När stjärnor går ner avslöjar de planeters hemligheter

Stellar occultation at Venus
Stellar occultation at Venus
5 november 2007

Att från jordens yta titta när stjärnor går ner kan vara romantiskt, men när en rymdfarkost i bana gör samma observationer kan det avslöja dolda detaljer om en planets atmosfär.

Tekniken kallas stjärnockultation. Jean-Loup Bertaux, Service d'Aeronomie du CNRS i Frankrike, var den förste som föreslog att tekniken skulle användas på ett ESA-uppdrag. Tekniken går ut på att från rymden studera stjärnor medan de går ned bakom atmosfären hos den planet man undersöker, innan de försvinner under planetens horisont.

När stjärnorna lyser ovanför atmosfären strålar de inom ett brett band av våglängder. När rymdskeppet kretsar i sin bana runt planeten ser en stjärna ut att dala ned bakom planetens atmosfär. Atmosfären fungerar som ett filter och blockerar vissa våglängder i stjärnans strålning. Poängen med denna teknik är att de blockerade våglängderna representerar molekyler och atomer i planetens atmosfär. ESA har för närvarande tre farkoster i bana runt tre olika planeter för att undersöka deras atmosfärer med denna teknik. Var och en av farkosterna tillför unika insikter.

Venus, Earth and Mars
Venus, Earth and Mars

I sin bana runt jorden har ESA:s Envisat-uppdrag med sig ett instrument som kallas GOMOS (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars). Som namnet antyder har instrumentet som uppgift att studera om mängden ozon ökar sedan användningen av skadliga kemikalier har förbjudits. Sedan 2002 har instrumentet studerat omkring 400 stjärnor när de har gått ned bakom jorden varje dag, för att på så sätt skapa en karta över ozonet i jordens atmosfär på alla latituder och longituder.

"Det är fortfarande för tidigt för att säga om ozonet återhämtar sig eller inte", säger Bertaux. Men i takt med att data samlas in upptäcker instrumentet samtidigt andra fenomen som bidrar till mängden ozon i atmosfären. Under januari och februari 2004 observerade GOMOS en stor ökning av mängden kvävedioxid på 65 km höjd. Kvävedioxid är en viktig gas att spåra i atmosfären eftersom den kan förstöra ozon. Under de följande två månaderna studerade GOMOS hur skiktet dalade till 45 km höjd, och helt tydligt förstörde ozon i dess väg, vilket gav forskarna ytterligare en liten bit av ozonpusslet.

Artist's impression of Envisat
Artist's impression of Envisat

Ett förenklat instrument för studier av stjärnockultationer finns ombord på ESA:s Mars Express. Sedan rymdfarkosten anlände till Mars 2003 har SPICAM (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars) observerat över 1000 stjärnockultationer. Detta har gett den mest detaljerade beskrivningen hittills av Mars övre atmosfär och påvisar bestående disiga skikt.

Vid sidan av den rent vetenskapliga aspekten ger datan också nyttig information inför framtida forskningsuppdrag. "Det är viktigt att vi har profiler av Mars atmosfär när vi ska utforma fallskärmar för farkoster som skall landa på ytan", säger Bertaux.

Mars Express artist's impression
Mars Express

Det senaste tillskottet till denna familj av instrument är SPICAV (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus) ombord på Venus Express. Venus har en atmosfär som skiljer sig från både jordens och Mars atmosfärer. Venus atmosfär är mycket tätare, och SPICAV avslöjar nu dess temperatur- och densitetsprofiler för forskarna på jorden, som hoppas att snart kunna publicera sina resultat.

Artist's impression of Venus Express orbiting Venus
Venus Express

"Jag anser att denna teknik för stjärnockultation nu är beprövad och att den bör vara nyttig vid framtida långsiktiga studier", säger Bertaux.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.