NEW HORIZONS:
DE VITENSKAPELIGE INSTRUMENTENE

av Torben Leifsen

Instrumentpakken ombord i New Horizons består av 7 instrumenter. De er satt sammen slik at de skal kunne besvare de viktigste vitenskapelige spørsmålene om Pluto slik som hva består atmosfæren av og hvordan oppfører den seg, hvordan ser overflaten av Pluto ut og finnes det geologiske strukturer der og hvordan vekselvirker Pluto med solvinden. Fordi dette er en veldig lang ferd er flere av instrumentene bygget slik at de kan fungere som reserve for de andre hvis noen skulle svikte underveis.

New Horizons sonden. Illustrasjon: NASA/The Boeing Company

RALPH instrumentet. Illustrasjon: NASA/SRI/JHUAPL

RALPH
Hovedmålet med RALPH er å lage høyoppløsningskart og kart over overflatesammensetningen til Pluto og Charon. Instrumentet består av et teleskop med diametert 6 cm, syv kameraer som tar bilder med ulike filtre og ett infrarødt spektrometer. Ralph veier 10,3 kg og bruker gjennomsnitlig 6,3 watt. Instrumentet består av to hoveddeler:

MVIC
(Multispectral Visible Imaging Camera):
Kameraer i synlig lys som skal lage fargekart ved hjelp av filtre i fire bølgelengder. Hver av filtrene har sin egen CCD-detektor. Ett filter er spesiallaget for å kartlegge metanfrost på overflaten. De andre er i blått, rødt og nær-infrarødt. I tillegg er det 3 filtre/CCD-detektorer som observerer hele det synlige bølgelengdeområdet. Disse skal brukes i situasjoner med svakt lys der følsomhet er viktig. Ralph vil ta bilder 2 ganger pr. dag under hele innflygningen, passeringen og tiden etter passeringen av Pluto og Charon. Bildene med best oppløsning vil kunne skjelne detaljer så små som 250 meter. Ralph skal også ta stereobilder og brukes til å bestemme diameteren til Pluto og dens måner med bedre nøyaktighet enn den vi har nå. Etter passeringen av Pluto skal den observere nattsiden. Her skal instrumentet se på terrenget i det svake lyset fra Charon med kameraene med bredbåndsfiltrene.

LEISA
(Linear Etalon Imaging Spectral Array):
Dette er et spektrometer som opererer i infrarødt. Det skal analysere spekteret og identifisere molekyler fra metan (CH₄), molekylært nitrogen (N₂), karbon-monoksyd (CO) og vann (H₂O) i frost på Pluto og frost fra vann på Charon. Instrumentet skal også kunne identifisere stoffer som hittil ikke er funnet på de to klodene.

ALICE instrumentet. Illustrasjon: NASA/SRI/JHUAPL

ALICE (Ultraviolet Imaging Spectrometer)
Alice er et avbildene spektrometer som skal opererer i den ultrafiolette delen av spekteret mellom 500Å og 1800Å. Det skal studere atmosfæren til Pluto. Det opererer i 2 moder. I den første måler den emisjon fra stoffer i atmosfæren mens i den andre ser den på Solen eller en sterk stjerne gjennom atmosfæren og ser på hvordan lyset endres når atmosfæren kommer imellom. Denne siste moden vil bla. bli brukt når New Horizons passerer bak Pluto og ser Solen gjennom Plutos atmosfære. Alice består av et lite, kompakt teleskop og måler 1024 bølgelengder på hver av 32 posisjoner i det avlange rektangulære bildet. Målet er å kartlegge sammensetningen av Plutos atmosfære og også lete etter en atmosfære rundt Charon. Ombord i ESAs kometsonde Rosetta finnes også en nesten identisk utgave av dette instrumentet. Alice veier 4,5 kg og bruker bare 4,4 watt i gjennomsnitt.

REX (Radio Experiment)
Dette er et radioinstrument som består av et lite elektronikk-kretskort koblet til sondens telekommunikasjonssystem. Siden sonden har to identiske slike systemer er også REX dublert. REX skal se på radiosignalene som sendes fra antennene på Jorden og se på hvordan de endres når de passerer gjennom Plutos atmosfære. Når sonden passerer bak Pluto vil radiosignalene avbøyes. Hvor mye de avbøyes avhenger av den midlere molekylærvekten til gassen i atmosfæren og av atmosfæretemperaturen. REX skal også måle den svake radiostrålingen fra Pluto, Charon og Jupiter (i 2007) for å måle de globale dagside og nattsidetemperaturene. REX vil også følge de små endringene i radiosignalene som skyldes endinger i sondens bane. På denne måten vil massene til Pluto og Charon, og mulige Kuiperbelteobjekter, kunne måles. Ved å måle lengden på okkultasjoner av Pluto og Charon vil radius til disse kunne beregnes. REX veier bare 100 gram og bruker 2,1 watt.

LORRI instrumentet. Illustrasjon: NASA/SRI/JHUAPL

LORRI (Long Range Reconnaissance Imager)
Dette er kameraet som vil gi de beste bildene av Pluto og Charon. Det består av et teleskop med diameter 20,8 cm og tar bilder med et CCD-kamera. Dette er i praksis et digitalkamera med telelinse, men tilpasset bruk i det ekstremt kalde miljøet ute ved Pluto. 200 dager før passeringen av Pluto vil Lorri begynne å ta bilder. Disse vil ikke vise detaljer, men vil gi informasjon som skal brukes til å finjustere banen og gi mer nøyaktig informasjon om banen til Pluto og månene. 90 dager før ankomst, ca. 100 millioner km unna, vil bildene fra Lorri være bedre enn de beste bildene fra Hubble Space Telescope. Ved nærpasseringen vil detaljer ned til 50 meter, kanskje enda mindre, kunne sjeldnes på overflaten. Instrumentet skal brukes til å analysere geologiske detaljer, se på kratertettheten på overflaten og lete etter geysirer på overflaten og dis i atmosfæren. Instrumentet skal også brukes ved en evt. utvidet ferd til ett eller flere Kuiperbelteobjekter etter passeringen av Pluto. Lorri har en meget enkel oppbygging uten bevegelige deler eller valgbare filtre. Den veier 8,8 kg og bruker i gjennomsnitt 5,8 watt.

SWAP instrumentet. Illustrasjon: NASA/SRI/JHUAPL

SWAP (Solar Wind Analyzer around Pluto)
Dette instrumentet skal måle ladde partikler fra solvinden nær Pluto og finne ut om Pluto har en magnetosfære og også hvor raskt den mister atmosfæren sin. G på Pluto er bare 1/16 av Jordens, og man tror at omtrent 75 kg materiale fra atmosfæren unnslipper hvert sekund. Gassen forlater Pluto som atomer og molekyler, men blir ionisert av UV-lys fra Solen. Såsnart de er ionosert blir de "plukket opp" av solvinden. I denne prosessen plukker partiklene opp betydelig energi, og solvinden blir tilsvarende bremset. Ved å måle hvor mye solvinden endres gjennom vekselvirkning med Plutos atmosfære kan man beregne hvor mye materiale som går tapt fra atmosfæren. Instrumentet kan kan måle selv ørsmå endringer i solvindhastigheten. Øverst på energiskalen kan det fange opp noen ioner fra Pluto direkte, opp til 6,5 keV. Instrumentet veier 3,3 kg og bruker 2,3 watt.

PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Investigation)

PEPSSI instrumentet. Illustrasjon: NASA/SRI/JHUAPL

Dette instrumentet skal lete etter nøytale atomer som unslipper fra atmosfæren og som blir elektrisk ladet gjennom vekselvirkning med solvinden. Det er et komplentært instrument til SWAP, og kan måle energetiske ioner opp til 1000 keV direkte. Mest sannsynlig vil instrumentet plukke opp partikler fra Plutos atmosfære flere millioner km unna planeten. Instrumentet virker ved at ionene kommer inn i instrumentet og slår løs elektroner fra en tynn folie. Disse trekkes mot en annen folie før de treffer en detetor. Instrumentet måler tiden det tar mellom kollisjonene med foliene for å beregne partikkelhastigheten (og massen) og måler partiklenes energi når den treffer detektoren. Fra dette kan man finne ut sammensetningen til hver partikkel. Med sine 1,5 kg og sitt strømforbruk på 2,5 watt er dette det mest kompakte og letteste instrumentet av denne typen som noen gang er fløyet i rommet.

SDC-instrumentet. Illustrasjon: NASA/SRI/JHUAPL

SDC (Student Dust Counter)

Dette er et studentprosjekt som skal telle og måle størrelsen på støvpartikler langs hele banen til New Horizons fra Jorden til Pluto. Dette er ørsmå støvpartikler fra kollisjoner mellom asteroider, kometer og Kuiperbelteobjekter. Instrumentet skal også lete etter støv i Pluto-systemet, f.eks. fra nedslag på Plutos to små måner. Instrumentet vil dekke et interplanetarisk område som ikke tidligere er målt. Ingen instrumenter av denne typen har noen gang fløyet utenfor banen til Uranus. Det er bygget og skal opereres av studenter ved University of Colorado i Bloulder, men med veiledning fra profesjonelle forskere. Instrumentet har et 45x30 cm stort panel som er montert utenpå sonden. I tillegg har det en elektronikkboks inne i sonden. Det veier 1,9 kg og bruker 5 watt.

New Horizons sonden. Illustrasjon: NASA/SRI/JHUAPL (oversatt og tilpasset av T. Leifsen ITA/UiO)