ASPERA-3 - Analysator von Weltraumplasmen und energetischen Atomen

ASPERA-3 ist ein fortschrittliches und kompaktes Detektor-Paket für Ionen, Elektronen und neutrale Teilchen entwickelt für die MarsExpress Mission, um die Plasma- und Neutralteilchen-Umgebung von Mars zu untersuchen.  ASPERA-3 führt die ersten Energetic Neutral Atom (ENA) Messungen bei einem anderen Planeten im niedrigen Energiebereich (100 eV - 10 keV) durch.

Wissenschaftliche Ziele

Das allgemeine wissenschaftliche Ziel des ASPERA-3 Experiments ist es, die Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Atmosphäre des Mars zu studieren und das Plasma und neutrale Gase in der Umgebung von Mars zu charakterisieren. Dies geschieht durch gleichzeitiges Energetic Neutral Atom (ENA) Imaging und in-situ Messungen.
ENA Imaging ist eine neuartige Technik zur Visualisierung und Erkennung von physikalischen Prozessen in verdünnten Gasen. ENAs werden durch Austauschprozesse zwischen einfach geladenen Ionen und neutrale Gasen der Exosphäre/oberen Atmosphäre erzeugt.
Aufgrund ihrer Neutralität sind ENAs von den elektromagnetischen Feldern entkoppelt und bewegen sich geradlinig wie Photonen. Die räumliche Erfassung der ENAs liefert daher ein globales Bild des Wechselwirkungsbereichs.

Die spezifischen Ziele sind:

• Die Bestimmung der momentanen globalen Verteilungen von Plasma und neutralem Gas in der Nähe von Mars

• Studien des vom Plasma induzierten atmosphärischen Verlustes

• Die Untersuchung von atmosphärischen Veränderungen durch Ionenbeschuss

• Die Untersuchung der Energie-Übertragung zwischen Sonnenwind und Ionosphäre

Diese Studien adressieren die grundsätzliche Frage: Wie stark beeinflussen das interplanetare Plasma und elektromagnetische Felder  die Marsatmosphäre?
Diese Frage betrifft auch unmittelbar das Problem des Wasserhaushalts von Mars: Wo ist das Wasser? Ist es verloren oder gefroren? Wenn es verloren gegangen ist: was sind  effektive Flucht-Mechanismen? Wenn es gefroren ist, wo wird die enorme Menge an Wasser gespeichert wird? Da flüssiges Wasser  Grundvoraussetzung für das Leben ist,
ist ein klares Verständnis für das Schicksal des Mars-Wasser ein zentrales Thema zur Lösung des Problems, ob es in der Vergangenheit Leben auf dem Mars gegeben hat. Keine Instrumente mit ähnlichen wissenschaftlichen Zielen und Fähigkeiten sind bisher zum Mars geflogen.

Beschreibung des Instruments

ASPERA-3 umfasst vier Sensoren:

•  NPI (Neutral Particle Imager) misst den integralen energetischen Fluss von neutralen Atomen ohne Massen- und Energie-Auflösung, aber hoher Winkelauflösung.
•  NPD (Neutral Particle Detector) löst Masse (Wasserstoff und Sauerstoff) und Geschwindigkeit (Energie 0.1-10 keV) der ENA auf.
•  ELS (Elektronen-Spektrometer)  bestimmt die Elektronen-und Ionen-Verteilung bei Energien bis zu 40 keV
•  IMA (Ionen-Analysator mit Massenauflösung) misst die wichtigsten Ionen-Komponenten  (H⁺, H₂⁺, He⁺, O⁺), und molekulare Ionen von 20 bis 80 amu / q und bis zu 106 amu / q für staubige Plasmen in einem Energiebereich von 100 eV bis 40 keV / q.

Um die Winkelabdeckung zu erhöhen wurden NPI, NPD und ELS auf einer Scan-Plattform montiert.