Når en Atlas V 401-rakett lørdag kl. 13:05 norsk tid forlater jordoverflaten fra Vandenberg Air Force Base i California, har den en drøyt 6 meter bred Mars-sonde med det hittil mest følsomme seismometeret med om bord.
Planen er at sonden ankommer Mars den 26. november, nærmere bestemt området Elysium Planita, der instrumentene i ca. to år skal måle planetens seismiske aktivitet, slik at astronomene kan få vite mer om planetens oppbygning og historie – og dermed kanskje også Jordens.
– Endelig har oppdraget blitt en realitet. Det er nesten 30 år siden at ESA snakket om et seismisk oppdrag, men det ble aldri noe av. Nå ser det altså ut til at NASA får av sted et instrument med et par års forsinkelse, forteller lektor Morten Bo Madsen ved Niels Bohr Institutet om oppdraget, som ble utsatt på grunn av en feil på seismometeret, før den opprinnelige oppskytningen i 2016.
InSight
Oppdraget går under navnet InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport), og formålet er blant annet å fastslå om det er seismisk aktivitet på planeten, hvor mye varme som kommer ut fra planetens indre, og om Mars har en fast eller flytende kjerne.
For å få en idé om planetens seismiske aktivitet og sammensetning, skal seismometret blant annet måle de trykkbølgene som oppstår når det faller ned meteoritter på Mars.
Bilder fra kretsløpssonder har vist at det finner sted minst 20 av disse meteornedslagene årlig, så det blir en del muligheter i løpet av de to årene som oppdraget er ment å vare.
Seismometeret vil lytte etter både P-bølger (primærbølger), S-bølger (sekundærbølger) og overflatebølger. De tre bølgetypene kommer med forskjellig hastighet, og forteller dermed noe om det materialet som de beveger seg i. Ved å sammenholde målingene med tid og sted for de nedslagene som opptrer på fotos av kratrene, håper astronomene å få ytterligere informasjoner for å vurdere hastighetene for bølgeutbredelsene.
P-bølgene får materiale i planetens indre til å vibrere fram og tilbake, mens S-bølgene bukter seg opp og ned. Overflatebølgene foregår helt ute i planetens ytterste område, og er primært de som får for eksempel et jordskjelv til å forårsake ødeleggelser ved å skyve skorpen rundt i alle retninger.
– På samme måte vil meteornedslag gi trykkbølger, som overføres gjennom volumet til Mars, før de ankommer til et bestemt punkt. Men tolkningen av bølgene er vanskelig, fordi bølgene brer seg i flere dimensjoner, men kanskje man kan modellere undergrunnen av Mars utfra disse bølger, tror Morten Bo Madsen.
- 360 graders video fra Mars: Slik er det på vår nærmeste planet
Muldvarp skal måle varmen
Og skulle det mangle bølger man kan måle, har Mars-sonden faktisk sin egen lille bølgeskaper med om bord.
Et annet viktig element av oppdraget er nemlig sondens "muldvarp", som består av en probe som skal måle varmen som strømmer ut av Mars for å undersøke de termiske forholdene.
Ifølge Morten Bo Madsen er det ikke snakk om et egentlig bor som sonden har med, men snarere en slags ’sigarhylster’, som den kan hamre mer enn én meter ned – i beste fall fem meter. For hver 10 cm er det montert en sensor, slik at den kan måle forskjellene på veien ned.
Samtidig lager den litt støy og rystelser når den jobber, noe som også kan si noe om det materialet som finnes lokalt der sonden står, når disse blir fanget opp av seismometrene, understreker han.
Et tredje eksperiment på InSight-missionen er et radioeksperiment, hvor to RISE-antenner (Rotation and Interior Structure Experiment) skal måle Doppler-forskyvningen i signaler sendt fra Jorden til Mars og tilbake igjen.
Endringer i signalene kan si noe om planetens bevegelser og slingring i kretsløpet, og dermed hvordan kjernen er sammensatt – på samme måte som et hardkokt egg kan rotere nesten uten tap i forhold til et rått.
– Det er også et spennende eksperiment. Vi vet allerede at den spesifikke inerti-momentet til Mars er større enn Jordens, fordi tyngre grunnstoffer er mer jevnt fordelt ut mot skorpen i motsetning til Jorden, hvor det er en større separasjon av tunge og lette grunnstoffer, forteller Morten Bo Madsen.
– Det er for eksempel i gjennomsnitt dobbelt så mye jern i en tilfeldig valgt Mars-stein enn i en tilsvarende tilfeldig valgt Jord-stein, og det sier noe om historien til Mars – for har den fremdeles litt flytende kjerne utenpå den faste kjernen, eller har den blitt helt fast?
- Det første luksushotellet i rommet: Er klart for reservasjoner
Mulig dansk deltagelse i oppdraget
For første gang noensinne i et Mars-oppdrag er det ingen dansk deltagelse – i hvert fall ikke ennå. For seismologi er ikke akkurat Mars-gruppens spisskompetanse, forklarer Morten Bo Madsen.
Men det kan vise seg å være en åpning. For en gruppe geofysikere på instituttet har tidligere analysert seismiske data fra Månen, så på Morten Bo Madsens oppfordring har de nå sendt en søknad av sted til NASA for å tilby relevant viten for dette oppdraget.
I spissen for dette forslaget står professor Klaus Mosegaard i NBIs geofysikkgruppe, og han forteller at det også er viktig å forstå de rystelsene som ikke kommer fra kratere, og derfor ikke vil opptre på fotos. Derfor kan også bare de rent seismiske dataene her komme godt med.
– Mars-skjelvene er også viktige å kjenne for å forstå Mars’ struktur og indre, men siden det bare er ett seismometer med på sonden, kan det bli vanskelig å få veldig gode bilder av hvordan disse bølger sprer seg – og for så vidt også dem fra meteornedslagene. I virkeligheten ville det kreve tre seismometre, slik at man kan foreta avstandsberegning ved hjelp av en form for triangulering, forteller Klaus Mosegaard.
Algoritme skal være fysikernes ører
Gruppens idé går ut på å bruke omgivelsenes refleksjoner, dvs. uregelmessigheter i grunnen, til å gi et ekko. Dette kan fysikerne bruke til avstandsberegning på samme måte som mennesker bruker ørene til å bestemme hvor en lyd kommer fra.
Algoritmene som er i ferd med å ta form på instituttet, vil inneholde et maskinlæringselement, slik at datamaskinen hjemme på NBI hele tiden blir bedre til å fastslå avstandene mellom sentre for seismisk aktivitet og InSight-sonden på Mars.
– Når vi har registrert en masse Mars-skjelv, kan vi lære hvordan lyden varierer. I begynnelsen vil vi få et rimelig dårligt resultat, men det vil løpende bli bedre og bedre, inntil vi får en god signatur for hvilket spektrum lyden har, avhengig av hvilken retning den kommer inn fra, forteller Klaus Mosegaard.
Inntil det er avgjort om NASA vil benytte seg av den danske ekspertisen, følger de danske fysikerne bare med fra sidelinjen denne gangen, men lektor Morten Bo Madsen understreker at det alltid er spennende å følge Mars-ferdene.
– Uansett om vi blir valgt til å delta i gruppen eller ikke, vil vi være svært interesserte i å følge resultatene og se hva kollegene våre på oppdraget finner ut av, understreker han.
I tillegg til disse tre eksperimentene har sonden også med en værstasjon, samt to fargekameraer.
- Gjensyn med det ville øyeblikket: Her svever Teslaen i rommet
Mini-satellitter skal (kanskje) sende live fra landingen
I tillegg får to CubeSats (MarCOs) transport med Atlas V-raketten. De blir de første to mini-satellittene som kommer så langt ut i rommet på sin egen rute rett bak InSight.
Herfra skal de bevege seg mod Mars og underveis teste en rekke nye kommunikasjonssystemer for å se hvordan de klarer seg i det ytre rommet. Klarer de seg hele veien til Mars, vil de hjelpe InSight med å sende data fra landingen til Jorden før de flyr forbi.
I motsetning til de kvadratiske CubeSats på ca. 10x10x10 cm, som vi blant annet kjenner fra danske GomSpace, er disse MarCOs snarere som en liten koffert med sine 36x24x12 cm.
Men InSight-oppdraget er ikke avhengig av de to CubeSat-ene. De er å betrakte som et parallelt prosjekt som skal vise om de små CubeSat-ene er egnede som hjelpere på framtidige oppdrag, hvor de på en forholdsvis billig og enkel måte kan bidra med informasjon om hvordan landingen forløper.
Plan A ved landingen er fortsatt at sonden sender informasjoner via UHF til romsonden Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), som i over 12 år har vært i kretsløp rundt Mars, og som gir beskjed videre til Jorden.
Ulempen ved denne metoden er imidlertid at MRO ikke kan sende og motta data samtidig, så først når alle informasjoner fra landingen er lagt inn, kan den konsentrere seg om å sende dem til Jorden, og da får vi kanskje først beskjed om landingen over en time etter at den har funnet sted.
Det er her at de to CubeSat-ene kan øke farten på ting, siden de inneholder radioteknologi som gjør det mulig å motta og sende data nesten samtidig.
- Denne saken ble først publisert på danske Ing.dk
