Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer-5, или AVIRIS-5 — это новый высокоточный спектрограф, разработанный NASA. Его планируется использовать для поиска ценных минералов на Земле. Для этого его установят на самолете, который будет подниматься в небо на 18 км.
Сенсор для поиска минералов
Расположенный в носовой части высотного исследовательского самолета, новый сенсор NASA отправился в небо, чтобы помочь геологам создавать карты пород, богатых литием и другими важными минералами, на поверхности Земли примерно в 18 300 метрах внизу. В сотрудничестве с Геологической службой США (USGS) эти полеты стали частью крупнейшей авиационной кампании такого типа в истории страны.
Но это лишь одна из многих задач, стоящих на горизонте перед AVIRIS-5, сокращен от Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer-5, который имеет много общего с датчиками, используемыми для исследования других планет.
Размером примерно с микроволновую печь, AVIRIS-5 обнаруживает спектральные «отпечатки» минералов и других соединений в отраженном солнечном свете. Как и его космические «сородичи», сенсор использует то, что каждый тип молекул — от редкоземельных элементов до пигментов цветов — имеет уникальную химическую структуру, которая поглощает и отражает различные длины волн света.
Технология впервые была разработана в Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии в конце 1970-х годов. На протяжении десятилетий спектрометры изображений побывали на каждом крупном каменистом теле Солнечной системы — от Меркурия до Плутона. Они подробно исследовали кору Марса, обнаружили озера на Титане и отслеживали минерально богатую пыль в Сахаре и других пустынях. Один из таких приборов сейчас направляется к Европе, океаническому спутнику Юпитера, чтобы искать химические компоненты, необходимые для поддержания жизни.
Усовершенствование технологии спектрометров
Хотя спектрометры изображений различаются в зависимости от их миссии, они имеют определенное общее оборудование (включая зеркала, массивы детекторов и электронно-лучевые решетки), предназначенные для захвата света, отражающегося от поверхности, а затем разделения его на составляющие цвета, как это делает призма.
Многие из лучших спектрометров летающих изображений стали возможны благодаря компонентам, изобретенным в Лаборатории микроустройств NASA JPL. Там производители инструментов сочетают достижения в физике, химии и материаловедении с классическими свойствами света, открытыми физиком Исааком Ньютоном в XVII веке. Эксперименты Ньютона с призмой показали, что видимый свет состоит из радуги цветов.
Сегодня инженеры NASA JPL работают с передовыми материалами, такими как черный кремний — одно из самых темных веществ, когда-либо изготовленных, — чтобы повысить эффективность. Под мощным микроскопом черный кремний смотрится как лес колючих иголок. Вытравленные лазерами или химическими веществами наномасштабные структуры препятствуют проникновению постороннего света, задерживая его в своих шипах.
Охота на минералы с высоты полета самолета
Оптические методы, используемые в Лаборатории микроустройств, постоянно совершенствовались с момента первого запуска прибора AVIRIS в 1986 году. Четыре поколения этих сенсоров уже были использованы для анализа извержений вулканов, больных посевов, обломков в центре Нью-Йорка и лесных пожаров в Алабаме среди многих других применений. Последняя модель, AVIRIS-5, имеет пространственное разрешение вдвое лучше предыдущей модели и может исследовать участки от менее одного фута (30 см) до примерно 30 футов (10 м).
В этом году воздушные суда совершили более 200 часов полетов на большой высоте над Невадой, Калифорнией и другими западными штатами в рамках проекта под названием GEMx (Geological Earth Mapping Experiment). Полеты осуществляются с помощью самолета NASA ER-2, эксплуатируемого из исследовательского центра полётов Армстронга в Эдвардсе, Калифорния. Эта работа является воздушной составляющей большей инициативы USGS под названием Earth Mapping Resources Initiative (Earth MRI), направленной на модернизацию картографирования поверхности и подповерхностных ресурсов страны.
С 2023 года команда NASA и USGS собирает данные более 950 000 квадратных километров американского Запада, где сухие безлесные пространства хорошо подходят для минеральной спектроскопии.
Одним из увлекательных ранних открытий является глина, содержащая литий, под названием гекторит, найденная среди отвалов заброшенной шахты в Калифорнии, а также в других местах. Литий является одним из примерно 50 минералов, снабжение которых под угрозой нарушения цепей снабжения и которые USGS признало критически важными для национальной безопасности и экономики.
Широта применения сенсора AVIRIS-5
Помощь общинам в получении новой ценности из старых и заброшенных месторождений является одной из долгосрочных целей GEMx, сказала Дана Чедвик, ученая из систем Земли в NASA JPL. Также это касается определения источников кислотных шахтных вод, которые могут образовываться, когда породы отходы подвергаются выветриванию и попадают в окружающую среду.
«Широта различных вопросов, которые можно рассматривать с помощью этой технологии, действительно захватывает — от управления земельными ресурсами до водных ресурсов снежного покрова и риска лесных пожаров, — сказала Чедвик. — Критические минералы — это только начало для AVIRIS-5».
По материалам phys.org
