Лазерный мир

Лазерный спектрометр способен вычислять количества изотопов основных составляющих атмосферы с процентной точностью на протяжении как минимум одного марсианского года. Сейчас устройство находится на площадке Европейского космического агентства во Франции и в составе российской посадочной платформы «Казачок» готовится к отправке на планету в рамках миссии ExoMars в 2022 году. Статья опубликована в журнале Applied Sciences.

На Марсе остались многочисленные признаки наличия жидкой воды в далеком прошлом. Для глубокого понимания процессов, происходящих в атмосфере, необходимы длительные непрерывные наблюдения за ее составом. Марсоходы предоставляют такие данные, однако с 1980-х годов ни одна стационарная платформа не наблюдала атмосферу Марса на протяжении долго времени на предмет ее основных составляющих — двуокиси углерода, водяного пара и их изотопологов. Изотопные отношения в атмосфере могут сильно изменяться из-за конденсации и сублимации, поэтому непрерывный мониторинг необходим для полного понимания происходящих в атмосфере процессов.

Сотрудники лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ совместно с коллегами из ИКИ РАН и Реймсского университета использовали в качестве основной измерительной части нового спектрометра ограниченную зеркалами аналитическую кювету, в которую воздухозаборная система набирает пробу атмосферного газа для анализа.

Оптимальные спектральные интервалы для измерения концентраций веществ перекрываются двумя перестраиваемыми полупроводниковыми лазерами. Лазерное излучение проходит через входное зеркало в заполненную газом область. Последовательно отражаясь от зеркал, лазерный луч многократно пересекает рабочий объем кюветы, так что эффективный оптический путь для двух лазеров составляет 110 м, что обеспечивает высокую точность измерений. Все пропущенные выходным зеркалом лучи собираются линзой и попадают на фотодетектор.

«Мы использовали кювету полного резонаторного выхода, так как она имеет компактную конструкцию и позволяет достичь большого эффективного оптического пути, необходимого для обеспечения высокой чувствительности. Время интегрирования большинства лазерных спектрометров не превышает нескольких секунд. Благодаря специальному алгоритму стабилизации частоты лазера при нашем подходе можно копить измеренный сигнал в течение десятков минут. Такой метод обеспечивает точность измерений на уровне 1–3% для разных изотопологов. Также наша система устойчива к внешним воздействиям (ударам, вибрации) по сравнению с классическими многопроходными оптическими системами. Наш прибор позволяет измерять количественное соотношение изотопологов основных составляющих марсианской атмосферы как минимум на протяжении одного марсианского года», — говорит соавтор исследования, руководитель лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ Александр Родин.

Источник: https://indicator.ru/astronomy/izucheniya-marsianskikh-izotopov-novyi-pribor-28-12-2020.htm