Från rymden ser Venus ut som en stor ogenomskinlig boll. Tack vare sin extremt täta atmosfär, som främst består av koldioxid och kväve, är det omöjligt att se ytan med konventionella metoder. Som ett resultat lärde man sig lite om dess yta fram till 1900-talet tack vare utvecklingen av radar, spektroskopisk och ultraviolett undersökningsteknik.
Intressant nog ser Venus ut i en ultraviolett band som en randig boll med mörka och ljusa områden som minglar bredvid varandra. I decennier har forskare teoretiserat att detta beror på närvaron av något slags material i Venus molntoppar som absorberar ljus i den ultravioletta våglängden. Under de kommande åren planerar NASA att skicka ett CubeSat-uppdrag till Venus i hopp om att lösa detta bestående mysterium.
Uppdraget, känt som CubeSat UV-experimentet (CUVE), fick nyligen finansiering från programmet Planetary Science Deep Space SmallSat Studies (PSDS3), som har sitt huvudkontor som NASA: s Goddard Space Flight Center. När CUVE har installerats bestämmer kompositionen, kemi, dynamik och strålningsöverföring av Venus 'atmosfär med hjälp av ultraviolettkänsliga instrument och en ny kol-nanorörs ljusuppsamlingsspegel.
Uppdraget leds av Valeria Cottini, en forskare från University of Maryland som också är CUVE: s principutredare (PI). I mars i år valde NASA: s PSDS3-program det som en av tio andra studier för att utveckla uppdragskoncept med hjälp av små satelliter för att undersöka Venus, jordens måne, asteroider, Mars och de yttre planeterna.
Venus är av särskilt intresse för forskare med tanke på svårigheterna med att utforska dess tjocka och farliga atmosfär. Trots NASA och andra rymdbyråer är det som orsakar absorptionen av ultraviolett strålning i planetens molntoppar ett mysterium. Tidigare har observationer visat att hälften av solenergin som planeten tar emot absorberas i det ultravioletta bandet av det övre lagret i sin atmosfär - nivån där svavelsyramolken finns.
Andra våglängder sprids eller reflekteras ut i rymden, vilket är det som ger planeten sitt gulaktiga, prestandlösa utseende. Många teorier har utvecklats för att förklara absorptionen av UV-ljus, som inkluderar möjligheten att en absorber transporteras från djupare i Venus 'atmosfär genom konvektiva processer. När det når molntopparna skulle detta material spridas av lokala vindar, vilket skapar det strimmiga absorptionsmönstret.
De ljusa områdena anses därför motsvara regioner som inte innehåller absorbatorn, medan de mörka områdena gör det. Som Cottini antydde i ett nyligen pressmeddelande från NASA, skulle ett CubeSat-uppdrag vara idealiskt för att undersöka dessa möjligheter:
”Eftersom den maximala absorptionen av solenergi av Venus sker i ultravioletten är det avgörande att den okända absorberarens art, koncentration och distribution är avgörande. Detta är ett mycket fokuserat uppdrag - perfekt för en CubeSat-applikation. ”
Ett sådant uppdrag skulle utnyttja de senaste förbättringarna i miniatyriseringen, vilket har möjliggjort skapandet av mindre satelliter med stor låda som kan utföra samma jobb som större. För sitt uppdrag skulle CUVE förlita sig på en miniatyriserad ultraviolett kamera och en miniatyrspektrometer (vilket möjliggör analys av atmosfären i flera våglängder) samt miniatyriserad navigering, elektronik och flygprogram.
En annan nyckelkomponent i CUVE-uppdraget är spegeln av kol nanorör, som är en del av ett miniatyrteleskop som teamet hoppas ta med. Denna spegel, som utvecklades av Peter Chen (en entreprenör på NASA Goddard), är gjord genom att hälla en blandning av epoxi och kol nanorör i en form. Denna form värms sedan upp för att härda och härda epoxin, och spegeln är belagd med ett reflekterande material av aluminium och kiseldioxid.
Förutom att vara lätt och mycket stabil är denna typ av spegel relativt lätt att tillverka. Till skillnad från konventionella linser kräver det inte polering (en dyr och tidskrävande process) för att förbli effektiv. Som Cottini antydde skulle dessa och andra utvecklingar inom CubeSat-tekniken kunna underlätta billiga uppdrag som kan stödja grisar på befintliga uppdrag i hela solsystemet.
"CUVE är ett målinriktat uppdrag, med en dedikerad vetenskaplig nyttolast och en kompakt buss för att maximera flygmöjligheter som en resedel med ett annat uppdrag till Venus eller till ett annat mål," sade hon. "CUVE skulle komplettera tidigare, nuvarande och framtida Venusuppdrag och ge stor vetenskaplig avkastning till lägre kostnad."
Teamet räknar med att sonden kommer att skickas till Venus under de kommande åren som en del av ett större uppdrags sekundära nyttolast. När den når Venus kommer den att lanseras och anta en polär bana runt planeten. De uppskattar att det skulle ta CUVE ett och ett halvt år att nå sin destination, och sonden skulle samla in data under en period av cirka sex månader.
Om det lyckas kan detta uppdrag bana väg för andra billiga, lätta satelliter som distribueras till andra solenergier som en del av ett större utforskningsuppdrag. Cottini och hennes kollegor kommer också att presentera sitt förslag till CUVE-satellit och uppdrag vid European European Planetarium Science Congress 2017, som hålls från 17 till 22 september i Riga, Lettland.
