Topógrafo global de Marte
Mars Global Surveyor (MGS) fue una sonda espacial robótica estadounidense desarrollada por el Jet Propulsion Laboratory de la NASA y lanzada en noviembre de 1996. MGS fue una misión cartográfica global que examinó todo el planeta, desde la ionosfera hasta la superficie, pasando por la atmósfera. Como parte del Programa de Exploración de Marte más grande, Mars Global Surveyor realizó un monitoreo atmosférico para los orbitadores hermanos durante el aerofrenado, y ayudó a los rovers y misiones de aterrizaje de Marte al identificar posibles sitios de aterrizaje y retransmitir telemetría de superficie.
Completó su misión principal en enero de 2001 y se encontraba en su tercera fase de misión extendida cuando, el 2 de noviembre de 2006, la nave espacial no respondió a los mensajes y comandos. Tres días después se detectó una señal débil que indicaba que había entrado en modo seguro. Los intentos de volver a contactar con la nave espacial y resolver el problema fracasaron, y la NASA finalizó oficialmente la misión en enero de 2007. MGS permanece en una órbita circular casi polar estable a unos 450 km de altitud y, a partir de 1996, se esperaba que se estrellara contra la superficie de la planeta en 2050.
Objetivos
Mars Global Surveyor logró los siguientes objetivos científicos durante su misión principal:
- Caracterizar las características de la superficie y los procesos geológicos en Marte.
- Determinar la composición, distribución y propiedades físicas de minerales superficiales, rocas y hielo.
- Determinar la topografía global, la forma del planeta y el campo gravitacional.
- Establece la naturaleza del campo magnético y mapea el campo de remanentes de cristal.
- Supervisar el clima global y la estructura térmica de la atmósfera.
- Estudie las interacciones entre la superficie de Marte y la atmósfera monitoreando las características superficiales, las capas polares que se expanden y retroceden, el equilibrio energético polar y el polvo y las nubes mientras migran en un ciclo estacional.
Mars Global Surveyor también logró los siguientes objetivos de su misión extendida:
- Seguimiento continuo del tiempo para formar un conjunto continuo de observaciones con la NASA Marte Reconnaissance Orbiter, que llegó a Marte en marzo de 2006.
- Imaging of possible landing sites for the 2007 Phoenix spacecraft, and the 2011 Curiosity rover.
- Observación y análisis de sitios clave de interés científico, como sitios de afloramiento sedimentario-rock.
- Seguimiento continuo de los cambios en la superficie debido al viento y al hielo.
Cronología de la misión
- 7 de noviembre de 1996: Lanzamiento del Cabo Canaveral.
- 11 de septiembre de 1997: Llegada a Marte, comenzó la inserción orbital.
- 1o de abril de 1999: Se inició la fase de cartografía primaria.
- 1o de febrero de 2001: Primera fase de misión ampliada.
- 1o de febrero de 2002: Se inició la segunda fase de la misión ampliada.
- 1o de enero de 2003: La misión de traslado comenzó.
- 30 de marzo de 2004: MGS fotografió el Rover de Exploración Marte Espíritu junto con sus pistas de ruedas mostrando sus primeros 85 sols de viaje.
- 1 December 2004: Science and Support mission began.
- Abril 2005: MGS se convirtió en la primera nave espacial para fotografiar otra nave espacial en órbita alrededor de un planeta distinto de la Tierra cuando captó dos imágenes de la Mars Odyssey nave espacial y una imagen de la nave espacial Mars Express.
- 1o de octubre de 2006: La fase ampliada de la misión comenzó durante otros dos años.
- 2 November 2006: Spacecraft suffers an error while attempting to reorient a solar panel and communication was lost.
- 5 de noviembre de 2006: Se detectaron señales débiles, indicando que la nave estaba esperando instrucciones. La señal se cortó más tarde ese día.
- 21 de noviembre de 2006: la NASA anuncia que la nave espacial probablemente ha terminado su carrera operativa.
- 6 de diciembre de 2006: la NASA libera imágenes tomadas por el MGS de un depósito recién encontrado, sugiriendo que el agua todavía fluye en Marte.
- 13 April 2007: NASA releases its Preliminary Report on the cause(s) of MGS loss of contact.
Pérdida de contacto
El 2 de noviembre de 2006, la NASA perdió contacto con la nave espacial después de ordenarle que ajustara sus paneles solares. Pasaron varios días antes de que se recibiera una débil señal que indicaba que la nave espacial había entrado en modo seguro y estaba esperando más instrucciones.
El 21 y 22 de noviembre de 2006, MGS no pudo transmitir las comunicaciones al rover Opportunity en la superficie de Marte. En respuesta a esta complicación, el gerente del Programa de Exploración de Marte, Fuk Li, declaró: "Siendo realistas, hemos analizado las posibilidades más probables para restablecer la comunicación, y nos enfrentamos a la probabilidad de que el asombroso flujo de observaciones científicas de Mars Global Surveyor ha terminado."
El 13 de abril de 2007, la NASA anunció que la pérdida de la nave espacial se debió a una falla en la actualización de parámetros del software del sistema de la nave espacial. La nave espacial fue diseñada para contener dos copias idénticas del software del sistema para redundancia y verificación de errores. Las actualizaciones posteriores del software encontraron un error humano cuando dos operadores independientes actualizaron copias separadas con diferentes parámetros. Esto fue seguido por una actualización correctiva que, sin saberlo, incluía una falla de memoria que resultó en la pérdida de la nave espacial.
Originalmente, la nave espacial estaba destinada a observar Marte durante 1 año marciano (aproximadamente 2 años terrestres). Sin embargo, en base a la gran cantidad de valiosos datos científicos obtenidos, la NASA extendió la misión tres veces. MGS permanece en una órbita circular casi polar estable a unos 450 km de altitud, y se esperaba que chocara contra la superficie del planeta en algún momento después de aproximadamente 2047 en el momento de su lanzamiento original, después de haber pasado cincuenta años orbitando el rojo. planeta. Esto es para evitar la contaminación de la superficie marciana con cualquier germen que pueda estar adherido a la nave espacial.
Resumen de la nave espacial
La nave espacial, fabricada en la planta de Lockheed Martin Astronautics en Denver, es una caja de forma rectangular con proyecciones en forma de alas (paneles solares) que se extienden desde lados opuestos. Cuando estaba completamente cargada con propulsor en el momento del lanzamiento, la nave espacial pesaba 1.030,5 kg (2.272 lb). La mayor parte de su masa se encuentra en el módulo en forma de caja que ocupa la parte central de la nave espacial. Este módulo central está hecho de dos módulos rectangulares más pequeños apilados uno encima del otro, uno de los cuales se llama módulo de equipo y contiene la electrónica de la nave espacial, los instrumentos científicos y la computadora de la misión 1750A. El otro módulo, llamado módulo de propulsión, alberga sus motores de cohetes y tanques de combustible. La misión Mars Global Surveyor costó alrededor de $ 154 millones para desarrollar y construir y $ 65 millones para lanzar. Las operaciones de la misión y el análisis de datos cuestan aproximadamente 20 millones de dólares al año.
Instrumentos científicos
Cinco instrumentos científicos volaron a bordo del MGS:
- La cámara Mars Orbiter (MOC) operada por Malin Space Science Systems – The Mars Orbiter Camera (MOC), originalmente conocida como Mars Observer Camera, utilizó 3 instrumentos: una cámara de ángulo estrecho que tomó (negro y blanco) imágenes de alta resolución (generalmente 1,5 a 12 m por pixel) y imágenes de ángulo rojo y azul ancho para contexto (240 m por pixel) e imágenes globales diarias (7,5 km por pixel). MOC devolvió más de 240.000 imágenes que abarcaban porciones de 4,8 años marcianos, de septiembre de 1997 y noviembre de 2006.
- El Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) – MOLA fue diseñado para determinar la topografía global de Marte. Funcionaba como altímetro hasta que una parte del láser llegaba al final de su vida en junio de 2001. El instrumento entonces funcionó como radiometro hasta octubre de 2006.
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- El espectrómetro térmico (TES) – Este instrumento mapeó la composición mineral de la superficie escaneando las emisiones térmicas.
- Un reflectómetro y electron (MAG/ER) – Este instrumento fue utilizado para interrogar los campos magnéticos del planeta y determinar que Marte no tiene un campo magnético global sino muchos campos localizados más pequeños.
- El oscilador ultraestable (USO/RS) – Las mediciones precisas del reloj de este dispositivo se utilizaron para mapear variaciones en el campo gravitacional.
- La antena Mars Relay (MR) – La antena Mars Relay apoyó los Rovers Mars Exploration para el relé de datos de regreso a la Tierra junto con el amortiguador de memoria de 12 MB de la Cámara Marte.
Primera prueba completa de aerofrenado
La nave espacial se lanzó desde un cohete Delta II más pequeño, lo que requirió restricciones en el peso de la nave espacial. Para lograr la órbita casi circular requerida para la misión conservando el propulsor, el equipo diseñó una serie de maniobras de aerofrenado. La misión Magellan en Venus había intentado con éxito el aerofrenado, pero el MGS debía llevar a cabo la primera prueba completa del nuevo procedimiento.
Inicialmente, MGS se colocó en una órbita altamente elíptica que tardó 45 horas en completarse. La órbita tenía un periapsis de 262 km (163 mi) sobre el hemisferio norte y un apoapsis de 54 026 km (33,570 mi) sobre el hemisferio sur. Esto se ajustaría posteriormente a su órbita científica circular.
Después de la inserción orbital, MGS realizó una serie de cambios de órbita para bajar el periápside de su órbita hacia las franjas superiores de la atmósfera marciana a una altitud de unos 110 km (68 mi). Durante cada pasada atmosférica, la nave espacial disminuía su velocidad debido a la resistencia atmosférica. Esta desaceleración hizo que la nave espacial perdiera altitud en su próximo paso por el apoapsis de la órbita. MGS había planeado usar esta técnica de aerofrenado durante un período de cuatro meses para bajar el punto más alto de su órbita de 54 000 km (33,554 mi) a altitudes cercanas a los 450 km (280 mi).
Alrededor de un mes después de la misión, se descubrió que la presión del aire de la atmósfera del planeta hizo que uno de los dos paneles solares de la nave espacial se doblara hacia atrás. El panel en cuestión sufrió una pequeña cantidad de daño poco después del lanzamiento, cuya extensión no se hizo evidente hasta que se sometió a las fuerzas atmosféricas. MGS tuvo que elevarse fuera de la atmósfera para evitar más daños al panel solar y se tuvo que desarrollar un nuevo plan de misión.
De mayo a noviembre de 1998, se suspendió temporalmente el aerofrenado para permitir que la órbita se desplazara a la posición adecuada con respecto al Sol y permitir un uso óptimo de los paneles solares. Aunque la recopilación de datos durante el aerofrenado no estaba en el plan original de la misión, todos los instrumentos científicos permanecieron funcionales y adquirieron una gran cantidad de datos durante este "período adicional inesperado de observación". El equipo pudo evaluar más información sobre la atmósfera en un rango de tiempos en lugar de los tiempos fijos anticipados de 02:00 y 14:00, así como recopilar datos durante tres encuentros cercanos con Fobos.
Finalmente, de noviembre de 1998 a marzo de 1999, se reanudó el aerofrenado y se redujo el punto más alto de la órbita a 450 km (280 mi). A esta altitud, MGS dio la vuelta a Marte una vez cada dos horas. El aerofrenado estaba programado para terminar al mismo tiempo que la órbita se desplazaba a su posición correcta con respecto al Sol. En la orientación deseada para las operaciones de mapeo, la nave espacial siempre cruzó el ecuador del lado diurno a las 14:00 (hora local de Marte) moviéndose de sur a norte. Esta geometría se seleccionó para mejorar la calidad total del rendimiento científico.
Resultados de la misión
Mapeo
La nave espacial dio la vuelta a Marte una vez cada 117,65 minutos a una altitud media de 378 km (235 mi). La órbita casi polar (inclinación = 93°), que es casi perfectamente circular, se movió del polo sur al polo norte en poco menos de una hora. La altitud se eligió para hacer la órbita heliosincrónica, de modo que todas las imágenes que tomó la nave espacial de las mismas características de la superficie en diferentes fechas se tomaron bajo condiciones de iluminación idénticas. Después de cada órbita, la nave espacial vio el planeta 28,62° al oeste porque Marte había girado debajo de él. En efecto, siempre eran las 14:00 para MGS, ya que se movía de una zona horaria a la siguiente exactamente tan rápido como el Sol. Después de siete soles y 88 órbitas, la nave espacial volvería aproximadamente sobre su camino anterior, con un desplazamiento de 59 km hacia el este. Esto aseguró una eventual cobertura completa de toda la superficie.
En su misión extendida, MGS hizo mucho más que estudiar el planeta directamente debajo de él. Por lo general, realizaba giros y cabeceos para adquirir imágenes fuera de su trayectoria nadir. Las maniobras de balanceo, llamadas ROTO (Roll Only Targeting Opportunities), hicieron girar la nave espacial hacia la izquierda o hacia la derecha desde su trayectoria terrestre para tomar imágenes de hasta 30 ° desde el nadir. Era posible agregar una maniobra de cabeceo para compensar el movimiento relativo entre la nave espacial y el planeta. Esto se denominó CPROTO (Compensation Pitch Roll Targeting Opportunity), y permitió algunas imágenes de muy alta resolución por parte de la MOC (Cámara en órbita de Marte) a bordo.
Además de esto, MGS podría tomar fotografías de otros cuerpos en órbita, como otras naves espaciales y las lunas de Marte. En 1998 tomó una imagen de lo que luego se llamó el monolito Fobos, que se encuentra en MOC Image 55103.
Después de analizar cientos de imágenes de alta resolución de la superficie marciana tomadas por la nave espacial, un equipo de investigadores descubrió que la intemperie y los vientos del planeta crean accidentes geográficos, especialmente dunas de arena, muy similares a los de algunos desiertos de la Tierra.
Otros descubrimientos de esta misión son:
- Se encontró que el planeta tenía una corteza capa a profundidades de 10 km o más. Para producir las capas, grandes cantidades de material tuvieron que ser templadas, transportadas y depositadas.
Capas en un viejo cráter en Arabia, como lo ha visto MGS, bajo el Programa de Metas Públicas MOC. Las capas pueden formar de volcanes, viento o deposición bajo el agua. Los cráteres de la izquierda son cráteres pedestales.
Capas en el cráter que se encuentra dentro de la cuenca del cráter Schiaparelli como se ve por MGS. Imagen del cuadrángulo de Sinus Sabaeus.
Buttes and layers in Aeolis quadrangle, as seen by MGS.
- El hemisferio norte probablemente está tan ansioso como el hemisferio sur, pero los cráteres están enterrados en su mayoría.
- Muchas características, como cráteres de impacto, fueron sepultadas, luego recientemente exhumadas.
Cráter que fue enterrado en otra edad y ahora está siendo expuesto por la erosión, como lo ve el Mars Global Surveyor bajo el programa MOC Public Targeting. La imagen se encuentra en el cuadrángulo Noachis.
Los flujos de lava se cubrieron una vez, ahora estos flujos de placa están siendo expuestos.
Crater fue enterrado, ahora está siendo exhumado por la erosión. Imagen ubicada en Ismenius Lacus quadrangle.
El hemisferio norte parece suave, pero los cráteres están cubiertos. Aquí, un grupo de cráteres están parcialmente expuestos. Imagen ubicada en el cuadrángulo de Cebrenia.
- Grandes áreas de Marte están cubiertas por un manto que cubre todas excepto las pendientes más empinadas. El manto es a veces liso, a veces encorvado. Algunos creen que los pozos se deben a la fuga de agua a través de la sublimación (el hielo que cambia directamente a un vapor) de hielo enterrado.
Cerrar imagen de la superficie de Phaethontis tomada por Mars Global Surveyor, bajo MOC Programa de Metas Públicas. Se cree que las horquillas son causadas por hielo enterrado convirtiéndose en gas.
El manto envuelve la mayor parte de la zona. Tenga en cuenta la ausencia de rocas en la cara del acantilado. Un área que muestra los bordes del manto se circunda. Imagen ubicada en Ismenius Lacus quadrangle.
Material de manto, visto por MGS.
Precipicio aromático en cuadrángulo de Ismenius Lacus con manto suave cubriendo su cara. Imagen tomada bajo MOC Programa de Metas Públicas.
- Algunas áreas están cubiertas por materiales ricos en hematita. La hematita podría haber sido puesta por agua líquida en el pasado.
- Las manchas oscuras fueron causadas por demonios de polvo gigantes. Las huellas del diablo del polvo se observaron para cambiar frecuentemente; algunas cambiaron en tan solo un mes.
Patrón de grandes y pequeñas pistas hechas por gigantes polvo demonios vistos por Mars Global Surveyor, bajo el programa MOC Public Targeting. La imagen se encuentra en el cuadrángulo de Eridania.
Kepler (Cráter Marciano) mostrando pistas de polvo diablo, como se ve por Mars Global Surveyor. Kepler es un cráter grande en el cuadrángulo de Eridania.
Demonio del polvo, visto por MGS.
Dust diablo en acción mostrando sombra a la derecha. Imagen ubicada en el cuadrángulo de Cebrenia.
- La tapa residual del polo sur fue observada para parecer queso suizo, con agujeros generalmente unos metros de profundidad. Los agujeros se hacen más grandes cada año, por lo que esta región o hemisferio puede estar calentando. Afirma que esto representa una tendencia mundial, sin embargo, son datos regionales de piratería de cerezas contra el conjunto de datos planetarios, y resultados de MOC contra TES y ciencias radiofónicas (véase infra).
Cambios en el polo sur de 1999 a 2001, como se observa Mars Global Surveyor. Observe cómo los agujeros de tipo suizo-cheese han crecido en los dos años.
Terreno de queso suizo, visto por MGS. Mesa más grande en imagen es de 4 metros de altura.
Capas en terreno de queso suizo. Hay una capa superior brillante y una capa inferior más oscura.
Vista de cerca del terreno de queso suizo. El patrón poligonal probablemente se formó por troas poco profundas.
- El espectrómetro termal observa en infrarrojos para estudios atmosféricos y mineralogía. TES encontró que el clima planetario de Marte se ha enfriado desde Viking, y casi toda la superficie de Marte está cubierta de roca volcánica.
Ceraunius Tholus, uno de los muchos volcanes encontrados en Marte.
Flujos de lava en el cuadrángulo de Tharsis.
La imagen muestra flujos jóvenes y antiguos de lava desde la base de Olympus Mons. La llanura plana es el flujo más joven. El flujo antiguo tiene canales con palancas a lo largo de sus bordes. La presencia de leves es bastante común en muchos flujos de lava.
Pequeño volcán de Phoenicis Lacus quadrangle. La imagen cubre una distancia de 1,9 mi (3,1 km) de largo.
- En algunas zonas se encontraron cientos de rocas de tamaño doméstico. Esto indica que algunos materiales son lo suficientemente fuertes para mantenernos unidos, incluso cuando se mueven hacia abajo. La mayoría de los boulders aparecieron en regiones volcánicas por lo que probablemente se formaron a partir de corrientes de lava templadas.
Los peñascos de tamaño de casa están diseminados a través de esta imagen.
Estas rocas están cerca de Ascraeus Mons, un volcán marciano. Los volcanes en Marte probablemente forman rocas duras compuestas de basalto resistente a la erosión en el ambiente actual de Marte.
- Se observaron miles de manchas de pendiente oscura. La mayoría de los científicos creen que resultan de la avalancha del polvo. Sin embargo, algunos investigadores piensan que el agua puede estar involucrada.
Muchas rachas experimentaron cambios durante los muchos años que MGS funcionó.
Tikonravev Suelo de cráter, visto por Mars Global Surveyor. Haga clic en la imagen para ver manchas y capas de pendiente oscura. Tikonravev Crater está en el cuadrángulo árabe.
Estrechos oscuros en el cuadrángulo de Diacria, vistos por Mars Global Surveyor, bajo el programa MOC Public Targeting.
La prueba de Lense-Thirring
Los datos de MGS se han utilizado para realizar una prueba de la precesión relativista general de Lense-Thirring, que consiste en una pequeña precesión del plano orbital de una partícula de prueba que se mueve alrededor de una masa giratoria central, como un planeta. La interpretación de estos resultados ha sido objeto de debate.
Más pruebas de agua en Marte
Se descubrieron cientos de cárcavas que se formaron a partir de agua líquida, posiblemente en épocas recientes.
Grupo de gaviotas en la pared norte del cráter que se encuentra al oeste del cráter Newton (41.3047 grados latitud sur, 192.89 longitud este). Imagen tomada Mars Global Surveyor, MOC Public Targeting Program. La imagen se encuentra en el cuadrángulo de Phaethontis.
Gullies en un cráter en Eridania quadrangle, al norte del cráter grande Kepler. Además, existen características que pueden ser restos de viejos glaciares. Uno, a la derecha, tiene la forma de una lengua. Imagen tomada bajo el Programa de Metas Públicas de MOC.
Gullies en una pared de Kaiser Crater. Gullies generalmente se encuentran en una sola pared de un cráter.
Imagen de color completo de gaviotas en la pared de Gorgonum Chaos. La imagen se encuentra en el cuadrángulo de Phaethontis.
Algunos canales en Marte mostraron canales internos que sugieren flujos sostenidos de fluidos. El más conocido es el de Nanedi Valles. Otro fue encontrado en Nirgal Vallis.
El 6 de diciembre de 2006, la NASA publicó fotos de dos cráteres en Terra Sirenum y Centauri Montes que parecen mostrar la presencia de agua fluyendo en Marte en algún momento entre 1999 y 2001. Las imágenes fueron producidas por Mars Global Surveyor y muy posiblemente sean la contribución final de la nave espacial a nuestro conocimiento de Marte y la cuestión de si existe agua en el planeta.
Otras imágenes
Imagen de posibles geysers de CO2, tomada por Mars Global Surveyor y liberado el 16 de octubre de 2000.
Superficie de Marte tomada por Mars Global Surveyor.
Superficie de Marte tomada por Mars Global Surveyor.
Superficie de Marte tomada por Mars Global Surveyor el 10 de agosto de 1999.
Capas en la pared de cañón en el cuadrángulo de Coprates, como se ve Mars Global Surveyor, bajo MOC Programa de Metas Públicas.
Terrenos encadenados o taffy-pull en Hellas, vistos por Mars Global Surveyor. El origen es desconocido en la actualidad.
Rayos brillantes causados por el impacto arrojando una capa inferior brillante. Algunas capas brillantes contienen minerales hidratados. Imagen tomada por Mars Global Surveyor. Ubicación es Memnonia quadrangle.
Mars Global Surveyor fotografía del sitio de aterrizaje de Opportunity Rover mostrando "agujero en uno".
Canales invertidos en cuadrángulo Aeolis. It is believed that stream channels became raised features after coarse materials were deposited and cemented.
Delta dentro del cráter de Eberswalde. El área es de gran interés para los geólogos. La evidencia de la vida microbiana pasada puede encontrarse en este lugar.
Pavonis Mons, situado en el ecuador del cuadrián de Tharsis.
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