Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Proposed Tasks of Enceladus Missions’ Instrumentation in the Context of Their Astrobiological Goals

Kubiak Katarzyna, Kotlarz Jan, Zalewska Natalia, Zielenkiewicz Urszula

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2020

|

R. 24, nr 4

47--56

EN

Enceladus, Saturnian satellite, is a very significant object for astrobiologists due to the presence of liquid water that forms the ice-covered ocean. Water ice geysers escape from the south pole region through cracks in the ice shield. During the Cassini flight, the probe took samples of plumes matter recognizing besides other methane and molecular hydrogen. Since then, hypotheses have been formulated that life forms similar to those found in the Lost City Hydrothermal Field in the Atlantic ocean bottom may occur near Enceladus’ hydrothermal chimneys. In our work, we analyzed the possibility of a microbial factor detection in the Enceladus geysers. We used as model organisms selected extremophiles. We investigated multi-spectral cameras and mass spectrometers intended for use in mission proposals to Enceladus: Enceladus Orbiter, Enceladus Life Finder, The Explorer of Enceladus and Titan and THEO mission. The review pointed that the configuration of mass spectrometers and the proposed parameters of scientific orbits are appropriate for detecting volatile organic compounds corresponding to selected microorganisms such as aldehyde, ethanol, benzene, toluene, indole, or violacein. The possible presence of a microbiological component with physical dimensions in the order of several micrometres can only be observed for areas of geyser formation at their higher density (> 10 ppm) and with the occurrence of the “snowing microbes” phenomenon. We have found that particularly useful optical channels are 780–975nm, 860–910 nm, and 5.0–5.3 μm.

PL

Enceladus, księżyc Saturna, jest obiektem bardzo ważnym dla astrobiologów ze względu na obecność ciekłej wody, która tworzy ocean pokryty lodem. Gejzery lodu wodnego wydobywają się z regionu bieguna południowego przez pęknięcia w pokrywie lodowej. Sonda Cassini pobrała podczas lotu próbki pióropusza, rozpoznając, między innymi, metan i wodór cząsteczkowy. Od tamtej pory sformułowano hipotezy, że w pobliżu hydrotermalnych kominów Enceladusa mogą występować formy życia podobne do występujących w polu hydrotermalnym Lost City na dnie Atlantyku. W naszej pracy przeanalizowaliśmy możliwość wykrycia czynnika mikrobiologicznego w gejzerach Enceladusa. Posłużyliśmy się wybranymi ekstremofilami jako organizmami modelowymi. Przebadaliśmy kamery wielospektralne i spektrometry masowe przeznaczone do wykorzystania w proponowanych misjach do Enceladusa: Enceladus Orbiter, Enceladus Life Finder, The Explorer of Enceladus and Titan oraz misji THEO. Ich przegląd wykazał, że konfiguracja spektrometrów masowych oraz proponowane parametry orbit są odpowiednie do wykrywania lotnych związków organicznych odpowiadających wybranym mikroorganizmom, takich jak aldehyd, etanol, benzen, toluen, indol czy wiolaceina. Ewentualną obecność składnika mikrobiologicznego o wymiarach fizycznych rzędu kilku mikrometrów można zaobserwować jedynie dla obszarów formowania się gejzerów przy ich większej gęstości (> 10 ppm) oraz przy występowaniu zjawiska „snowing microbes”. Stwierdziliśmy, że szczególnie przydatne kanały optyczne to 780-975 nm, 860-910 nm oraz 5,0-5,3 μm.

2

The possibility of ultraviolet Enceladus’ observations from stratospheric balloons

Kotlarz Jan, Zalewska Natalia

Transactions on Aerospace Research

|

2019

|

Nr 1 (254)

17--27

EN

Stratospheric balloons are very important sources for space and terrestrial observation experiments in many disciplines. Instruments developed for astrophysical measurements are usually reusable. It is also possible to observe both hemispheres including observations from the polar and equatorial regions for thirty days or even longer. On the other hand the UV atmospheric transmittance window was used for the astrophysical observations less often than visible optical bands. At the end of the 2017 there are a few scientific groups working on near-UV or UV spectrographs and cameras for balloon flights. In this paper we are discussing the possibility of ultraviolet measurement of Enceladus, an icy Saturnian moon, surface reflectance between 200 and 400 nm from the 20-50 km altitudes. At visible and near infrared optical channels Enceladus’ reflectance is very high (near 1.0). This value is consistent with a surface composed of water ice, however at some ultraviolet wavelengths Enceladus reflectance is lower than it would be expected for this type of surface. The scientific research done in the last decade was focused on H2O, NH3, and tholin particles detection on the Enceladus’ surface as a reason of low UV reflectance phenomenon. Continuous observation of Enceladus’ UV reflectance variability from stratospheric balloons may be interesting and may give us the proof of the presence of biomarkers or/and tholin particles.

PL

Balony stratosferyczne są bardzo ważnymi źródłami danych w badaniach kosmosu i obserwacji powierzchni Ziemi w wielu dyscyplinach naukowych. Instrumenty opracowane do pomiarów astrofizycznych są zwykle wielokrotnego użycia. Za pomocą balonów możliwe jest również obserwowanie obu półkul nieba, w tym obserwacji z regionów polarnych i równikowych przez trzydzieści dni lub nawet dłużej. Z drugiej strony okno transmitancji atmosferycznej UV było wykorzystywane w obserwacjach astrofizycznych rzadziej niż pasma optyczne z zakresu widzialnego. Pod koniec 2017 r. istnieje kilka grup naukowych zajmujących się budową spektrografów czułych na promieniowanie UV lub bliskie UV możliwych do montażu na balonach stratosferycznych. W niniejszym artykule omawiamy możliwość pomiaru współczynnika odbicia powierzchniowego Enceladusa, lodowego księżyca Saturna, w paśmie UV między 200 a 400 nm z wysokości 20-50 km. W pasmach widzialnym i bliskiej podczerwieni reflektancja Enceladusa jest bardzo wysoka (blisko 1,0). Wartość ta jest zgodna z modelami reflektancji powierzchni składającej się z lodu wodnego, jednak w niektórych pasmach UV współczynnik odbicia Enceladusa jest niższy, niż można się było spodziewać w przypadku tego typu powierzchni. Badania naukowe przeprowadzone w ostatnim dziesięcioleciu koncentrowały się na detekcji cząsteczek H2O, NH3 i tiolin na powierzchni tego księżyca. Ciągła obserwacja zmienności współczynnika odbicia promieniowania w paśmie UV za pomocą balonów stratosferycznych może być interesująca i może dać nam dowód na obecność biomarkerów i / lub cząstek tiolin na powierzchni Enceladusa.

3

Enceladus as a place of origin of life in Solar System

Czechowski L.

Geological Quarterly

|

2018

|

Vol. 62, No. 1

172--180

EN

Enceladus, a satellite of Saturn, with its radius of 250 km, is the smallest geologically active celestial body in the Solar System. My model of core origin and evolution indicates that for hundreds of My after accretion Enceladus was an appropriate body for an origin of life. I continue consideration of the hypothesis that Enceladus was a cradle of life in the Solar System. I found that simple organisms could be ejected in icy grains into the space by volcanic jets or by meteoroid impacts. Several mechanisms could be responsible for later transport of the grains to the early Earth and other terrestrial planets. Eventually I suggest that Enceladus is the most appropriate body for a cradle of life in the Solar System.

4

Detekcja biomarkerów w pióropuszach gazowych za pomocą kamery wielospektralnej w projektowanej misji Enceladus Orbiter (NASA)

Zalewska N., Kotlarz J., Kacprzak M., Korniluk T.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2017

|

R. 21, nr 3

35--44

PL

W publikacji podjęto się próby odpowiedzi na pytanie o możliwość analizy składu chemicznego pióropuszy, wykorzystując ich wielospektralne zobrazowania wykonane za pomocą projektowanych dla nowej misji układów optycznych. Stosując teoretyczną analizę transmitancji warstw gazowych złożonych z H2O i CO2 oraz na podstawie przyjętego fizycznego modelu transmitancji promieniowania przez warstwę gazu widocznego na tle o ustalonej reflektancji wybrano pasmo optyczne 0,73 μm pozwalające na najlepsze rozróżnienie tych dwóch substancji. W celu walidacji otrzymanego wyniku przeprowadzono eksperyment fotografując za pomocą kamery wielospektralnej Quercus.6 strumienie gazowe złożone z obu biomarkerów na tłach o wysokiej (> 0,95) oraz niskiej (< 0,05) reflektancji w paśmie światła widzialnego i NIR. Pozyskane dane potwierdziły wynik analizy sygnatur spektralnych transmitancji obu biomarkerów. Na podstawie otrzymanego w doświadczeniu wyniku ustalono brzegowe parametry sensora i układu optycznego dla projektowanej dla orbitera kamery wielospektralnej pozwalające na oszacowanie względnej zawartości H2O i CO2 w pióropuszach fotografowanych na tle przestrzeni kosmicznej z dokładnością 2%: kanał optyczny λ = 0,730 ±0,020 μm, prędkość względna między orbiterem a księżycem v < 200 m/s, czas ekspozycji tEXP < 12 ms, iloczyn współczynnika efektywności kwantowej całego układu optycznego i względnych różnic reflektancji rejestrowanych obiektów w wybranym kanale ≥ 2,5%, wielkość pojedynczego piksela na detektorze CCD ≥ (3,75 · 3,75) μm2, głębokość studni potencjału piksela CCD ≥ 12 400 e–, zapis danych RAW co najmniej 8-bitowy. Otrzymany optymalny kanał nie był rejestrowany za pomocą stosowanych w poprzednich misjach sensorów optycznych MVIC. Stosowanie opisanej metodyki rozróżniania biomarkerów jest możliwe pod warunkiem, że jeden z czterech kanałów optycznych projektowanej kamery MAC będzie zawierać kanał 0,73 μm.

EN

The cause of the cryovolcanic activity on the Enceladus south hemisphere and related to this activity gas plumes are one of the biggest mysteries of the outer solar system moons. The possibility of the existence of the ocean under Enceladus icy outer layer was confirmed through direct chemical plumes composition measurement during Cassini close flyby 168.2 km over moon’s surface. Three out of the four main plumes components are standard biomarkers (H2O, CO2 and CH4). Physical plumes parameters variability observed also by Cassini, possibility of drawing conclusions about cryovolcanic activity reasons and biotic causes of biomarkers presence in plumes are important reasons of new, dedicated to Enceladus observation, NASA’s mission development. In this paper we are asking about possibility of Enceladus plumes chemical components analysis using multispectral imaging by projected for this new mission sensors. We chose band 0.73 μm for H2O and CO2 distinguish using theoretical transmittance gas layers analysis and physical radiation transmittance through gas layer visible on the background material with defined constant reflectance model. In order to validate this result an experiment was conducted. Using multispectral camera Quercus.6 we photographed H2O and CO2 gas layers visible on the high (> 0.95) and low (< 0.05) visible light and NIR reflectance backgrounds. The results confirmed theoretical spectral transmittance analysis of those two biomarkers. Based on this result we established boundary parameters of the sensor and optical system projected for the orbiter allowing relative content of the biomarkers estimation with precision up to 2%: optical band λ = 0.730 (± 0.020) μm, relative velocity between orbiter and moon v < 200 m/s, exposition time tEXP < 12 ms, quantum efficiency of the whole optical system and two biomarkers in selected wavelength reflectance difference product ≥ 2,5%, single CCD pixel physical size ≥ (3,75 · 3,75) μm2, potential well depth for one CCD pixel ≥ 12 400 e–, RAW data record at least 8-bit. Optimal result waveband wasn’t recorded before using MVIC optical systems during past missions. If we want to apply proposed in this paper biomarkers distinguish methodology one out of four optical channels of the MAC camera projected for the new mission should cover also selected wavelength.