Ouça o coração de Marte batendo para entender sua formação e estrutura

A missão Martian InSight pousou em Marte em 26 de novembro de 2018, trazendo a bordo instrumentos desenvolvidos para revelar o interior do planeta vermelho. Entre prioridades científicas, restrições tecnológicas e cooperação internacional, o controle da Terra dos instrumentos de uma grande missão espacial é um balé de alta precisão.

O O objetivo do InSight, a sonda marciana desenvolvida pela NASA, é explorar o coração do planeta estudando as ondas sísmicas que se propagam na superfície após um terremoto. Ao analisar a composição do núcleo e do manto, bem como seus tamanhos relativos, esperamos entender melhor a formação do planeta vermelho, sua evolução, seu tamanho relativamente pequeno em comparação com a Terra ou Vênus. Comparando com o que sabemos sobre a Terra, a ideia é entender melhor os mecanismos que levaram à formação do nosso planeta e Planetas terrestres em geral.

Para responder a essas perguntas, o Centro Nacional de Estudos Espaciais (o CNES, a Agência Espacial Francesa) desenvolveu o Sismômetro SEIS, e assegura a gestão técnica enquanto a responsabilidade científica é assegurada pelo Instituto de Física do Globo de Paris (IPGP) O sismômetro está equipado com dois tipos de sensores sísmicos, francês e inglês, cujo controle eletrônico é garantido por um sistema suíço e a estabilidade mecânica por um sistema alemão.

A inveja dos cientistas é grande, pois os resultados obtidos pelos instrumentos do InSight são espetaculares! Pela primeira vez, o InSight foi capaz de gravar o som do vento marciano. Depois de um ano passado em Marte, o sismômetro SEIS já detectou mais de cem eventos sísmicos, incluindo quatro grandes que já fornecem um melhor entendimento da estrutura interna do Planeta Vermelho, criando assim uma nova disciplina científica.: Sismologia Marciana.

[InSight] O sismômetro francês SEIS / CNES.

Sinfonia para solo marciano

Os Missões vikings marcianas na década de 70 mostraram, apesar de tudo, que para funcionar, um sismômetro precisava ser instalado na superfície de Marte, caso contrário, ele registraria apenas os ruídos gerados pela sonda, por exemplo, vibrações de painéis solares devido ao vento ou rachaduras mecânicas de a estrutura devido aos grandes gradientes de temperatura em Marte.

A primeira fase da missão, portanto, consistiu em implantar o instrumento SEIS em solo marciano usando um braço robótico e cobrindo-o com um escudo que o protege do frio, vento e poeira. Essa fase de implantação e a qualificação técnica do instrumento que se seguiu durou quase quatro meses.

O SEIS e seu escudo são acompanhados por uma estação meteorológica que inclui sensores espanhóis de vento e temperatura, além de um magnetômetro (instrumento para medir a intensidade de um campo magnético) e um sensor de pressão americano, cujas informações são essenciais para a análise de dados sísmicos .

Os instrumentos são conectados por cabos ao módulo de pouso, o que garante o futuro trânsito das informações para a Terra. Para se comunicar com a sonda InSight, a NASA usa orbitadores como relés - satélites orbitando Marte encarregados, entre outras tarefas, de transmitir dados de robôs na superfície de Marte para a Terra.

Um balé orquestrado na Terra

Assim, as equipes operacionais enviam novos comandos e recebem os sinais sísmicos do SEIS, os dados meteorológicos e as fotos capturadas pelas duas câmeras da missão no braço robótico e sob o módulo de pouso. Ao todo, cerca de 300 engenheiros e cientistas estão envolvidos nas operações da InSight.

SEIS na superfície de Marte, coberto por seu escudo térmico.

Durante a semana, os instrumentos são monitorizados de perto, enquanto nos fins de semana um sistema de alerta automático avisa os operadores do CNES em caso de sinal anormal dos instrumentos. Eventualmente, as ferramentas tornam possível recriar uma falha na Terra para melhor entendê-la, resolvê-la e evitar que aconteça novamente: um modelo de qualificação do SEIS, um simulador do módulo InSight fornecido pela NASA e irmão gêmeo do SEIS , um modelo sobressalente que, por sua vez, poderia ser enviado a Marte amanhã.

A atividade nos centros de missão terrestre é pontuada pela programação semanal de instrumentos. O plano de atividades é elaborado pelas equipes operacionais com base em solicitações das equipes científicas francesa, americana, britânica e alemã, que se reúnem por teleconferência no final do dia na Europa e no início da manhã na Califórnia: as equipes científicas podem por exemplo, peça uma configuração particular para um sensor sísmico, ou mesmo uma imagem do céu marciano para meteorologistas.

O instrumento SEIS em uma sala limpa de um laboratório do CNES.
CNES, CC BY

Freqüentemente, há mais solicitações do que desejos atendidos, porque as restrições operacionais são inúmeras: em primeiro lugar, a energia a bordo é limitada, porque o InSight é alimentado por painéis solares, que vão sendo gradualmente cobertos de poeira. O InSight começou quebrando o recorde de energia produzida por uma missão marciana, mas a energia média produzida está agora reduzida à metade.

Conexão limitada

A outra restrição muito importante é a largura de banda limitada, ou seja, a quantidade de dados que podem ser repatriados para a Terra. O SEIS está sempre ligado, mas só pode transmitir 20 a 30% de seus dados sísmicos para a Terra. No início, apenas a amostragem de baixa resolução é transmitida para a Terra, e os dados de alta resolução são salvos a bordo do InSight por 5 a 6 semanas. Se as equipes da Terra detectarem um possível evento sísmico ou meteorológico, como uma tempestade de poeira em Marte, eles podem solicitar dados de alta resolução sobre a duração suspeita do terremoto.

Os cientistas devem solicitar os dados de alta resolução dos engenheiros sem demora, caso contrário, eles serão apagados pelos novos dados medidos a bordo do InSight e, em seguida, perdidos para sempre. Esse mecanismo está no cerne das operações e constitui sua principal dificuldade no dia a dia. Arbitragens e escolhas devem ser feitas todas as semanas, e as equipes podem ser solicitadas a solicitar dados de menos interesse científico, mas mais antigos e, portanto, com maior risco de serem apagados a bordo e de adiar o pedido de dados de prioridade mais alta cientificamente para a semana seguinte. O software desenvolvido no CNES permite a tomada de decisões e a transmissão confiável de solicitações de dados em alta resolução.

Marque o tempo

Cada fim de semana, a NASA envia aos instrumentos seu plano de atividades e pedidos associados para a semana seguinte. A segunda-feira é dedicada ao status do InSight e dos vários instrumentos e subsistemas em Marte, e a validação do plano de atividades elaborado na quinta-feira anterior. Pode acontecer que os dados mais recentes exijam um ajuste do plano de atividades em preparação, por exemplo, se acabar a energia. Na terça-feira, acontece a reunião de seleção para eventos sísmicos ou meteorológicos de alta resolução, dependendo da faixa disponível na semana seguinte. No processo, os engenheiros do CNES preparam as sequências dos instrumentos e as enviam para a NASA. Essas sequências são validadas nesta quarta-feira por todos os envolvidos na missão, após verificação do cumprimento das restrições, regras de voo e disponibilidade de recursos a bordo. Na quinta-feira, o plano de atividades da semana seguinte é novamente elaborado de acordo com as solicitações científicas e o ciclo é retomado.

No CNES, são necessários dois operadores todos os dias: um responsável pelos instrumentos de monitorização e outro responsável pela sua programação. Uma equipe garante a distribuição de dados, disponibilidade de software e entrega de sequências de comando à NASA. Ao todo, cerca de vinte pessoas estão ativamente envolvidas no CNES nas operações do InSight ao longo do ano. Existem ainda mais equipes científicas espalhadas pelo mundo. Por exemplo, a missão se beneficia de um centro de detecção automática de eventos sísmicos na Suíça, o Mars Quake Service. Na França, o IPGP coordena a análise de sinais sísmicos e o processamento de dados o mais rápido possível. Na verdade, os dados do InSight são divulgados após três meses, marcando assim o fim do acesso exclusivo aos dados dos cientistas da missão.

Mas, dado o interesse e a qualidade dos dados sísmicos produzidos pelo SEIS, os cientistas da missão geralmente não demoram muito para analisá-los.


Este artigo foi escrito em co-autoria com Philippe Labrot e Philippe Lognonné do IPGP e Francis Rocard do CNES.A Conversação

Charles Yana, Gerente de Projeto de Operações SEIS para a missão InSight, Centro Nacional de Estudos Espaciais (CNES)

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob licença Creative Commons. Leia oartigo original.

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