(This drawing shows the components of the Venus Mass Spectrometer (VMS) instrument to be installed in the atmospheric probe on the DAVINCI mission to Venus. The job of VMS is to sample gas during the probe’s descent, analyze it, and provide us with information about the chemical composition of the Venusian atmosphere and possible connections to surface mineralogies. Credit: NASA)
(DAVINCI will send a meter-diameter probe to brave the high temperatures and pressures near Venus' surface to explore the atmosphere from above the clouds to near the surface of a terrain that may have been a past continent. During its final kilometers of free-fall descent (shown here), the probe will capture spectacular images and chemistry measurements of the deepest atmosphere on Venus for the first time. Credit: NASA GSFC visualization by CI Labs Michael Lentz and others)
나사는 거의 반 세기 만에 금성 표면에 새로운 탐사선을 보낼 계획입니다. 다빈치 플러스 DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging, Plus)는 2029년 발사 예정으로 금성 대기를 내려가면서 대기 가스 분석 및 압력, 온도 등 중요한 정보를 수집해 금성 대기의 구조와 이런 극단적인 환경을 지니게 된 이유를 밝힐 수 있을 것으로 기대됩니다.
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나사 고다드 우주 비행 센터의 찰스 A 메일스핀 (Charles A. Malespin, Chief of the Planetary Environments Lab at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, and Payload Element Lead for VMS)이 이끄는 팀이 개발 중인 VMS (Venus Mass Spectrometer, 금성 질량 분석기)는 다빈치의 핵심 장비로 이산화탄소처럼 금성 대기에 풍부한 가스는 물론 매우 드문 불활성 기체 (noble gas)를 분석할 수 있습니다.
헬륨, 아르곤, 크립톤, 제논 같은 불활성 기체는 다른 원소와 반응하지 않고 소량씩 대기 중에 존재하는 물질로 대기 환경에 미치는 영향을 작지만, 대기 진화에 대한 중요한 단서를 지니고 있을지도 모릅니다. 지금까지는 아무도 그 양을 측정할 수 없어 막연한 추정에 지나지 않았지만, 다빈치의 VMS는 이를 처음으로 측정해 정확한 데이터를 제공할 것입니다.
문제는 작은 탐사선 안에 복잡한 질량 분석기를 탑재해야 한다는 것입니다. 나사의 연구팀은 이 문제를 극복할 수 있는 노하우를 지니고 있습니다. 화성 로버를 비롯한 다른 탐사선에서 이미 개발한 경험이 있기 때문입니다. 다만 VMS는 고온 고압 환경에서 짧은 시간만 작동이 가능하다는 점에서 매우 빠른 분석 능력이 필요합니다.
다빈치 탐사선이 금성 대기로 낙하하면서 채취한 가스는 우선 VMS의 Quadrupole Mass Spectrometer (QMS)로 들어가 종류별로 분류됩니다. 이산화탄소나 수증기 같이 풍부한 물질은 여기서 우선 분류되고 분석됩니다. QMS가 분석하기 어려운 미량 원소는 다시 Gas Processing System (GPS)로 들어가 하나씩 분석됩니다. 여기서 미량 비활성 가스 및 기타 원소가 모습을 드러낼 것으로 예상됩니다.
과학자들은 주로 금성 표면 환경에 대한 오래된 관측 데이터만 갖고 있습니다. 다반치 플러스는 대기 고도별 대기 구성과 압력, 온도 같은 새로운 정보를 최신 측정 장비를 이용해서 상세히 관측할 것입니다. 그리고 이를 통해 왜 금성이 지금 같은 환경이 되었는지 알아낼 결정적인 증거가 나올 것으로 기대합니다.
참고
https://phys.org/news/2021-11-vms-briefcase-sized-chemistry-lab-venus.html
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