Mars Pathfinder

Og Sojourner-jeppinn

Í Mars Pathfinder leiðangrinum var í fyrsta sinn var prófað að lenda geimfari með loftpúðum, aðferð sem síðar átti eftir að skila Marsjeppunum Spirit og Opportunity heilu og höldnu á yfirborðið. Pathfinder var fyrsta geimfarið sem lenti á Mars frá því að Viking-förin lentu þar árið 1976.

Lendingarfarið var nefnt Carl Sagan Memorial Station til minningar um bandaríska stjörnufræðinginn og alþýðufræðarann Carl Sagan sem lést skömmu eftir geimskotið í desember 1996.

Lendingarfarið var 1,5 metrar að hæð (myndavélamastrið), 2,75 metrar á breidd og vó 264 kg. Sojourner-jeppinn var 65 cm að lengd, 48 cm á breidd, 30 cm hár og vó 10,6 kg. Bæði lendingarfarið og jeppinn gengu fyrir sólarorku.

Síðustu merkin frá Pathfinder heyrðust 27. september 1997. Gerðar voru tilraunir í fimm mánuði að ná aftur sambandi við lendingarfarið en án árangurs. Leiðangurslokum var lýst yfir þann 10. mars 1998.

Mars Pathfinder var annað verkefnið úr Discovery geimáætlun NASA sem gekk út á fljótlegri, betri og ódýrari leiðangra. Af öðrum vel heppnuðum verkefnum í áætluninni má nefna Deep Impact, Dawn og Keplerssjónaukann. Verkefnisstjórn var í höndum Jet Propulsion Laboratory (JPL) sem er deild innan Caltech háskóla í Pasadena í Kaliforníu.

1. Markmið

Mars Pathfinder geimfar NASA búið til brottfarar. Mynd: NASA/JPL

Markmið Mars Pathfinder var að koma lendingarfari og litlum jeppa, Sojourner, á yfirborð Mars. Með leiðangrinum átt fyrst og fremst að sýna fram á, að hægt væri að senda tiltölulega ódýrt geimfar með fáum en öflugum vísindatækjum til Mars með hjálp fallhífar, eldflauga og loftpúða. Einnig var vonast til að Pathfinder myndi varpa ljósi á sögu vatns á Mars og þau ferli sem hafa mótað það umhverfi sem við sjáum í dag.

Tekið saman voru helstu markmið leiðangursins að:

• Sýna fram á að þróun „fljótlegri, betri og ódýrari“ leiðangra væri möguleg (með þriggja ára þróunartíma og kostnað undir 150 milljónum bandaríkjadala árið 1997).

• Sýna fram á að mögulegt væri að senda vandaðan rannsóknarbúnað til annarar reikistjörnu fyrir mun lægri fjárhæð en Viking leiðangrarnir kostuðu. (Viking leiðangrarnir kostuðu 3,5 milljarða dollara framreiknað til ársins 1997).

• Gera veðurathuganir á lendingarstaðnum, mæla loftþrýsting, hitastig og vindhraða og rannsaka svifryk og ský í lofthjúpnum.

• Efnagreina berg á yfirborðinu og varpa ljósi á sögu svæðisins.

• Rannsaka seguleiginleika ryksins.

• Gera tilraunir til að rannsaka uppbyggingu innviða Mars.

2. Lendingarstaður

Vísindamenn kusu að lenda Mars Pathfinder á fornri, aflíðandi og grýttri flóðasléttu á norðurhveli Mars sem kallast Ares Valles (Aresardalur). Staðurinn varð fyrir valinu vegna þess að hann var talinn tiltölulega öruggur til lendingar og að þar væri áhugavert og fjölbreytt berg sem hefði borist þangað með hamfaraflóði.

Meira en tuttugu lendingarstaðir komu til greina. Yfir 60 vísindamenn frá mörgum löndum komu að valinu.

Lendingarstaður Mars Pathfinder í Ares Vallis á norðurhveli Mars. Fyrir 1,8 til 3,5 milljörðum ára urðu hamfaraflóð sem fluttu með sér bergið sem sést á staðnum. Mynd: NASA/JPL

3. Lending

Loftpúðar Mars Pathfinder í prófun. Mynd: NASA/JPL

Mars Pathfinder var skotið á loft með Delta II eldflaug frá Canaveralhöfða í Flórída þann 4. desember árið 1996. Ferðalagið til Mars tók sex mánuði en lendingin fór fram á þjóðhátíðadegi Bandaríkjanna, 4. júlí 1997.

Mars Pathfinder lenti á Mars á mjög nýstárlegan hátt. Í fyrsta sinn var ákveðið að nota loftpúða til að koma farinu heilu og höldnu niður á yfirborðið.

Geimfarið snerti lofthjúp Mars á 6,1 km/s (21.900 km/klst). Lendingarfarið sjálft var þá innan í hlíf sem skiptist í tvennt: Bakhlíf og hitaskjöld. Með hjálp hitaskjaldarins hægði loftmótstaðan á ferð geimfarsins niður í 370 m/s (1.332 km/klst. Þá var fallhlífin opnuð sem dró úr hraðanum niður í 68 m/s (245 km/klst). Tuttugu sekúndum eftir að fallhlífin var opnuð losnaði hitaskjöldurinn frá bakhlífinni.

Sojourner jeppinn óuppreistur á Mars Pathfinder. Mynd: NASA/JPL

Öðrum tuttugu sekúndum síðar var lendingarfarinu slakað 20 metra úr bakhlífinni í kapli. Í 1,6 km hæð yfir yfirborðinu mældi ratsjá hæðina og hraðann og voru þær upplýsingar notaðar til að tímasetja nákvæmlega það sem á eftir fór.

Í 355 metra hæð yfir lendingarstaðnum blésu gaskútar loftpúðana út á innan við einni sekúndu. Í 98 metra hæð var kveikt á þremur bremsuflaugum sem drógu úr hraðanum niður í 0 m/s í um 20 metra hæð. Þá var lendingarfarið losað úr kaplinum og féll niður á yfirborðið. Eldflaugarnar stýrðu bakhlífinni og fallhífinni burt sem svo brotlenti skammt frá.

Lendindgarstaður Mars Pathfinder. Nibburnar tvær eru Tvídrangar, hólar sem sáust vel frá lendingarstaðnum. Smelltu hér til að sjá nærmynd af búnaðinum á yfirborðinu. Mynd: NASA/JPL/University of Arizona

Lendingarfarið skall á yfirborðinu á 10,5 m/s (38 km/klst) og skoppaði fyrst upp í 15,7 metra hæð. Fimmtán skopp fylgdu í kjölfarið samkvæmt mælum í geimfarinu. Klukkan 16:56 að íslenskum tíma þann 4. júlí 1997 (02:56 að nóttu á Marstíma) var Mars Pathfinder lentur heill á húfi í Ares Vallis á Mars, fjórum mínútum eftir að lendingarferlið hófst. Lendingarstaðurinn var aðeins 19 km suðvestur af miðju fyrirhugaðs lendingarstaðs.

Loftpúðarnir voru tæmdir og lendingarfarið opnaði sig eins og blóm. Fyrstu myndir og gögn bárust svo skömmu eftir sólarupprás á Mars.

Á fyrstu myndunum sáu menn að loftið hafði ekki farið alveg úr einum loftpúðanum. Það gat verið vandamál fyrir fyrstu ökuferð Sojourner jeppans niður annan af tveimur römpum. Til að leysa þetta vandamál var lendingarfarinu skipað að fletja loftpúðan betur út. Það tókst og degi eftir lendingu stóð Sojourner upp og bakkaði niður rampinn.

Lendingin var að sjálfsögðu sjálfvirk, enda voru skilaboð rúmar tíu mínútur að berast frá Mars til Jarðar.

4. Mælitæki

Í Mars Pathfinder og Sojourner jeppanum voru nokkur vísindatæki sem áttu að taka myndir af landslagin, rannsaka efnasamsetningu bergsins og gera veðurathuganir. Um borð voru:

• Imager for Mars Pathfinder (IMP) — Litmyndavél á mastri lendingarfarsins. Hafði einnig segultilraunapakka og vindmæli.

• Atmospheric and meteorological sensors (ASI/MET) — Veðurmælingatækið á lendingarfarinu.

• Alpha Proton X-Ray Spectrometer (APSX) — Röntgen-litrófsriti í Sojourner jeppanum til að efnagreina berg.

Að auki voru þrjár myndavélar í Sojourner jeppanum.

5. Sojourner jeppinn

Sojourner jeppinn á yfirborði Mars. Mynd: NASA/JPL

Litli jeppinn um borð í Mars Pathfinder var nefndur Sojourner, eftir Sojourner Truth (1797-1883), blökkukonu sem barðist fyrir afnámi þrælahalds og kvenréttindum í Bandaríkjunum. Nafnið var byggt á uppástungu stúlku að nafni Valerie Ambroise, sem þá var 12 ára gömul, en hún tók þátt í nafnasamkeppni á vegum Planetary Society og Jet Propulsion Laboratory, sem smíðaði geimfarið og stjórnaði leiðangrinum.

Sojourner jeppinn var 65 cm að lengd, 48 cm á breidd, 30 cm hár, vó 10,6 kg og var knúinn sólarorku. Hann var á sex hjólum (13 cm breiðum og úr áli) eins og hinir Marsjepparnir sem á eftir komu og ók með 1 sentímetra hraða á sekúndu. Jepinn gat hallað allt að 45 gráður án þess að velta og með fjöðrunarbúnaði sínum gat hann ekið yfir allt að 20 cm háa hnullunga. Í búki hans var örlítið (2,6 grömm) af geislavirku plútóníum-238 samsætu sem gaf frá sér 1 watt af varma til að halda rafkerfi jeppans heitum.

Í Sojourner voru þrjár myndavélar sem í heild tóku 550 ljósmyndir. Í heild ók jeppinn um 90 metra um lendingarstaðinn en fór aldrei meira en 12 metra frá Pathfinder lendingarfarinu.

Helsta mælitæki Sojourner var röntgen-litrófsriti (Alpha Proton X-Ray Spectrometer eða APSX). APXS skaut röntgengeislum á berg til að efnagreina það en hver mæling tók um tíu klukkustundir.

Sojourner starfaði í 84 daga, tólf sinnum lengur en upphaflega var áætlað (vika).

6. Helstu niðurstöður

Sojourner að efnagreina hnullunginn Yogi með APXS litrófsritanum. Mynd: NASA/JPL

Mælingar APXS í Sojourner á steini sem nefndur var „Barnacle Bill“ sýndu að um andesít var að ræða.

Andesít er ísúrt gosberg sem kom til dæmis upp í Eyjafjallajökulsgosinu árið 2010 og hefur margsinnis komið upp í Heklugosum. Andesítið á Mars bendir til þess að kvikan hafi náð að þróast nokkuð áður en hún kom í eldgosi.

Stærsti steinninn í nágrenni lendingarfarsins, kallaður Yogi eftir Jóga birni, reyndist fremur dæmigert og frumstætt basalt. Myndir af áferð og lögun Yogi, sem og annars bergs á svæðinu, sýndu að hann hefur líklega borist þangað með flóðvatni. Þetta kom heim og saman við eldri niðurstöður Viking brautarfarnna sem bentu til að mikið hamfaraflóð hafi streymt yfir Ares Vallis fyrir 1,8 til 3,6 milljörðum ára.

Sólin sest undir Tvídranga (Twin Peaks) á lendingarstað Mars Pathfinder. Mynd: NASA/JPL

Ljósmyndir af sólinni í mismunandi hæð á himninum sýndu að lofthjúpurinn var rykugur í meðallagi. Var það einnig í samræmi við athuganir Viking lendingarfaranna. Rykið dreifði og gleypti um það bil 35% af sólarljósinu á hádegi en skyggni var um 30 km. Agnirnar í svifrykinu voru um að bil míkrómetri að stærð. Himinninn var ætíð móðukenndur og laxableikur, rétt eins og í tilviki Viking-faranna. Ský úr vatnsís sáust reglulega á himni árla morguns en hurfu við sólarupprás.

Hitastigið á lendingarstaðnum náði mest um –10°C skömmu eftir hádegi dag hvern en fór niður í –76°C skömmu fyrir sólarupprás. Loftþrýstingur mældist rétt undir 6,7 millibörum, innan við 1% af loftþrýstingi við sjávarmál á Jörðinni.

Rannsókn sem mældi Dopplervik í útvarpssendingum frá lendingarfarinu, sýndu að Mars hefur að öllum líkindum fastan járnkjarna, um það bil 2.600 km í þvermál.

Upphaflega átti lendingarfarið að endast í 30 daga og jeppinn í 7 daga. Þegar yfir lauk hafði leiðangurinn staðið yfir í 85 daga.

Kort af lendingarstað Mars Pathfinder. Búið er að merkja inn helstu nöfn á grjóti í kringum lendingarfarið og Sojourner rannsakaði. Mynd: NASA/JPL/USGS

Tengt efni

• Mars Pathfinder myndasafn NASA/JPL

• Geimferðir
  

• Mars
  

• Curiosity

Heimildir

1. Mars Pathfinder. National Space Science Data Center (sótt: 3. júlí 2013)
   
2. Mars Pathfinder Landing - Press Kit July 1997
   

3. Mars Pathfinder Science Results Directory (sótt: 3. júlí 2013)

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2013). Mars Pathfinder og Sojourner-jeppinn. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/solkerfid-large/geimferdir/mars-pathfinder (sótt: DAGSETNING).