1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Астрономический вестник
  4. T. 57, № 4, 2023

Астрономический вестник, 2023, T. 57, № 4, стр. 342-356

Лидар для исследования атмосферы Марса с поверхности

А. Н. Липатов a, *, А. Н. Ляш a, **, А. П. Экономов a, В. С. Макаров a, В. А. Лесных a, В. А. Горетов a, Г. В. Захаркин a, Л. И. Хлюстова a, С. А. Антоненко a, Д. С. Родионов a, О. И. Кораблев a

a Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
Москва, Россия

* E-mail: slip@iki.rssi.ru
** E-mail: alyash@iki.rssi.ru

Поступила в редакцию 16.03.2023
После доработки 21.03.2023
Принята к публикации 24.04.2023

Аннотация

Прибор Лидар в составе метеорологического комплекса Посадочной платформы ЭкзоМарс-2022 предназначен для исследования марсианского аэрозоля, пограничного слоя, и мелкомасштабной атмосферной турбулентности. Миниатюрный лидар на основе импульсного полупроводникового лазера и лавинного фотодиода в режиме счета фотонов позволит получать профили обратного рассеяния аэрозоля на вертикальной трассе от 10 до 1500 м днем и от 15 до 10 000 м ночью. В пассивном режиме яркость неба измеряется в узком спектральном диапазоне и в узком телесном угле с частотой до сотен герц. Измеряемые флуктуации могут дать информацию о турбулентности дневной атмосферы и ее связи с пылевой активностью. В статье рассмотрены научные задачи эксперимента, программа измерений на поверхности Марса и подробно описаны составные части аппаратуры и особенности их работы.

Ключевые слова: Марс, пыль, облака, планетный пограничный слой, турбулентность, лазер, лавинный фотодиод, коэффициент обратного рассеяния

Список литературы

  1. Калошин Г.А., Козлов В.С., Панченко М.В., Полькин В.В. Локационный измеритель метеорологической дальности видимости в составе лазерного маяка // Оптика атмосферы и океана. 1994. Т. 7. № 10. С. 1444–1449.

  2. Линкин В.М., Липатов А.Н., Ляш А.Н. Микролидар для исследования приземных слоев атмосфер планет // “Современные и перспективные разработки и технологии в космическом приборостроении”, Таруса (25–27 марта 2003 г.) // Сб. докл. ИКИ РАН. 2004. С. 295–308.

  3. Мак-Картни Э. Оптика атмосферы. М.: Изд. МИР, 1979. 422 с.

  4. Arruego I., Apéstigue V., Jiménez-Martín J., Martίnez-Oter J., Álvarez-Rıós F.J., González-Guerrero M., Rivas J., Azcue J., Martίn I., Toledo D., Gómez L., Jiménez-Michavila M., Yela M. DREAMS-SIS: The Solar Irradiance Sensor on-board the ExoMars 2016 lander // Adv. Space Res. 2017. V. 60. P. 103. https://doi.org/10.1016/j.asr.2017.04.002

  5. Arumov G.P., Bukharin A.V., Linkin V.M., Lipatov A.N., Lyash A.N., Makarov V.S., Pershin S.M., Tiurin A.V. Compact aerosol lidar for Martian atmosphere monitoring according to the NASA Mars Surveyor Program '98 // Proc. SPIE. 1999. № 3688. P. 494. https://doi.org/10.1117/12.337558

  6. Bukharin A.V., Linkin V.M., Lipatov A.N., Lyash A.N., Makarov V.S., Pershin S.M., Tiurin A.V. Russian Compact Lidar for NASA Mars Surveyor Program 98 // 19th Int. Laser Radar Conf., Annapolis, Maryland, July 1998. P. 241–244.

  7. Daerden F., Whiteway J.A., Davy R., Verhoeven C., Komguem L., Dickinson C., Taylo P.A., Larsen N. Simulating observed boundary layer clouds on Mars // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. id. L04203. https://doi.org/10.1029/2009GL041523.

  8. Daerden F., Whiteway J.A., Neary L., Komguem L., Lemmon M.T., Heavens N.G., Cantor B.A., Hébrard E, Smith M.D. A solar escalator on Mars: Self-lifting of dust layers by radiative heating // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. P. 7319. https://doi.org/10.1002/2015GL064892

  9. Davy R., Taylor P.A., Weng W., Li P.-Y. A model of dust in the Martian lower atmosphere // J. Geophys. Res.: Atmospheres. 2009. V. 114. id. D04108. https://doi.org/10.1029/2008JD010481

  10. Dickinson C., Whiteway J.A., Komguem L., Moores J.E., Lemmon M.T. Lidar measurements of clouds in the planetary boundary layer on Mars // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. id. L18203. https://doi.org/10.1029/2010GL044317.

  11. Dickinson C., Komguem L., Whiteway J.A., Illnicki M., Popovici V., Junkermann W., Connolly P., Hacker J. Lidar atmospheric measurements on Mars and Earth // Planet. and Space Sci. 2011. V. 59. P. 942. https://doi.org/10.1016/j.pss.2010.03.004

  12. Hinson D., Wang H., Wilson J., Spiga A. Night time convection in water-ice clouds at high northern latitudes on Mars // Icarus. 2022. V. 371. id. 114693. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2021.114693.

  13. Ivanov A.B., Muhleman D.O. Opacity of the Martian atmosphere from Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) observations // Geophys. Res. Lett. V. 25. P. 4417–4420. 1998. https://doi.org/10.1029/1998GL900060

  14. Komguem L., Whiteway J.A., Dickinson C., Daly M., Lemmon M.T. Phoenix LIDAR measurements of Mars atmospheric dust // Icarus. 2013. V. 223. P. 649. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2013.01.020

  15. Kurgansky M.V. To the theory of particle lifting by terrestrial and Martian dust devils // Icarus. 2018. V. 300. P. 97. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2017.08.029

  16. Mason E.L., Smith M.D. Temperature fluctuations and boundary layer turbulence as seen by Mars Exploration Rovers Miniature Thermal Emission Spectrometer // Icarus. 2021. V. 360. id. 114350. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2021.114350.

  17. Measures R.M. Laser Remote Sensing: Fundamentals and Applications. New York: John Wiley, 1984. 510 p.

  18. Moores J.E., Komguem L., Whiteway J.A., Lemmon M.T., Dickinson C., Daerden F. Observations of near-surface fog at the Phoenix Mars landing site // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38. id. L04203. https://doi.org/10.1029/2010GL046315.

  19. Pershin S.M., Linkin V.M., Bukharin A.V., Makarov V.N., Patsaev D., Prochazka I., Hamal K., Dubinin D., Kuznetsov V. Compact “safe eyes” radiation level lidar for environmental media monitoring // Proc. SPIE. 1993. № 2107. P. 336. https://doi.org/10.1117/12.162169

  20. Pershin S.M., Bukharin A.V., Makarov V.N., Linkin V.M., Patsaev D., Prochazka I., Hamal K. Portable nanojoule backscatter lidar for environmental sensing // Proc. SPIE. 1992. № 1752. P. 294. https://doi.org/10.1117/12.130741.

  21. Pershin S.M. Trouble-free compact lidar for in/outdoor atmosphere monitoring // Proc. SPIE. 1995. № 2506. P. 428. https://doi.org/10.1117/12.221044

  22. Petrosyan A., Galperin B., Larsen S.E., Lewis S.R., Määttänen A., Read P.L., Renno N., Rogberg L.P.H.T., Savijärvi H., Siili T., Spiga A., Toigo A., Vázquez L. The Martian atmospheric boundary layer // Rev. Geophys. 2011. V. 49. id. RG3005. https://doi.org/10.1029/2010RG000351.

  23. Read P.L., Galperin B., Larsen S.E., Lewis S.R., Määttänen A., Petrosyan A., Renno N., Savijärvi H., Siili T., Spiga A. The Martian Planetary Boundary Layer // Acm. book. Cambridge Univ. Press, 2017. P. 106. https://doi.org/10.1017/9781139060172.007.

  24. Scaccabarozzi D., Saggin B., Pagliara C., Magni M., Marco Tarabini M., Esposito F., Molfese C., Cozzolino F., Cortecchia F., Dolnikov G., Kuznetsov I., Lyash A., Zakharov A. MicroMED, design of a particle analyzer for Mars // Measurement. 2018. V. 122. P. 466–472. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2017.12.041

  25. Smith D.E., Zuber M.T., Frey H.V., Garvin J.B., Head J.W., Muhleman D.O., Pettengill G.H., Phillips R.J., Solomon S.C., Zwally H.J., Banerdt W.B., Duxbury T.C. Topography of the Northern Hemisphere of Mars from the Mars Orbiter Laser Altimeter // Science. 1998. V. 279. P. 1686. https://doi.org/10.1126/science.279.5357.1686

  26. Smith D.E., Zuber M.T., Solomon S.C., Phillips R.J., Head J.W., Garvin J.B., Banerdt W.B., Muhleman D.O., Pettengill G.H., Neumann G.A., Lemoine F.G., Abshire J.B., Aharonson O., Brown C.D., Hauck S.A., Ivanov A.B., McGovern P.J., Zwally H.J., Duxbury T.C. The global topography of Mars and implications for surface evolution // Science. 1999. V. 284. P. 1495. https://doi.org/10.1126/science.284.5419.1495

  27. Spiga A. Turbulence in the lower atmosphere of Mars enhanced by transported dust particles // J. Geophys. Res.: Planets. 2021. V. 126. id. e07066. https://doi.org/10.1029/2021JE007066.

  28. Tamppari L.K., Lemmon M.T. Near-surface atmospheric water vapor enhancement at the Mars Phoenix lander site // Icarus. 2020. V. 343. id. 113624. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2020.113624.

  29. Toledo D., Rannou P., Pommereau J.-P., Foujols T. The optical depth sensor (ODS) for column dust opacity measurements and cloud detection on Martian atmosphere // Experimental Astron. 2016. V. 42. P. 61. https://doi.org/10.1007/s10686-016-9500-7

  30. Vago J., Witasse O., Svedhem H., Baglioni P., Haldemann A., Gianfiglio G., Blancquaert T., McCoy D., de Groot R. ESA ExoMars program: The next step in exploring Mars // Sol. Syst. Res. 2015a. V. 49. P. 518. https://doi.org/10.1134/S0038094615070199

  31. Vago J.L., Lorenzoni L., Calantropio F., Zashchirinskiy A.M. Selecting a landing site for the ExoMars 2018 mission // Sol. Syst. Res. 2015b. V. 49. P. 538. https://doi.org/10.1134/S0038094615070205

  32. Whiteway J., Daly M., Carswell A., Cook C.R., Dickenson C., Komguem L., Daly M., Hahn J.F., Taylor P.A. Lidar on the Phoenix mission to Mars // J. Geophys. Res.: Planets. 2008. V. 113. id. E00A08. https://doi.org/10.1029/2007JE003002.

  33. Whiteway J.A., Komguem L., Dickinson C., Cook C., Illnicki M., Seabrook J., Popovici V., Duck T.J., Davy R., Taylor P.A., Pathak J., Fisher D., Carswell A.I., Daly M., Hipkin V., Zent A.P., Hecht M.H., Wood S.E., Tamppari L.K., Renno N., Moores J.E., Lemmon M.T., Daerden F., Smith P.H. Mars water-ice clouds and precipitation // Science. 2009. V. 325. P. 68. https://doi.org/10.1126/science.1172344

  34. Zakharov A.V., Dolnikov G.G., Kuznetsov I.A., Lyash A.N., Esposito F., Molfese C., Arruego Rodríguez I., Seran E., Godefroy M., Dubov A.E., Dokuchaev I.V., Knyazev M.G., Bondarenko A.V., Gotlib V.M., Karedin V.N., Shashkova I.A., Abdelaal M.E., Kartasheva A.A., Shekhovtsova A.V., Bednyakov S.A., Barke V.V., Yakovlev A.V., Grushin V.A., Bychkova A.S., Popel S.I., Korablev O.I., Rodionov D.S., Duxbury N.S., Petrov O.F., Lisin E.A., Vasiliev M.M., Poroikov A.Yu., Borisov N.D., Cortecchia F., Saggin B., Cozzolino F., Brienza D., Scaccabarozzi D., Mongelluzzo G., Franzese G., Porto C., Martín Ortega Rico A., Santiuste N.A., deMingo J.R., Popa C.I., Silvestro S., Brucato J.R. Dust Complex for Studying the Dust Particle Dynamics in the Near-Surface Atmosphere of Mars // Sol. Syst. Res. 2022. V. 56. № 6 . P. 351–368. https://doi.org/10.1134/S0038094622060065

  35. Zuber M.T., Smith D.E., Solomon S.C., Muhleman D.O., Head J.W., Garvin J.B., Abshire J.B., Bufton J.L. The Mars Observer laser altimeter investigation // J. Geophys. Res.: Planets. 1992. V. 97. P. 7781–7797. https://doi.org/10.1029/92JE00341

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Астрономический вестник

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал