FT-IR如何幫助理解來(lái)自外太空探測(cè)任務(wù)的數(shù)據(jù)

許多人可能還記得近20年前那個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻，當(dāng)時(shí)美國(guó)宇航局成功發(fā)射了“信使號(hào)”（水星表面、空間環(huán)境、地球化學(xué)和測(cè)距）水星軌道探測(cè)器，以期研究水星——太陽(yáng)系中最小、最少被探測(cè)的星球——的特性和環(huán)境（主要化學(xué)成分）?！靶攀固?hào)”搭載了許多科學(xué)儀器，例如由紫外-可見(jiàn)（UV/VIS）和可見(jiàn)/紅外光譜儀（VIS/IR）組成的水星大氣與表面成分光譜儀（MASCS），它經(jīng)過(guò)優(yōu)化可以觀測(cè)0.3-1.45 μm波段（33,000 – 6,900 cm-1）微弱的大氣輻射和表面反射。

“信使號(hào)”的X射線衍射數(shù)據(jù)表明，火山表面含有高豐度的鎂和鈣（大概以硫化物的形式存在）。由于水星的晝側(cè)溫度很高，故只獲取了有限的硫化物光譜反射數(shù)據(jù)（來(lái)自于夜側(cè)）。為了更好地了解可能存在的情況，德國(guó)航空航天中心（DLR）（德國(guó)柏林）行星光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)室（PSL）的一個(gè)專門小組——行星輻射實(shí)驗(yàn)室（PEL），在實(shí)驗(yàn)中構(gòu)建出新鮮和加熱的硫化錳（MnS）、硫化鈣（CaS）和硫化鎂（MgS）樣品在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)的光譜反射數(shù)據(jù)。這些光譜已被用于解讀來(lái)自“信使號(hào)”任務(wù)的光譜。預(yù)測(cè)的光譜特征幫助對(duì)水星表面的硫化物沉積進(jìn)行了定位，并識(shí)別出形成水星“空洞”構(gòu)造的物質(zhì)。

行星光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)室（PSL）的光譜反射數(shù)據(jù)來(lái)自于布魯克VERTEX 80v真空FT-IR光譜儀，可以在高溫和真空條件下測(cè)量各種類型的行星物質(zhì)從紫外到遠(yuǎn)紅外寬波段（50,000 cm-1to 5 cm-1）的發(fā)射率、雙向反射率和透射率。換言之，VERTEX 80v能夠模擬水星的自然環(huán)境來(lái)測(cè)量模擬樣品。VERTEX 80v的全真空光學(xué)臺(tái)，可使光譜測(cè)試不受實(shí)驗(yàn)室空氣干擾。專用的樣品架和樣品池允許在寬角度范圍內(nèi)測(cè)量反射率，通過(guò)準(zhǔn)直光束準(zhǔn)確測(cè)量透射率，或者需要時(shí)還可以在空氣或惰性氣體中開展分析。

2018年，歐洲空間局（ESA）和日本宇航研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）聯(lián)合啟動(dòng)了“BepiColombo”號(hào)水星探測(cè)任務(wù)（以意大利數(shù)學(xué)家和工程師Giuseppe Bepi Colombo教授的名字命名），以研究水星的化學(xué)成分、地質(zhì)物理、大氣、磁層和歷史。它將經(jīng)歷7年的旅程，于2025年底抵達(dá)水星軌道，開始為期一年的預(yù)定任務(wù)并收集數(shù)據(jù)?！癇epiColombo”號(hào)所搭載的MERTIS（水星輻射計(jì)和熱紅外光譜儀）是一種成像光譜儀；它將測(cè)定7-14 μm（1,400 – 700 cm-1）中紅外波段的高光譜數(shù)據(jù)，從而確定水星表面的礦物成分。解讀這些發(fā)射光譜需要一個(gè)龐大的模擬物質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)。PEL同樣使用布魯克VERTEX 80v真空FTIR光譜儀，在典型的水星溫度下，采集了粉狀和塊狀材料的發(fā)射率數(shù)據(jù)。我們都期待著“BepiColombo”號(hào)將發(fā)送回的偉大發(fā)現(xiàn)。

歐洲行星科學(xué)平臺(tái)Europlanet近日推出了“Europlanet 2024 RI”項(xiàng)目，旨在開放行星模擬和分析設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)。由于具備利用布魯克VERTEX 80v和眾多定制化采樣附件在極條件下獲取光譜的能力，DLR在該項(xiàng)目中發(fā)揮了核心作用，吸引了眾多科學(xué)界的訪客（如來(lái)自NASA的訪客）。通過(guò)“Europlanet 2024 RI”項(xiàng)目，DLR將擴(kuò)展其真空下低溫FT-IR光譜的能力，從而能夠支持ESA即將啟動(dòng)的“JUICE”任務(wù)，“JUICE”號(hào)將探測(cè)木星系統(tǒng)（冰衛(wèi)星）。布魯克對(duì)于未來(lái)也能為所有這些令人激動(dòng)的外太空探測(cè)任務(wù)做貢獻(xiàn)而深感自豪！