Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

Метанометр ИФПАМ

Прибор ИФПАМ планируется установить на посадочную платформу на поверхности Марса в проекте «ЭкзоМарс-2018».


Прибор будет измерять спектр солнечного излучения, прошедшего и рассеянного через атмосферу Марса, в диапазоне 2.5-3.8мкм. Разрешающая способность l/Dl~50000.


Научные задачи эксперимента


Надежные измерения содержания метана в атмосфере Марса и детектирование других малых газовых составляющих и их изотопов.


Cписок компонент атмосферы Марса, представляющих научный интерес в разрабатываемом нами эксперименте, и соответсвующие полосы:



В 2004 году после многолетних исследований на Марсе был обнаружен метан, что вызвало множество дискуссий.


Во-первых, газ был детектирован на пороге чувствительности приборов ~10ppb (планетный Фурье-спектрометр ПФС на борту КА «Марс Экспресс» [Formisano et al., 2004; Geminale et al., 2008], наземные спектрометры высокого разрешения [Krasnopolsky et al., 2004; Mumma et al., 2009]).


Во-вторых, наблюдалась высокая вариация в содержании метана [Mumma et al., 2009], что не согласуется с существующей теорией – концентрация метана считается неизменной на протяжении нескольких сотен лет.


Наконец, одна из гипотез описывает происхождение метана как результат органической активности на планете, в то же время, абиогенные механизмы образования менее возможны.


В настоящий момент на борту американского марсохода «Curiosity» осуществляется эксперимент с лазерным спектрометром по детектированию метана в атмосфере Марса [Webster, 2005]. Исследуемый газ будет измеряется в капсуле длиной 50м с очень высоким спектральным разрешением (l/Dl~104). Чувствительность детектирования ожидается порядка 0.1ppb в относительном содержании. Измерения изотопа метана 13CH4 также возможны, однако концентрации на луче зрения в капсуле будет не достаточно для того, чтобы делать выводы о биогенной природе происхождения метана [Krasnopolsky, 2006].


На борту КА «Фобос-Грунт» было установлено два спектрометра, способных измерять содержание метана с орбиты Марса на протяжении двух месяцев методом солнечного просвечивания.


Первый — Фурье-спектрометр АОСТ, регистрирующий ближнее ИК и тепловое излучения со спектральным разрешением 0.91/см (l/Dl~3000 в полосе метана 3.3мкм).


Второй прибор — эшелле-спектрометр ТИММ, обеспечивающий крайне высокое разрешение (l/Dl~50000) для детектирования полосы метана 3.3мкм.


В рамках программы ЭкзоМарс в 2016 году планируется запуск орбитального зонда к Марсу — Trace Gas Orbiter (TGO).


На борту аппарата будет находиться ряд спектрометров высокого разрешения, способных детектировать поглощение метана в полосе 3.3мкм методом солнечного просвечивания и, тем самым, определить высотный профиль содержания газа, частично восполнив утерянные эксперименты АОСТ и ТИММ на КА «Фобос-Грунт».


Продолжением программы ЭкзоМарс в 2018 году станет посадочный модуль с марсоходом. В этом смысле нам предоставляется возможность осуществить принципиально новый эксперимент по исследованию атмосферы с поверхности Марса.


Мы предлагаем установить на стационарную посадочную платформу спектрометр на основе интерферометра Фабри-Перо с акустооптической селекцией дифракционных порядков. Спектрометр рассчитан на диапазон длин волн от 2.5 до 4мкм с разрешающей способностью l/Dl~50000. При таком разрешении и соотношении сигнал/шум~103 мы оцениваем предел чувствительности детектирования метана в 1ppbv.


На Рисунке 1 представлен спектр пропускания CH4 в вертикальном столбе атмосферы Марсе с относительным содержанием 10ppbv.


IFPAM1.gif


Рис.1. Модель спектра пропускания метана в вертикальном столбе атмосферы Марса (из базы HITRAN и с учетом свертки аппаратной функцией прибора).


Концепция оптической схемы прибора


Прибор ИФПАМ представляет собой интерферометр Фабри-Перо с селекцией дифракционных порядков на основе акустооптического перестраиваемого фильтра (АОПФ).


Гибкость и быстродействие (~0.01мсек) электронной перестройки спектральных интервалов АОПФ обеспечивает практически одновременные измерения в нескольких порядках дифракции. При этом спектральное разрешение эталона Фабри-Перо может достигать 0.041/см (l/Dl~50000 в полосе метана 3.3мкм), а полоса пропускания АОПФ рассчитывается равной спектральной ширине одного порядка (интерференционного кольца): ~31/см. Для регистрации спектра такого высокого разрешения необходима матрица детектора 320х256 пикселей с разверткой по спектру 320 пикселей. Для улучшения соотношения сигнал/шум (S/N) сигнал с пикселей суммируется по координате ортогональной спектральной развертке, что дает S/N~103. Спектрометр рассчитан на средний ИК диапазон: 2.5-4мкм.


Далее представлены основные характеристики спектрометра, а на Рисунке 2 изображена его принципиальная схема.



IFPAM2.gif


Рис.2. Основные характеристики спектрометра и его принципиальная схема.


Для детального расчета оптических характеристик спектрометра разработана программа в среде DELPHI, которая на базе основных уравнений интерферометра Фабри-Перо позволяет рассчитать необходимые параметры для изготовления оптических компонентов спектрометра.


Концепция эксперимента


Спектрометр ИФПАМ предлагается установить на посадочную платформу на поверхности Марса.


Геометрия измерений должна обеспечивать регистрацию прямого и рассеянного солнечного излучения в угловом поле зрения 30’ при времени экспозиции 1-60сек, что обеспечить не сложно на стационарной платформе.


Это дает возможность детектировать интегральное по полю зрения поглощение газовых и аэрозольных составляющих атмосферы.


Публикации


ЛугининМ.С., БеляевД.А., КораблевО.И. Интерферометр Фабри-Перо для детектирования атмосферных газов на Марсе. \\ 55-яНаучная конференция МФТИ. 19-26 Ноября 2012, г.Долгопрудный, МФТИ.


Ссылки


FormisanoV., AtreyaS., EncrenazT., IgnatievN., and GiurannaM., 2004. Detection of Methane in the Atmosphere of Mars. \\ Science, Volume306, Issue5702, pp.1758-1761.


KrasnopolskyV.A., MaillardJ.P., and OwenT.C., 2004. Detection of methane in the martian atmosphere: evidence for life? \\ Icarus, Volume172, Issue2, p.537-547.


KrasnopolskyV.A., 2006. Some problems related to the origin of methane on Mars. \\ Icarus, Volume180, Issue2, p.359-367.


GeminaleA., FormisanoV., and GiurannaM., 2008. Methane in Martian atmosphere: Average spatial, diurnal, and seasonal behavior. \\ Planetary and Space Science, Volume56, Issue9, p.1194-1203.


MummaM.J., VillanuevaG.L., and NovakR.E., 2009. Absolute Measurements of Methane on Mars. \\ American Geophysical Union, Fall Meeting 2009, abstract #P41B-02.


WebsterC.R., 2005. Measuring methane and its isotopes 12CH4, 13CH4, and CH3D on the surface of Mars with in situ laser spectroscopy. \\ Applied Optics IP, vol.44, Issue7, pp.1226-1235.

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика