- 28,765
- 46
- 8 Ноя 2022
Новая карта показывает вероятность найти лёд в каждой точке Красной планеты.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Будущим экспедициям на Марс нужна вода, но самые доступные запасы льда сосредоточены не там, где удобнее всего жить и работать. В полярных областях слишком холодно, а зимой солнце надолго скрывается за горизонтом, поэтому солнечные батареи вырабатывают меньше энергии. Инженеры предпочли бы посадить людей ближе к экватору, однако неглубоко залегающий лёд в низких широтах встречается реже. Новые карты показывают , где запасы воды можно искать под поверхностью и насколько велика вероятность успешного бурения в каждой точке.
Жидкая вода на современном Марсе почти не сохраняется, а открытый лёд быстро исчезает. Разреженная атмосфера заставляет замёрзшую воду сублимировать, то есть переходить из твёрдого состояния сразу в газ, минуя жидкую фазу. Посадочный аппарат Phoenix уже наблюдал этот процесс: ковш вскрыл светлый материал в грунте, после чего ледяные частицы постепенно испарились.
Phoenix работал в северной приполярной области, где лёд залегал всего в нескольких сантиметрах от поверхности. Ближе к средним широтам астронавтам, вероятно, придётся копать глубже. Перед выбором места посадки необходимо понять не просто примерное расположение ледяных залежей, а их глубину, протяжённость и вероятность обнаружения.
Подземный лёд сможет снабжать экипаж водой и кислородом. Водород из воды также можно использовать при производстве ракетного топлива, включая гидразин, хотя для полного технологического цикла потребуются дополнительные вещества и оборудование. Добыча местных ресурсов сократит массу грузов, которые придётся доставлять с Земли, а вместе с ней снизит стоимость экспедиции. Такой подход называют использованием ресурсов на месте, или ISRU.
Группа проекта Mars Subsurface Water Ice Mapping, сокращённо SWIM, составила глобальные карты неглубокого льда по данным двух орбитальных приборов. Спектрометр теплового излучения TES работал на аппарате Mars Global Surveyor, а климатический зонд MCS продолжает наблюдения с орбитальной станции Mars Reconnaissance Orbiter. Оба инструмента измеряли температуру поверхности и атмосферы в разное время суток и года.
Лёд скрыт грунтом, поэтому орбитальные приборы не всегда видят его напрямую. Исследователи определяют состав подповерхностных слоёв по тому, как быстро участок нагревается под солнечными лучами и остывает после захода солнца. Песок, пыль, камень и лёд по-разному поглощают, проводят и сохраняют тепло. Сочетание нескольких материалов создаёт собственный температурный рисунок.
Слой сухого песка над льдом будет менять температуру иначе, чем однородная песчаная толща. Твёрдая корка над рыхлой пылью даст ещё один набор показателей. Наблюдения в течение марсианских суток и разных сезонов помогают подобрать модель внутреннего строения, которая лучше всего объясняет измеренные температуры.
Новая карта SWIM23 охватывает примерно первый метр марсианского грунта. Для расчётов использовалась система тепловых моделей MARSTHERM. Исследователи сравнили результат с двумя другими современными картами, построенными по данным TES и MCS с применением другой модели теплопереноса, известной как KRC.
Сопоставление понадобилось из-за сложности орбитальных измерений. Один и тот же температурный график иногда можно объяснить несколькими вариантами строения грунта. На результат влияют чувствительность прибора, выбранная физическая модель, количество слоёв, свойства поверхности и содержание пыли в атмосфере.
Марсианская пыль особенно сильно осложняет расчёты. Взвешенные частицы поглощают и рассеивают солнечный свет, меняют нагрев поверхности и искажают тепловое излучение, которое регистрирует орбитальный прибор. Даже точные измерения температуры не позволяют однозначно определить глубину льда без дополнительных предположений о погоде и составе грунта.
Разные модели тоже дают неодинаковые ответы. MARSTHERM и KRC описывают одни и те же физические процессы, но используют собственные численные методы и параметры. Расчёты показывают, что некоторые сезонные периоды почти не подходят для определения глубины ледяного слоя: температура поверхности в такие моменты слабо реагирует на его расположение.
Большинство карт совпало в основных областях распространения льда. Особенно ценными оказались участки, где результаты расходятся. Противоречия указывают на территории, для которых существующих измерений и моделей недостаточно.
Спорные зоны подходят для будущих роботизированных миссий. Посадочный аппарат сможет пробурить грунт, измерить температуру на разной глубине и проверить прогнозы сразу нескольких карт. Для первой пилотируемой экспедиции разумнее выбирать район, где независимые методы дают близкий результат. Экипаж не должен зависеть от ресурса, существование которого остаётся предметом статистического спора.
Ранние версии SWIM оценивали согласованность наблюдений с присутствием льда. Условная шкала могла показать, что один метод обнаружил признаки замёрзшей воды, а два других не подтвердили результат. Подобная оценка помогала сравнивать карты, но не отвечала на главный практический вопрос: какова вероятность найти лёд после посадки и бурения.
Во втором исследовании учёные перевели прежние показатели уверенности в формальную вероятность. Статистическая модель объединяет результаты нескольких методов и рассчитывает шанс обнаружения льда для выбранной точки. Вместо расплывчатой отметки о средней уверенности карта может, например, показать вероятность 64%.
Процент нельзя воспринимать как обещание, что лёд обязательно найдётся на 64 из 100 соседних участков. Значение отражает степень уверенности модели с учётом имеющихся наблюдений, предположений и расхождений между картами. Новые измерения способны изменить оценку в обе стороны.
Вероятностный подход помогает сравнивать возможные площадки по единому критерию. Инженеры смогут учитывать не только освещённость, рельеф, температуру и безопасность посадки, но и численно выраженный риск остаться без доступной воды. Карта превращается из справочного изображения в инструмент для планирования миссии.
Главный пробел находится между глубинами, которые охватывают тепловые наблюдения и существующие радары. Анализ температуры хорошо чувствует материалы примерно в верхнем метре грунта. Орбитальные радиолокаторы уверенно выявляют крупные ледяные залежи глубже 5 м. Слой от 1 до 5 м остаётся изучен значительно хуже.
Тепловой сигнал от таких глубин слишком слаб, чтобы надёжно отделить лёд от других материалов. Современные орбитальные радары, напротив, рассчитаны на более глубокое зондирование и не всегда различают тонкие структуры непосредственно под поверхностью. В результате перспективная залежь может находиться всего в нескольких метрах от посадочного модуля, но существующие приборы не дадут уверенного ответа до начала бурения.
Закрыть пробел сможет высокочастотный радар, настроенный на диапазон от 1 до 5 м. Более короткая длина волны повышает разрешение в верхних слоях, хотя одновременно уменьшает глубину проникновения сигнала. Новый прибор сможет связать тепловые карты поверхности с данными глубокого радиолокационного зондирования.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Будущим экспедициям на Марс нужна вода, но самые доступные запасы льда сосредоточены не там, где удобнее всего жить и работать. В полярных областях слишком холодно, а зимой солнце надолго скрывается за горизонтом, поэтому солнечные батареи вырабатывают меньше энергии. Инженеры предпочли бы посадить людей ближе к экватору, однако неглубоко залегающий лёд в низких широтах встречается реже. Новые карты показывают , где запасы воды можно искать под поверхностью и насколько велика вероятность успешного бурения в каждой точке.
Жидкая вода на современном Марсе почти не сохраняется, а открытый лёд быстро исчезает. Разреженная атмосфера заставляет замёрзшую воду сублимировать, то есть переходить из твёрдого состояния сразу в газ, минуя жидкую фазу. Посадочный аппарат Phoenix уже наблюдал этот процесс: ковш вскрыл светлый материал в грунте, после чего ледяные частицы постепенно испарились.
Phoenix работал в северной приполярной области, где лёд залегал всего в нескольких сантиметрах от поверхности. Ближе к средним широтам астронавтам, вероятно, придётся копать глубже. Перед выбором места посадки необходимо понять не просто примерное расположение ледяных залежей, а их глубину, протяжённость и вероятность обнаружения.
Подземный лёд сможет снабжать экипаж водой и кислородом. Водород из воды также можно использовать при производстве ракетного топлива, включая гидразин, хотя для полного технологического цикла потребуются дополнительные вещества и оборудование. Добыча местных ресурсов сократит массу грузов, которые придётся доставлять с Земли, а вместе с ней снизит стоимость экспедиции. Такой подход называют использованием ресурсов на месте, или ISRU.
Группа проекта Mars Subsurface Water Ice Mapping, сокращённо SWIM, составила глобальные карты неглубокого льда по данным двух орбитальных приборов. Спектрометр теплового излучения TES работал на аппарате Mars Global Surveyor, а климатический зонд MCS продолжает наблюдения с орбитальной станции Mars Reconnaissance Orbiter. Оба инструмента измеряли температуру поверхности и атмосферы в разное время суток и года.
Лёд скрыт грунтом, поэтому орбитальные приборы не всегда видят его напрямую. Исследователи определяют состав подповерхностных слоёв по тому, как быстро участок нагревается под солнечными лучами и остывает после захода солнца. Песок, пыль, камень и лёд по-разному поглощают, проводят и сохраняют тепло. Сочетание нескольких материалов создаёт собственный температурный рисунок.
Слой сухого песка над льдом будет менять температуру иначе, чем однородная песчаная толща. Твёрдая корка над рыхлой пылью даст ещё один набор показателей. Наблюдения в течение марсианских суток и разных сезонов помогают подобрать модель внутреннего строения, которая лучше всего объясняет измеренные температуры.
Новая карта SWIM23 охватывает примерно первый метр марсианского грунта. Для расчётов использовалась система тепловых моделей MARSTHERM. Исследователи сравнили результат с двумя другими современными картами, построенными по данным TES и MCS с применением другой модели теплопереноса, известной как KRC.
Сопоставление понадобилось из-за сложности орбитальных измерений. Один и тот же температурный график иногда можно объяснить несколькими вариантами строения грунта. На результат влияют чувствительность прибора, выбранная физическая модель, количество слоёв, свойства поверхности и содержание пыли в атмосфере.
Марсианская пыль особенно сильно осложняет расчёты. Взвешенные частицы поглощают и рассеивают солнечный свет, меняют нагрев поверхности и искажают тепловое излучение, которое регистрирует орбитальный прибор. Даже точные измерения температуры не позволяют однозначно определить глубину льда без дополнительных предположений о погоде и составе грунта.
Разные модели тоже дают неодинаковые ответы. MARSTHERM и KRC описывают одни и те же физические процессы, но используют собственные численные методы и параметры. Расчёты показывают, что некоторые сезонные периоды почти не подходят для определения глубины ледяного слоя: температура поверхности в такие моменты слабо реагирует на его расположение.
Большинство карт совпало в основных областях распространения льда. Особенно ценными оказались участки, где результаты расходятся. Противоречия указывают на территории, для которых существующих измерений и моделей недостаточно.
Спорные зоны подходят для будущих роботизированных миссий. Посадочный аппарат сможет пробурить грунт, измерить температуру на разной глубине и проверить прогнозы сразу нескольких карт. Для первой пилотируемой экспедиции разумнее выбирать район, где независимые методы дают близкий результат. Экипаж не должен зависеть от ресурса, существование которого остаётся предметом статистического спора.
Ранние версии SWIM оценивали согласованность наблюдений с присутствием льда. Условная шкала могла показать, что один метод обнаружил признаки замёрзшей воды, а два других не подтвердили результат. Подобная оценка помогала сравнивать карты, но не отвечала на главный практический вопрос: какова вероятность найти лёд после посадки и бурения.
Во втором исследовании учёные перевели прежние показатели уверенности в формальную вероятность. Статистическая модель объединяет результаты нескольких методов и рассчитывает шанс обнаружения льда для выбранной точки. Вместо расплывчатой отметки о средней уверенности карта может, например, показать вероятность 64%.
Процент нельзя воспринимать как обещание, что лёд обязательно найдётся на 64 из 100 соседних участков. Значение отражает степень уверенности модели с учётом имеющихся наблюдений, предположений и расхождений между картами. Новые измерения способны изменить оценку в обе стороны.
Вероятностный подход помогает сравнивать возможные площадки по единому критерию. Инженеры смогут учитывать не только освещённость, рельеф, температуру и безопасность посадки, но и численно выраженный риск остаться без доступной воды. Карта превращается из справочного изображения в инструмент для планирования миссии.
Главный пробел находится между глубинами, которые охватывают тепловые наблюдения и существующие радары. Анализ температуры хорошо чувствует материалы примерно в верхнем метре грунта. Орбитальные радиолокаторы уверенно выявляют крупные ледяные залежи глубже 5 м. Слой от 1 до 5 м остаётся изучен значительно хуже.
Тепловой сигнал от таких глубин слишком слаб, чтобы надёжно отделить лёд от других материалов. Современные орбитальные радары, напротив, рассчитаны на более глубокое зондирование и не всегда различают тонкие структуры непосредственно под поверхностью. В результате перспективная залежь может находиться всего в нескольких метрах от посадочного модуля, но существующие приборы не дадут уверенного ответа до начала бурения.
Закрыть пробел сможет высокочастотный радар, настроенный на диапазон от 1 до 5 м. Более короткая длина волны повышает разрешение в верхних слоях, хотя одновременно уменьшает глубину проникновения сигнала. Новый прибор сможет связать тепловые карты поверхности с данными глубокого радиолокационного зондирования.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
