NASA-Wissenschaftler bereiten sich darauf vor, das bisher detaillierteste Bild der Atmosphäre der Venus zu zeichnen, wenn die treffend benannte Mission DAVINCI – oder Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble Gases, Chemistry, and Imaging – eine Sonde auf die Oberfläche des Planeten abwirft.
Wenn die 0,9 Meter (3 Fuß) breite Abstiegskugel der DAVINCI-Mission ihren Einweg-Fallschirmflug unternimmt Venus‘ Oberfläche in den frühen 2030er Jahren wird es das VASI-Instrument (Venus Atmospheric Structure Investigation) zusammen mit fünf anderen Instrumenten tragen. VASI sammelt Daten über Temperatur, Druck und Wind Die Atmosphäre der Venus während es seinen höllischen Abstieg macht und in die zermalmende untere Atmosphäre des Planeten eintritt.
„Es gibt tatsächlich einige große Rätsel über die tiefe Atmosphäre der Venus“, sagte Ralph Lorenz, wissenschaftlicher Leiter des VASI-Instruments und Planetenwissenschaftler am Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Maryland, in a Aussage. „Wir haben nicht alle Teile dieses Puzzles und DAVINCI wird uns diese Teile geben, indem wir die Zusammensetzung gleichzeitig mit dem Druck und der Temperatur messen, wenn wir uns der Oberfläche nähern.“
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Die dichte Atmosphäre der Venus verbirgt mehrere Geheimnisse, darunter ihre Struktur und die Interaktion der vielen Vulkane des Planeten über die Äonen hinweg. Eines der wichtigsten Ziele der Wissenschaftler ist es, eine Sonde durch die Atmosphäre des zweiten Planeten zu tauchen Sonne ist festzustellen, ob diese Welt noch vulkanisch aktiv ist. Die Sonde könnte dies durch Messungen der atmosphärischen Temperaturen, Winde und Zusammensetzung erschnüffeln.
Die Lösung dieser Rätsel könnte Wissenschaftlern eine Vorstellung davon geben, was eine fortgesetzte vulkanische Aktivität für die Atmosphäre unseres eigenen Planeten bedeuten könnte.
„Die langfristige Bewohnbarkeit unseres Planeten, wie wir ihn verstehen, beruht auf der Kopplung von Innerem und Atmosphäre“, sagte Lorenz. “Der langfristige Überfluss an Kohlendioxid in unserer Atmosphäre, auf den wir uns wirklich verlassen, um die Erdoberfläche warm genug zu halten, um über geologische Zeiträume hinweg bewohnbar zu sein, beruht auf Vulkanen.”
Ein One-Way-Trip zur Venus
Eine der größten Herausforderungen im Zusammenhang mit der Erforschung der Venus waren die extremen Bedingungen des Planeten, der einen bis zu 90-mal höheren Oberflächendruck aufweist als der von Venus Erde und Oberflächentemperaturen um 900 Grad Fahrenheit (460 Grad Celsius).
Außerdem muss eine Sonde, bevor sie die Oberfläche des Planeten aus dem Orbit erreichen kann, zuerst durch Wolken aus Schwefelsäure in der oberen Atmosphäre der Venus fliegen. (Diese Wolken erschweren es auch, die Venus von der Erde aus zu beobachten; reflektierend und glänzend, verdecken sie unsere Sicht auf die Oberfläche des Planeten.)
Diese Bedrohungen bedeuten, dass die Abstiegskugelsysteme und Sensoren von DAVINCI in einer robusten, U-Boot-ähnlichen Struktur eingeschlossen werden. Aber während die Kugel so gebaut ist, dass sie starkem atmosphärischem Druck standhält und isoliert ist, um die Sensoren vor der intensiven Hitze nahe der Venusoberfläche abzuschirmen, müssen die Sensoren von VASI den rauen Bedingungen etwas ausgesetzt werden, um ihre Arbeit zu erledigen.
„Venus ist hart. Die Bedingungen, besonders tief in der Atmosphäre, machen es sehr schwierig, die Instrumentierung und die Systeme zur Unterstützung der Instrumentierung zu konstruieren“, sagte Lorenz. “All das muss entweder vor der Umwelt geschützt oder irgendwie so gebaut werden, dass es sie toleriert.”
Während die Kugel durch die Atmosphäre der Venus fällt, misst VASI die Temperatur mit einem Sensor in einem dünnen, strohhalmartigen Metallrohr. Da die Atmosphäre das Rohr erwärmt, misst und zeichnet der Sensor die Ausdehnung und damit die Temperatur auf, ohne direkt der korrosiven Umgebung ausgesetzt zu sein.
VASI erfasst atmosphärische Druckmesswerte mithilfe einer darin eingeschlossenen Silikonmembran. Eine Seite der Membran ist einem Vakuum ausgesetzt, während die andere Seite der Venusatmosphäre zugewandt ist. Die Atmosphäre drückt auf die Membran und dehnt sie, und das Ausmaß dieser Dehnung zeigt die Stärke des atmosphärischen Drucks.
Das Instrument misst Venuswinde mit einer Kombination aus Beschleunigungsmessern, die Geschwindigkeits- und Richtungsänderungen testen, und Gyroskopen, die die Ausrichtung messen. Die Mission wird auch Änderungen der Windgeschwindigkeit und -richtung verfolgen, indem sie Änderungen in der Frequenz und Wellenlänge von Funkwellen überwacht.
DAVINCI, benannt nach dem italienischen Universalgelehrten der Renaissance, Leonardo da Vinci, soll derzeit im Jahr 2029 gestartet werden. Wenn der Zeitplan eingehalten wird, wird die Abstiegskugel im Jahr 2031 durch die dichte Atmosphäre der Venus stürzen.
Der Drop dauert etwa eine Stunde. Es wird nicht erwartet, dass die Sonde den Sturz überlebt, aber wenn dies der Fall ist, sind die NASA-Wissenschaftler darauf vorbereitet, mit dem zum Scheitern verurteilten Gerät etwa 17 Minuten zusätzliche Wissenschaft an die Oberfläche zu bringen.
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