Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer-5, або ж AVIRIS-5 — це новий високоточний спектрограф, розроблений NASA. Його планується використовувати для пошуку цінних мінералів на Землі. Для цього його встановлять на літаку, який буде підійматися в небо на 18 км.
Сенсор для пошуку мінералів
Розташований у носовій частині висотного дослідницького літака, новий сенсор NASA вирушив у небо, щоб допомогти геологам створювати карти порід, багатих на літій та інші важливі мінерали, на поверхні Землі приблизно за 18 300 метрів унизу. У співпраці з Геологічною службою США (USGS) ці польоти стали частиною найбільшої авіаційної кампанії такого типу в історії країни.
Але це лише одне з багатьох завдань, що стоять на горизонті перед AVIRIS-5, скорочено від Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer-5, який має багато спільного з датчиками, що використовуються для дослідження інших планет.
Розміром приблизно з мікрохвильову піч, AVIRIS-5 виявляє спектральні «відбитки» мінералів та інших сполук у відбитому сонячному світлі. Як і його космічні «родичі», сенсор використовує те, що кожен тип молекул — від рідкісноземельних елементів до пігментів квітів — має унікальну хімічну структуру, яка поглинає й відбиває різні довжини хвиль світла.
Технологію вперше розробили в Лабораторії реактивного руху NASA в Південній Каліфорнії наприкінці 1970-х. Упродовж десятиліть спектрометри зображень побували на кожному великому кам’янистому тілі Сонячної системи — від Меркурія до Плутона. Вони детально дослідили кору Марса, виявили озера на Титані та відстежували мінерально багатий пил у Сахарі та інших пустелях. Один із таких приладів зараз прямує до Європи, океанічного супутника Юпітера, щоб шукати хімічні складники, необхідні для підтримання життя.
Удосконалення технології спектрометрів
Хоча спектрометри зображень різняться залежно від їхньої місії, вони мають певне спільне обладнання (включно з дзеркалами, масивами детекторів та електронно-променевими ґратками), призначене для захоплення світла, що відбивається від поверхні, а потім розділення його на складові кольори, як це робить призма.
Багато з найкращих спектрометрів зображень, які літають сьогодні, стали можливими завдяки компонентам, винайденим у Лабораторії мікропристроїв NASA JPL. Там виробники інструментів поєднують досягнення у фізиці, хімії та матеріалознавстві з класичними властивостями світла, відкритими фізиком Ісааком Ньютоном у XVII столітті. Експерименти Ньютона з призмою показали, що видиме світло складається з веселки кольорів.
Сьогодні інженери NASA JPL працюють із передовими матеріалами, такими як чорний кремній — одна з найтемніших речовин, коли-небудь виготовлених, — щоб підвищити ефективність. Під потужним мікроскопом чорний кремній нагадує ліс колючих голок. Витравлені лазерами або хімічними речовинами наномасштабні структури перешкоджають проникненню стороннього світла, затримуючи його у своїх шипах.
Полювання на мінерали з висоти польоту літака
Оптичні методи, які використовуються в Лабораторії мікропристроїв, постійно вдосконалювалися з часу першого запуску приладу AVIRIS у 1986 році. Чотири покоління цих сенсорів уже були використані для аналізу вивержень вулканів, хворих посівів, уламків у центрі Нью-Йорка та лісових пожеж у Алабамі, серед багатьох інших застосувань. Остання модель, AVIRIS-5, має просторову роздільну здатність удвічі кращу за попередню модель і може досліджувати ділянки від менш ніж одного фута (30 см) до приблизно 30 футів (10 м).
Цього року повітряні судна здійснили понад 200 годин польотів на великій висоті над Невадою, Каліфорнією та іншими західними штатами у межах проєкту під назвою GEMx (Geological Earth Mapping Experiment). Польоти здійснюються за допомогою літака NASA ER-2, що експлуатується з дослідницького центру польотів Армстронга в Едвардсі, Каліфорнія. Ця робота є повітряною складовою більшої ініціативи USGS під назвою Earth Mapping Resources Initiative (Earth MRI), спрямованої на модернізацію картографування поверхні та підповерхневих ресурсів країни.
З 2023 року команда NASA і USGS збирає дані понад 366 000 квадратних миль (950 000 квадратних кілометрів) американського Заходу, де сухі, безлісові простори добре підходять для мінеральної спектроскопії.
Одним із захоплових ранніх відкриттів є глина, що містить літій, під назвою гекторит, знайдена серед відвалів покинутої шахти в Каліфорнії, а також в інших місцях. Літій є одним із приблизно 50 мінералів, постачання яких під загрозою порушення ланцюгів постачання і які USGS визнало критично важливими для національної безпеки та економіки.
Широта застосування сенсора AVIRIS-5
Допомога громадам в отриманні нової цінності зі старих і покинутих родовищ є однією з довгострокових цілей GEMx, сказала Дана Чедвік, науковиця із систем Землі в NASA JPL. Також це стосується визначення джерел кислотних шахтних вод, які можуть утворюватися, коли породи-відходи піддаються вивітрюванню та потрапляють у довкілля.
«Широта різних питань, які можна розглядати за допомогою цієї технології, справді захоплює — від управління земельними ресурсами до водних ресурсів снігового покриву та ризику лісових пожеж, — сказала Чедвік. — Критичні мінерали — це лише початок для AVIRIS-5».
За матеріалами phys.org
