 0,079 in) 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 hacia la muestra. La resolución máxima es de 0,1 micrómetros . Un consorcio suizo dirigido por la Universidad de Neuchatel contribuyó con el microscopio de fuerza atómica. [46]
El conjunto de sensores y la solución de lixiviación del laboratorio de química húmeda (WCL) fueron diseñados y construidos por Thermo Fisher Scientific . [50] El conjunto de actuadores del WCL fue diseñado y construido por Starsys Research en Boulder, Colorado. La Universidad de Tufts desarrolló los pellets de reactivo, el ISE de bario y los electrodos ASV, y realizó la caracterización previa al vuelo del conjunto de sensores. [51]
El brazo robótico recogió un poco de tierra y la colocó en una de las cuatro celdas de laboratorio de química húmeda, donde se agregó agua y, mientras revolvía, una serie de sensores electroquímicos midieron una docena de iones disueltos, como sodio , magnesio , calcio y sulfato , que se filtraron 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, cada uno de ellos contenía 26 sensores químicos y un sensor de temperatura. Los electrodos selectivos de iones (ISE) de polímeros pudieron determinar la concentración de iones midiendo el cambio en el potencial eléctrico a través de sus membranas selectivas de iones en función de la concentración. [53] Dos electrodos de detección de gases 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 voltamperometría cíclica y la voltamperometría de desprendimiento anódico . La voltamperometría cíclica es un método para estudiar iones mediante la aplicación de una forma de onda de potencial variable y la medición de la curva de corriente-voltaje. La voltamperometría de desprendimiento anódico primero deposita los iones metálicos sobre el electrodo de oro con un potencial aplicado. Después de que se invierte el potencial, se mide la corriente mientras los metales se retiran del electrodo. [ cita requerida ]
El MECA contiene una sonda de conductividad térmica y eléctrica (TECP). [47] La TECP, diseñada por Decagon Devices , [47] tiene 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 de ellas utiliza elementos calefactores internos para enviar un pulso de calor, registrando el tiempo de envío del pulso y controlando la velocidad a la que el calor se disipa fuera de la sonda. Las agujas adyacentes detectan cuándo 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 las 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 se pueden utilizar 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 estar acoplado a un sensor de temperatura para 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 clima diario de Marte durante el curso de la misión Phoenix . Está equipada con un indicador de viento y sensores de presión y temperatura. La MET también contiene un dispositivo lidar (detección y medición de luz) para muestrear la cantidad de partículas de polvo en el aire. Fue diseñada en Canadá por Optech y MDA , con el apoyo de la Agencia Espacial Canadiense. Un equipo inicialmente dirigido por la profesora Diane Michelangeli de la Universidad de York [55] [56] hasta su muerte en 2007, cuando el profesor James Whiteway tomó el control, [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 del Canadarm, MacDonald Dettwiler and Associates (MDA) de Richmond, BC, construyó la MET. [61]
Durante la misión también se monitorizaron la velocidad del viento, la presión y la temperatura de la superficie (mediante sensores de presión, temperatura y de indicadores) y se muestra la evolución de la atmósfera con el 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 del polvo, el hielo, la niebla y las nubes en la atmósfera local. [ cita requerida ]
Hay tres sensores de temperatura ( termopares ) en un mástil vertical de 1 m (3,3 pies) (mostrados en su posición replegada) a alturas de aproximadamente 250, 500 y 1.000 mm (9,8, 19,7 y 39,4 pulgadas) por encima de la plataforma 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 Finlandés 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 de forma continua, tomando muestras una vez cada 2 segundos. [ cita requerida ]
El Telltale es un instrumento conjunto canadiense y danés (derecha) que proporciona una estimación aproximada de la velocidad y la dirección del viento. La velocidad se basa en la cantidad de desviación de la vertical que se observa, mientras que la dirección del viento se proporciona según la dirección en que se produce esta desviación. Se utilizan un espejo, ubicado debajo del indicador, y una "cruz" de calibración encima (como se observa a través del espejo) para aumentar la precisión de la medición. Cualquiera de las cámaras, SSI o RAC, podría 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 requerida ]
La velocidad del viento oscilaba entre 11 y 58 km/h (6,8 y 36 mph). La velocidad media habitual era de 36 km/h (22 mph). [62]
El lidar de orientación 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 determinó la altitud a la que se produce la dispersión. Se obtuvo información adicional de la 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 las partículas. [ cita requerida ]
El láser del lidar Phoenix era un láser Nd:YAG pasivo conmutado por Q con longitudes de onda duales de 1064 nm y 532 nm. Operaba a 100 Hz con un ancho de pulso de 10 ns. La luz dispersa era recibida por dos detectores (verde e IR) y la señal verde se recolectaba tanto en modo analógico como en modo de conteo de fotones. [63] [64]
El lidar se puso en funcionamiento por primera vez al mediodía del sol 3 (29 de mayo de 2008), registrando el primer perfil atmosférico extraterrestre de 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 por 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) indicando más polvo, y colores más fríos (azul, verde), indicando menos polvo. También hay un efecto de instrumentación del calentamiento del láser, lo que hace que la apariencia del polvo aumente con el tiempo. En el gráfico se puede observar una capa a 3,5 km (2,2 mi), que podría ser polvo adicional o, menos probable, dada la hora del sol en que se adquirió, una nube de hielo a baja altitud. [ cita requerida ]
La imagen de la izquierda muestra el láser lidar operando sobre la superficie de Marte, tal como lo observa el SSI mirando hacia arriba; el rayo láser es la línea casi vertical justo a la derecha del centro. Se puede ver polvo en el cielo 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 abajo. [ cita requerida ]
El dispositivo láser detectó nieve cayendo de las nubes, algo que no se sabía antes de la misión. [66] También se determinó que se formaron cirros en la zona. [67]
El 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 sin anomalías significativas. El módulo de aterrizaje Phoenix fue colocado en una trayectoria de tal precisión que su primera quema de corrección de rumbo de trayectoria, realizada el 10 de agosto de 2007 a las 7:30 am EDT (11:30 UTC), fue de solo 18 m/s. El lanzamiento tuvo lugar durante una ventana de lanzamiento que se extendió del 3 al 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 ser lanzado después de Phoenix en septiembre. Se eligió el cohete Delta II debido a su exitoso historial de lanzamientos, que incluye los lanzamientos de los exploradores de Marte Spirit y Opportunity en 2003 y el Mars Pathfinder en 1996. [68]
Una nube noctilucente fue creada por los gases de escape del cohete Delta II 7925 utilizado para lanzar el Phoenix . [69] Los colores en la nube se formaron a partir del efecto prismático de las partículas de hielo presentes en el rastro de escape.
The Jet Propulsion Laboratory made adjustments to the orbits of its two active satellites around Mars, Mars Reconnaissance Orbiter and Mars Odyssey, and the European Space Agency similarly adjusted the orbit of its Mars Express spacecraft to be in the right place on May 25, 2008, to observe Phoenix as it entered the atmosphere and then landed on the surface. This information helps designers to improve future landers.[70] The projected landing area was an ellipse 100 by 20 km (62 by 12 mi) covering terrain which has been informally named "Green Valley"[71] and contains the largest concentration of water ice outside the poles.
Phoenix entered the Martian atmosphere at nearly 21,000 km/h (13,000 mph), and within 7 minutes had decreased its speed to 8 km/h (5.0 mph) before touching down on the surface. Confirmation of atmospheric entry was received at 4:46 p.m. PDT (23:46 UTC). Radio signals received at 4:53:44 p.m. PDT[72] confirmed that Phoenix had survived its difficult descent and landed 15 minutes earlier, thus completing a 680 million km (422 million miles) flight from Earth.[73]
For unknown reasons, the parachute was deployed about 7 seconds later than expected, leading to a landing position some 25–28 km (16–17 mi) east, near the edge of the predicted 99% landing ellipse.Mars Reconnaissance Orbiter's High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) camera photographed Phoenix suspended from its parachute during its descent through the Martian atmosphere. This marked the first time ever one spacecraft photographed another in the act of landing on a planet[74][75] (the Moon not being a planet, but a satellite). The same camera also imaged Phoenix on the surface with enough resolution to distinguish the lander and its two solar cell arrays. Ground controllers used Doppler tracking data from Odyssey and Mars Reconnaissance Orbiter to determine the lander's precise location as 68°13′08″N 234°15′03″E / 68.218830°N 234.250778°E / 68.218830; 234.250778.[76][77]
Phoenix landed in the Green Valley of Vastitas Borealis on May 25, 2008,[78] in the late Martian northern hemisphere spring (Ls=76.73), where the Sun shone on its solar panels the whole Martian day.[79] By the Martian northern Summer solstice (June 25, 2008), the Sun appeared at its maximum elevation of 47.0 degrees. Phoenix experienced its first sunset at the start of September 2008.[79]
The landing was made on a flat surface, with the lander reporting only 0.3 degrees of tilt. Just before landing, the craft used its thrusters to orient its solar panels along an east–west axis to maximize power generation. The lander waited 15 minutes before opening its solar panels, to allow dust to settle. The first images from the lander became available around 7:00 p.m. PDT (2008-05-26 02:00 UTC).[80] The images show a surface strewn with pebbles and incised with small troughs into polygons about 5 m (16 ft) across and 10 cm (3.9 in) high, with the expected absence of large rocks and hills.
Like the 1970s era Viking spacecraft, Phoenix used retrorockets for its final descent.[81] Experiments conducted by Nilton Renno, mission co-investigator from the University of Michigan, and his students have investigated how much surface dust would be kicked up on landing.[82] Researchers at Tufts University, led by co-investigator Sam Kounaves, conducted additional in-depth experiments to identify the extent of the ammonia contamination from the hydrazine propellant and its possible effects on the chemistry experiments. In 2007, a report to the American Astronomical Society by Washington State University professor Dirk Schulze-Makuch, suggested that Mars might harbor peroxide-based life forms which the Viking landers failed to detect because of the unexpected chemistry.[83] The hypothesis was proposed long after any modifications to Phoenix could be made. One of the Phoenix mission investigators, NASA astrobiologist Chris McKay, stated that the report "piqued his interest" and that ways to test the hypothesis with Phoenix's instruments would be sought.
The robotic arm's first movement was delayed by one day when, on May 27, 2008, commands from Earth were not relayed to the Phoenix lander on Mars. The commands went to NASA's Mars Reconnaissance Orbiter as planned, but the orbiter's Electra UHF radio system for relaying commands to Phoenix temporarily shut off. Without new commands, the lander instead carried out a set of backup activities. On May 27 the Mars Reconnaissance Orbiter relayed images and other information from those activities back to Earth.
The robotic arm was a critical part of the Phoenix Mars mission. On May 28, scientists leading the mission sent commands to unstow its robotic arm and take more images of its landing site. The images revealed that the spacecraft landed where it had access to digging down a polygon across the trough and digging into its center.[84]
The lander's robotic arm touched soil on Mars for the first time on May 31, 2008 (sol 6). It scooped dirt and started sampling the Martian soil for ice after days of testing its systems.[85]
The polygonal cracking at the landing zone had previously been observed from orbit, and is similar to patterns seen in permafrost areas in polar and high altitude regions of Earth.[86] Phoenix's robotic arm camera took an image underneath the lander on sol 5 that shows patches of a smooth bright surface uncovered when thruster exhaust blew off overlying loose soil.[87] It was later shown to be water ice.[88][89]
On June 19, 2008 (sol 24), NASA announced that dice-sized clumps of bright material in the "Dodo-Goldilocks" trench dug by the robotic arm had vaporized over the course of four days, strongly implying that they were composed of water ice which sublimed following exposure. While dry ice also sublimes, under the conditions present it would do so at a rate much faster than observed.[90][91][92]
On July 31, 2008 (sol 65), NASA announced that Phoenix confirmed the presence of water ice on Mars, as predicted in 2002 by the Mars Odyssey orbiter. During the initial heating cycle of a new sample, TEGA's mass spectrometer detected water vapor when the sample temperature reached 0 °C.[93]Liquid water cannot exist on the surface of Mars with its present low atmospheric pressure, except at the lowest elevations for short periods.[94][95]
With Phoenix in good working order, NASA announced operational funding through September 30, 2008 (sol 125). The science team worked to determine whether the water ice ever thaws enough to be available for life processes and if carbon-containing chemicals and other raw materials for life are present.
Additionally during 2008 and early 2009 a debate emerged within NASA over the presence of 'blobs' which appeared on photos of the vehicle's landing struts, which have been variously described as being either water droplets or 'clumps of frost'.[96] Due to the lack of consensus within the Phoenix science project, the issue had not been raised in any NASA news conferences.[96]
One scientist thought that the lander's thrusters splashed a pocket of brine from just below the Martian surface onto the landing strut during the vehicle's landing. The salts would then have absorbed water vapor from the air, which would have explained how they appeared to grow in size during the first 44 sols (Martian days) before slowly evaporating as Mars temperature dropped.[96]
![Los grupos de material brillante en la fosa ampliada "Dodo-Goldilocks" desaparecieron en el transcurso de cuatro días, lo que implica que estaban compuestos de hielo que se sublimó después de la exposición.[90]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1d/Ice_sublimating_in_the_Dodo-Goldilocks_trench.gif/1280px-Ice_sublimating_in_the_Dodo-Goldilocks_trench.gif)
On June 24, 2008 (sol 29), NASA's scientists launched a series of scientific tests. The robotic arm scooped up more soil and delivered it to 3 different on-board analyzers: an oven that baked it and tested the emitted gases, a microscopic imager, and a wet chemistry laboratory (WCL).[97] The lander's robotic arm scoop was positioned over the Wet Chemistry Lab delivery funnel on Sol 29 (the 29th Martian day after landing, i.e. June 24, 2008). The soil was transferred to the instrument on sol 30 (June 25, 2008), and Phoenix performed the first wet chemistry tests. On Sol 31 (June 26, 2008) Phoenix returned the wet chemistry test results with information on the salts in the soil, and its acidity. The wet chemistry lab (WCL)[98] was part of the suite of tools called the Microscopy, Electrochemistry and Conductivity Analyzer (MECA).[99]
A 360-degree panorama assembled from images taken on sols 1 and 3 after landing. The upper portion has been vertically stretched by a factor of 8 to bring out details. Visible near the horizon at full resolution are the backshell and parachute (a bright speck above the right edge of the left solar array, about 300 m (980 ft) distant) and the heat shield and its bounce mark (two end-to-end dark streaks above the center of the left solar array, about 150 m (490 ft) distant); on the horizon, left of the weather mast, is a crater.
The solar-powered lander operated two months longer than its three-month prime mission. The lander was designed to last 90 days, and had been running on bonus time since the successful end of its primary mission in August 2008.[8][101] On October 28, 2008 (sol 152), the lander went into safe mode due to power constraints based on the insufficient amount of sunlight reaching the lander,[102] as expected at this time of year. It was decided then to shut down the four heaters that keep the equipment warm, and upon bringing the lander back from safe mode, commands were sent to turn off two of the heaters rather than only one as was originally planned for the first step. The heaters involved provide heat to the robotic arm, TEGA instrument and a pyrotechnic unit on the lander that were unused since landing, so these three instruments were also shut down.
On November 10, Phoenix Mission Control reported the loss of contact with the Phoenix lander; the last signal was received on November 2.[103] The demise of the craft occurred as a result of a dust storm that reduced power generation even further.[104] While the spacecraft's work ended, the analysis of data from the instruments was in its earliest stages.
Though it was not designed to survive the frigid Martian winter, the spacecraft's safe mode kept the option open to reestablish communications if the lander could recharge its batteries during the next Martian spring.[105] However, its landing location is in an area that is usually part of the north polar ice cap during the Martian winter, and the lander was seen from orbit to be encased in dry ice.[106] It is estimated that, at its peak, the layer of CO2 ice in the lander's vicinity would total about 30 grams/cm2, which is enough to make a dense slab of dry ice at least 19 cm (7.5 in) thick.[107] It was considered unlikely that the spacecraft could endure these conditions, as its fragile solar panels would likely break off under so much weight.[107][108]
Scientists attempted to make contact with Phoenix starting January 18, 2010 (sol -835), but were unsuccessful. Further attempts in February and April also failed to pick up any signal from the lander.[105][106][109][110] Project manager Barry Goldstein announced on May 24, 2010, that the project was being formally ended. Images from the Mars Reconnaissance Orbiter showed that its solar panels were apparently irretrievably damaged by the weight of dry ice accumulation causing them to break off of the craft and fall to the ground during the Martian winter.[111][112]
Unlike some other places visited on Mars with landers (Viking and Pathfinder), nearly all the rocks near Phoenix are small. For about as far as the camera can see, the land is flat, but shaped into polygons between 2–3 m (6.6–9.8 ft) in diameter and are bounded by troughs that are 20 to 50 cm (7.9 to 19.7 in) deep. These shapes are due to ice in the soil expanding and contracting due to major temperature changes. The microscope showed that the soil on top of the polygons is composed of flat particles (probably a type of clay) and rounded particles. Also, unlike other places visited on Mars, the site has no ripples or dunes.[88] Ice is present a few inches below the surface in the middle of the polygons, and along its edges, the ice is at least 20 cm (8 in) deep. When the ice is exposed to the Martian atmosphere it slowly sublimates.[113] Some dust devils were observed.
Snow was observed to fall from cirrus clouds. The clouds formed at a level in the atmosphere that was around −65 °C (−85 °F), so the clouds would have to be composed of water-ice, rather than carbon dioxide-ice (dry ice) because, at the low pressure of the Martian atmosphere, the temperature for forming carbon dioxide ice is much lower—less than −120 °C (−184 °F). It is now thought that water ice (snow) would have accumulated later in the year at this location.[114] This represents a milestone in understanding Martian weather. Wind speeds ranged from 11 to 58 km/h (6.8 to 36.0 mph). The usual average speed was 36 km/h (22 mph). These speeds seem high, but the atmosphere of Mars is very thin—less than 1% of the Earth's—and so did not exert much force on the spacecraft. The highest temperature measured during the mission was −19.6 °C (−3.3 °F), while the coldest was −97.7 °C (−143.9 °F).[62]
Interpretation of the data transmitted from the craft was published in the journal Science. As per the peer reviewed data the presence of water ice has been confirmed and that the site had a wetter and warmer climate in the recent past. Finding calcium carbonate in the Martian soil leads scientists to think that the site had been wet or damp in the geological past. During seasonal or longer period diurnal cycles water may have been present as thin films. The tilt or obliquity of Mars changes far more than the Earth; hence times of higher humidity are probable.[115]
Chemistry results showed the surface soil to be moderately alkaline, with a pH of 7.7 ±0.5.[53][116] The overall level of salinity is modest. TEGA analysis of its first soil sample indicated the presence of bound water and CO2 that were released during the final (highest-temperature, 1,000 °C) heating cycle.[117]
The elements detected and measured in the samples are chloride, bicarbonate, magnesium, sodium, potassium, calcium, and sulfate.[116] Further data analysis indicated that the soil contains soluble sulfate (SO42-) at a minimum of 1.1% and provided a refined formulation of the soil.[116]
Analysis of the Phoenix WCL also showed that the Ca(ClO4)2 in the soil has not interacted with liquid water of any form, perhaps for as long as 600 million years. If it had, the highly soluble Ca(ClO4)2 in contact with liquid water would have formed only CaSO4. This suggests a severely arid environment, with minimal or no liquid water interaction.[118] The pH and salinity level were viewed as benign from the standpoint of biology.
On August 1, 2008, Aviation Week reported that "The White House has been alerted by NASA about plans to make an announcement soon on major new Phoenix lander discoveries concerning the "potential for life" on Mars, scientists tell Aviation Week & Space Technology."[119] This led to a subdued media speculation on whether some evidence of past or present life had been discovered.[120][121][122] To quell the speculation, NASA released the preliminary findings stating that Mars soil contains perchlorate (ClO
4) and thus may not be as life-friendly as thought earlier.[123][124] The presence of almost 0.5% perchlorates in the soil was an unexpected finding with broad implications.[98]
Laboratory research published in July 2017 demonstrated that when irradiated with a simulated Martian UV flux, perchlorates become bacteriocidal.[125] Two other compounds of the Martian surface, iron oxides and hydrogen peroxide, act in synergy with irradiated perchlorates to cause a 10.8-fold increase in cell death when compared to cells exposed to UV radiation after 60 seconds of exposure.[125] It was also found that abraded silicates (quartz and basalt) lead to the formation of toxic reactive oxygen species.[126] The results leaves the question of the presence of organic compounds open-ended since heating the samples containing perchlorate would have broken down any organics present.[127] However, in the cold subsurface of Mars, which provides substantial protection against UV radiation, halotolerant organisms might survive enhanced perchlorate concentrations by physiological adaptations similar to those observed in the yeast Debaryomyces hansenii exposed in lab experiments to increasing NaClO4 concentrations.[128]
Perchlorate (ClO4) is a strong oxidizer, so it has the potential of being used for rocket fuel and as a source of oxygen for future missions.[129] Also, when mixed with water, perchlorate can greatly lower freezing point of water, in a manner similar to how salt is applied to roads to melt ice. So, perchlorate may be allowing small amounts of liquid water to form on the surface of Mars today. Gullies, which are common in certain areas of Mars, may have formed from perchlorate melting ice and causing water to erode soil on steep slopes.[130] Perchlorates have also been detected at the landing site of the Curiosity rover, nearer equatorial Mars, and in the martian meteorite EETA79001,[131] suggesting a "global distribution of these salts".[132] Only highly refractory and/or well-protected organic compounds are likely to be preserved in the frozen subsurface.[131] Therefore, the MOMA instrument planned to fly on the 2022 ExoMars rover will employ a method that is unaffected by the presence of perchlorates to detect and measure sub-surface organics.[133]
Attached to the deck of the lander (next to the US flag) is a special DVD compiled by The Planetary Society. The disc contains Visions of Mars, a multimedia collection of literature and art about the Red Planet. Works include the text of H.G. Wells' 1897 novel War of the Worlds (and the 1938 radio broadcast by Orson Welles), Percival Lowell's 1908 book Mars as the Abode of Life with a map of his proposed canals, Ray Bradbury's 1950 novel The Martian Chronicles, and Kim Stanley Robinson's 1993 novel Green Mars. There are also messages directly addressed to future Martian visitors or settlers from, among others, Carl Sagan and Arthur C. Clarke. In 2006, The Planetary Society collected a quarter of a million names submitted through the Internet and placed them on the disc, which claims, on the front, to be "the first library on Mars."[134] This DVD is made of a special silica glass designed to withstand the Martian environment, lasting for hundreds (if not thousands) of years on the surface while it awaits retrieval by future explorers. This is similar in concept to the Voyager Golden Record that was sent on the Voyager 1 and Voyager 2 missions.
The text just below the center of the disk reads:
This archive, provided to the NASA Phoenix mission by The Planetary Society, contains literature and art (Visions of Mars), greetings from Mars visionaries of our day, and names of 21st century Earthlings who wanted to send their names to Mars. This DVD-ROM is designed to be read on personal computers in 2007. Information is stored in a spiral groove on the disc. A laser beam can scan the groove when metallized or a microscope can be used. Very small bumps and holes represent the zeroes and ones of digital information. The groove is about 0.74 micrometres wide. For more information refer to the standards document ECMA-268 (80 mm DVD Read-Only Disk).[135]
A previous CD version was supposed to have been sent with the Russian spacecraft Mars 94, intended to land on Mars in Fall 1995.[136]
![Vista debajo del módulo de aterrizaje hacia la plataforma de apoyo sur, que muestra exposiciones irregulares de una superficie brillante, posiblemente hielo.[88]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9b/PIA10741_Possible_Ice_Below_Phoenix.jpg/1280px-PIA10741_Possible_Ice_Below_Phoenix.jpg)
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