فِي عَام ٢٠١٤، أَعْلَنَتِ ٱلْإِمَارَاتُ ٱلْعَرَبِيَّةُ ٱلْمُتَّحِدَةُ عَنْ أَوَّلِ مَهَمَّةٍ عَرَبِيَّةٍ لِلكَوَاكِبِ ٱلْخَارِجِيَّةِ، مَهَمَّةُ ٱلْإِمَارَاتِ لِٱسْتِكْشَافِ ٱلْمَرِّيخِ، كَحَافِزٍ لِتَطْوِيرِ قِطَاعِ ٱلْعُلُومِ وَٱلتِّكْنُولُوجِيَا فِي ٱلْمِنْطَقَةِ. تَرَكَّزَتِ ٱلْمَهَمَّةُ عَلَى تَطْوِيرِ ٱلْقُدُرَاتِ ٱلْوَطَنِيَّةِ فِي كِلَا ٱلْعُلُومِ وَٱلْهَنْدَسَةِ دَاخِلَ ٱلْإِمَارَاتِ ٱلْعَرَبِيَّةِ ٱلْمُتَّحِدَةِ، وَعَلَى ٱلْمُسَاهَمَةِ بِمَعْرِفَةٍ جَدِيدَةٍ فِي ٱلْمَعْرِفَةِ ٱلْإِنْسَانِيَّةِ وَٱلْحَضَارَةِ.
سَيُطْلِقُ مُسْبَارُ ٱلْأَمَلِ ٱلتَّابِعُ لِمَهَمَّةِ ٱلْإِمَارَاتِ لِٱسْتِكْشَافِ ٱلْمَرِّيخِ فِي عَامِ ٢٠٢٠ لِدِرَاسَةِ ٱلدِّينَامِيكِيَّاتِ فِي ٱلْغِلَافِ ٱلْجَوِّيِّ لِلْمَرِّيخِ عَلَى ٱلنِّطَاقِ ٱلْعَالَمِيِّ، أَثْنَاءَ أَخْذِ عَيِّنَاتٍ عَلَى كِلَا ٱلْمَقِيَاسَيْنِ ٱلْيَوْمِيِّ وَٱلْمَوْسِمِيِّ. تَتَمَاشَى ٱلْأَهْدَافُ ٱلْعِلْمِيَّةُ ٱلْأَسَاسِيَّةُ لِمَهَمَّةِ ٱلْإِمَارَاتِ لِٱسْتِكْشَافِ ٱلْمَرِّيخِ مَعَ ٱلْهَدَفِ ٱلثَّانِي لِمَجْمُوعَةِ ٱسْتِشَارِيَّةِ بَرْنَامَجِ ٱسْتِكْشَافِ ٱلْمَرِّيخِ لِعَامِ ٢٠١٥: "فَهْمِ ٱلْعَمَلِيَّاتِ وَتَارِيخِ ٱلْمُنَاخِ عَلَى ٱلْمَرِّيخِ" [1]. عِلَاوَةً عَلَى ذَلِكَ، سَتُعَالِجُ أَهْدَافُ وَتَحْقِيقَاتُ مَهَمَّةِ ٱلْإِمَارَاتِ لِٱسْتِكْشَافِ ٱلْمَرِّيخِ ٱلْأَهْدَافَ ٱلتَّالِيَةَ لِمَجْمُوعَةِ ٱسْتِشَارِيَّةِ بَرْنَامَجِ ٱسْتِكْشَافِ ٱلْمَرِّيخِ، ٱلْهَدَفَ ٱلثَّانِي (أ): "تَوْصِيفُ حَالَةِ ٱلْمُنَاخِ ٱلْحَالِيِّ لِغِلَافِ ٱلْمَرِّيخِ ٱلْجَوِّيِّ وَٱلْبِلَازْمَا ٱلْمُحِيطَةِ وَٱلْعَمَلِيَّاتِ ٱلْأَسَاسِيَّةِ تَحْتَ ٱلتَّكْوِينِ ٱلْمَدَارِيِّ ٱلْحَالِيِّ" وَكَذَلِكَ ٱلْهَدَفَ ٱلثَّانِي (ج): "تَوْصِيفُ ٱلْمُنَاخِ ٱلْقَدِيمِ لِلْمَرِّيخِ وَٱلْعَمَلِيَّاتِ ٱلْأَسَاسِيَّةِ" [1]. تُعْتَبَرُ مَهَمَّةُ ٱلْإِمَارَاتِ لِٱسْتِكْشَافِ ٱلْمَرِّيخِ أَوَّلَ مَهَمَّةٍ تَحْصُلُ عَلَى تَغْطِيَةٍ كَامِلَةٍ لِلدَّوْرَةِ ٱلْيَوْمِيَّةِ عَلَى ٱلْمَقَايِيسِ ٱلْفَصْلِيَّةِ مَعَ تَغْطِيَةٍ عَالَمِيَّةٍ تُمَكِّنُ مِنْ فَهْمِ نَقْلِ ٱلطَّاقَةِ مِنَ ٱلْغِلَافِ ٱلْجَوِّيِّ ٱلْأَدْنَى-ٱلْوَسَطِ إِلَى ٱلْغِلَافِ ٱلْجَوِّيِّ ٱلْعُلْوِيِّ.
عَلَى مُتْنِ مُسْبَارِ ٱلْأَمَلِ ثَلَاثُ أَدَوَاتٍ عِلْمِيَّةٍ سَتُقَدِّمُ مَجْمُوعَةً مِنَ ٱلْقِيَاسَاتِ ٱلْأَسَاسِيَّةِ لِفَهْمٍ مُحَسَّنٍ لِمُنَاخِ ٱلْمَرِّيخِ. إِثْنَتَانِ مِنْ أَدَوَاتِ مَهَمَّةِ ٱلْإِمَارَاتِ لِٱسْتِكْشَافِ ٱلْمَرِّيخِ، وَهُمَا إمارات التصوير الاستكشافي (EXI) [2] وإمارات المطياف للأشعة تحت الحمراء (EMIRS) [3]، سَيُرَكِّزَانِ عَلَى ٱلْغِلَافِ ٱلْجَوِّيِّ ٱلْأَدْنَى بِمُرَاقَبَةِ ٱلْغُبَارِ وَسُحُبِ ٱلْجَلِيدِ وَبُخَارِ ٱلْمَاءِ وَٱلْأُوزُونِ. أَمَّا الأداة الثالثة، إمارات المطياف الفوق بنفسجي (EMUS)، فَسَتُرَكِّزُ عَلَى كِلَا الثيرموسفير والإكسوسفير للكوكب. ستتناول هذه الورقة نبذة عن أداة EMUS والتحقيقات المرتبطة بها، وأداء الأداة بعد التشغيل.
سَتُحَقِّقُ أَدَاةُ EMUS فِي كَمِّيَّةِ وَتَوَزُّعِ العَنَاصِرِ المُحَايِدَةِ الأَسَاسِيَّةِ فِي الثيرموسفير على المقاييس الفصلية. ولمعالجة هذا الهدف، ستوفر أداة EMUS قياسات للديناميكيات والنشاط الحراري في الثيرموسفير، حيث تمر جميع الجسيمات الهاربة، وهو ما يشكل الحد الأدنى للإكسوسفير. سيتم ذلك بتحديد كمية العناصر المحايدة الأساسية في الثيرموسفير وتوزيعها المكاني: الأكسجين (O) وأحادي أكسيد الكربون (CO).
ستتناول أداة EMUS أيضًا التحقيق المتعلق بتحديد البنية ثلاثية الأبعاد وتوزيع العناصر الأساسية في الإكسوسفير وتغيرها على المقاييس الفصلية. لهذا الهدف، ستراقب أداة EMUS العناصر المحايدة في الإكسوسفير: الهيدروجين (H) والأكسجين (O). وتعد قياسات كل من الهيدروجين والأكسجين في الغلاف الجوي العلوي أساسية لتحديد فقدان الماء من الغلاف الجوي العلوي.
أداة EMUS هي مطياف تصويري فوق بنفسجي بعيد تم تطويره بالشراكة بين مختبر الغلاف الجوي والفضاء (LASP) في جامعة كولورادو بولدر ومركز محمد بن راشد للفضاء (MBRSC). تتألف من مرآة تلسكوبية واحدة تغذي مطيافًا تصويريًا بدائرة رولاند مع كاشف للفوتونات وتحديد المواقع (مقدم من مختبر العلوم الفضائية في جامعة كاليفورنيا، بيركلي). الدقة المكانية لأداة EMUS تبلغ ٠.٣٦°، وهي كافية لوصف التباين المكاني في الثيرموسفير المريخي (١٠٠-٢٠٠ كيلومتر ارتفاع) والإكسوسفير (أكثر من ٢٠٠ كيلومتر ارتفاع). تقيس أداة EMUS الإشعاعات فوق البنفسجية في النطاق الطيفي ١٠٠-١٧٠ نانومتر مع دقة طيفية اختيارية ١.٣ نانومتر، ١.٨ نانومتر، أو ٥ نانومتر. لمراقبة وتمييز هالة الهيدروجين والأكسجين، ستجري أداة EMUS قياسات طيفية أحادية البعد. لقياس هالة الهيدروجين، ستكون الأداة حساسة لخط لايمن-ألفا عند ١٢١.٦ نانومتر وخط لايمن-بيتا عند ١٠٢.٦ نانومتر. لقياس الأكسجين في الغلاف الجوي العلوي، ستكون حساسة لـ ١٣٠.٤ نانومتر وللإشعاع الأضعف عند ١٣٥.٦ نانومتر. ستقيس أداة EMUS الإشعاعات الصادرة عن أحادي أكسيد الكربون في الثيرموسفير بين ١٤٠ نانومتر و١٧٠ نانومتر. يُلَخِّص الجدول ١ معلمات تصميم أداة EMUS.
| ٱلْمُعْلَمَةُ | ٱلْقِيمَةُ |
|---|---|
| مَجَالُ ٱلرُّؤْيَةِ | (0.18°, 0.25°, 0.7°) × 11.0° |
| نِطَاقُ ٱلْأَمْوَاجِ | 100 – 170 nm |
| ٱلدِّقَّةُ ٱلطَّيْفِيَّةُ | 1.3, 1.8, 5 nm |
| ٱلدِّقَّةُ ٱلْمَكَانِيَّةُ مَعَ شِقٍّ ضَيِّقٍ | 0.14° × 0.20° |
| كَاشِفُ ٱلْفُوتُونَاتِ | CsI |
يَسْتَهْدِفُ مَدَارُ ٱلْعِلْمِ لِمَهَمَّةِ ٱلْإِمَارَاتِ لِٱسْتِكْشَافِ ٱلْمَرِّيخِ، ٱلَّذِي يَبْلُغُ ٢٠,٠٠٠ كِيلُومِتْرٍ × ٤٣,٠٠٠ كِيلُومِتْرٍ مَعَ ٱنْحِرَافٍ بِزَاوِيَةِ ٢٥°، نَتِيجَةً لِفَتْرَةِ مَدَارِيَّةٍ تَسْتَغْرِقُ ٥٥ سَاعَةً. يُمَكِّنُ هَذَا ٱلْمَدَارُ ٱلْفَرِيدُ مِنْ دِرَاسَةِ ٱلْإِكْسُوسْفِيرِ مَعَ تَغْطِيَةٍ عَالَمِيَّةٍ وَيَوْمِيَّةٍ كَامِلَةٍ. تَخْطِيطُ مَرْحَلَةِ ٱلْعِلْمِ هُوَ لِمُدَّةِ سَنَتَيْنِ أَرْضِيَّتَيْنِ (أَكْثَرُ مِنْ سَنَةٍ مَرِّيخِيَّةٍ وَاحِدَةٍ) لِدِرَاسَةِ ٱلتَّغَيُّرَاتِ ٱلْمَوْسِمِيَّةِ فِي ٱلْغِلَافِ ٱلْجَوِّيِّ. تَأْخُذُ أَدَاةُ EMUS مُلَاحَظَاتِهَا بِٱسْتِخْدَامِ ٤ ٱسْتِرَاتِيجِيَّاتٍ مُخْتَلِفَةٍ لِلْمُرَاقَبَةِ (U-OS) بِٱسْتِخْدَامِ حَرَكَةِ ٱلْمَسْبَارِ. يُلَخِّصُ ٱلْجَدْوَلُ ٢ أَدْنَاهُ ٱسْتِرَاتِيجِيَّاتِ ٱلْمُرَاقَبَةِ لِأَدَاةِ EMUS.
| ٱلْمُرَاقَبَةُ | ٱلْوَصْفُ | ٱلشِّقُّ | ٱلتَّكْرَارُ |
|---|---|---|---|
| U-OS1 | المسح الشعاعي لقرص المريخ مغطياً 0-1.06 RM | 1.3 nm | مرتان في كل مدار في أسبوع واحد |
| U-OS2 | المسح الشعاعي لقرص المريخ مغطياً 0-1.6 RM | 1.8 nm | ست مرات في كل مدار في أسبوع واحد |
| U-OS3 | مسح بنمط النجم حيث تنحرف السفينة الفضائية إلى ١٠٠ درجة في ٤ مسارات. سيغطي 0 - على الأقل 6 RM | 5 nm | أربع مرات في كل مدار كل أسبوعين |
| U-OS4 | توفير أوقات تعرّض طويلة للهالة المتوسطة والخارجية عندما لا تكون الأداة تصوّر وأثناء الشحن | 1.8 nm | مراقبة خطوط البصر في كل ٥٠٠ كيلومتر في كل مدار كل شهر |
سيكون هناك نوعان من مجموعات الصور لأداة EMUS: المعتادة وعالية التكرار لكل من الثيرموسفير والهالة. لضمان تغطية عالمية كاملة للثيرموسفير النهاري، بما في ذلك منطقة الفجر، وتغطية مستمرة للثيرموسفير الاستوائي (إطار المريخ المركزي المداري الشمسي)، يجب أن تشمل مجموعة الصور المعتادة على الأقل ٦ من ٨ فواصل ٣٠° في الخطوط الطولية لإطار MSO الممتدة من -١٢٠° إلى ١٢٠° (٤ صباحًا إلى ٨ مساءً في وقت MSO المحلي). يجب أن تشمل مجموعة الصور عالية التكرار على الأقل ١٢ من ١٦ فاصلة ١٥°، ويجب أن تُؤخذ كلتا المجموعتين خلال ثلث أسبوع. أما فيما يخص التغطية الموسمية، يجب أن تغطي الملاحظات على مدار سنة مريخية كاملة بحيث تشمل ٢٠ من ٢٤ فاصلة ١٥° من خطوط الطول الشمسية (LS) للمجموعات المعتادة، وعلى الأقل ٧ من ٨ فواصل ٤٥° من خطوط الطول الشمسية لمجموعات عالية التكرار.
فيما يخص قياسات الهالة، تشمل المجموعة المعتادة للصور الصور الملتقطة خلال ثلث أسبوع، من على الأقل ٥ من ٨ فواصل ٤٥° من الخطوط الطولية لإطار MSO الممتدة من -١٨٠° إلى ١٨٠°، دون تفويت أكثر من فاصلة ٤٥° من أي فاصلة ٩٠° متمركزة في وقت منتصف الليل من ١٣٥° إلى -١٣٥° (لتوصيف الهيدروجين في الإكسوسفير الليلي) أو الفواصل الثلاثة في النهار وحدود النهار من -١٣٥° إلى ١٣٥° (لتوصيف الهيدروجين والأكسجين في الإكسوسفير النهاري). لا يُتوقع أن تتأثر هالتا الهيدروجين والأكسجين بالغلاف الجوي الأدنى على مقاييس زمنية تقل عن أسبوع واحد. لذلك، يجب أن تُجمع على الأقل مجموعة صور معتادة واحدة في كل أسبوع.
للسماح بوصف التغير الزمني القصير، الذي يقل عن أسبوع، في جميع فصول المريخ، يجب أن تُجمع بيانات عالية التكرار، والتي تتكون من ٣ مجموعات متتالية من الصور المعتادة في نفس الأسبوع، في على الأقل ٧ من ٨ فواصل ٤٥° من خطوط الطول الشمسية التي تكوّن سنة مريخية. هذا لضمان ألا يظهر التغير الزمني بتشكيلات مختلفة في فصول أو مسافات شمسية مختلفة.
ستعزز البيانات المستردة من أداة EMUS فهمنا للثيرموسفير والإكسوسفير للمريخ وتغيراتهما على المقاييس الفصلية، حيث صُممت الأداة لقياس التغيرات النسبية في الثيرموسفير وبنية - نطاق الامتداد والارتفاع النسبي - لكل من الهيدروجين والأكسجين في الإكسوسفير. علاوة على ذلك، ستقيس أداة EMUS التغيرات في بنية الهالة مع الموسم، وتأثيرات الغلاف الجوي الأدنى (مثل العواصف الرملية). مع بيانات من أدوات أخرى على متن مسبار الأمل، ستحسن مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ فهمنا للترابط بين الغلاف الجوي العلوي والأدنى ومناخ المريخ.
[1] MEPAG (2015), NASA, 24 02.
Ninth International Conference on Mars 2019 (LPI Contrib. No. 2089) 6073.pdf