FT-IR如何帮助理解来自外太空探测任务的数据

许多人可能还记得近20年前那个激动人心的时刻，当时美国宇航局成功发射了“信使号”（水星表面、空间环境、地球化学和测距）水星轨道探测器，以期研究水星——太阳系中最小、最少被探测的星球——的特性和环境（主要化学成分）。“信使号”搭载了许多科学仪器，例如由紫外-可见（UV/VIS）和可见/红外光谱仪（VIS/IR）组成的水星大气与表面成分光谱仪（MASCS），它经过优化可以观测0.3-1.45 μm波段（33,000 – 6,900 cm-1）微弱的大气辐射和表面反射。

“信使号”的X射线衍射数据表明，火山表面含有高丰度的镁和钙（大概以硫化物的形式存在）。由于水星的昼侧温度很高，故只获取了有限的硫化物光谱反射数据（来自于夜侧）。为了更好地了解可能存在的情况，德国航空航天中心（DLR）（德国柏林）行星光谱学实验室（PSL）的一个专门小组——行星辐射实验室（PEL），在实验中构建出新鲜和加热的硫化锰（MnS）、硫化钙（CaS）和硫化镁（MgS）样品在可见光和近红外区的光谱反射数据。这些光谱已被用于解读来自“信使号”任务的光谱。预测的光谱特征帮助对水星表面的硫化物沉积进行了定位，并识别出形成水星“空洞”构造的物质。

行星光谱学实验室（PSL）的光谱反射数据来自于布鲁克VERTEX 80v真空FT-IR光谱仪，可以在高温和真空条件下测量各种类型的行星物质从紫外到远红外宽波段（50,000 cm-1to 5 cm-1）的发射率、双向反射率和透射率。换言之，VERTEX 80v能够模拟水星的自然环境来测量模拟样品。VERTEX 80v的全真空光学台，可使光谱测试不受实验室空气干扰。专用的样品架和样品池允许在宽角度范围内测量反射率，通过准直光束准确测量透射率，或者需要时还可以在空气或惰性气体中开展分析。

2018年，欧洲空间局（ESA）和日本宇航研究开发机构（JAXA）联合启动了“BepiColombo”号水星探测任务（以意大利数学家和工程师Giuseppe Bepi Colombo教授的名字命名），以研究水星的化学成分、地质物理、大气、磁层和历史。它将经历7年的旅程，于2025年底抵达水星轨道，开始为期一年的预定任务并收集数据。“BepiColombo”号所搭载的MERTIS（水星辐射计和热红外光谱仪）是一种成像光谱仪；它将测定7-14 μm（1,400 – 700 cm-1）中红外波段的高光谱数据，从而确定水星表面的矿物成分。解读这些发射光谱需要一个庞大的模拟物质数据库。PEL同样使用布鲁克VERTEX 80v真空FTIR光谱仪，在典型的水星温度下，采集了粉状和块状材料的发射率数据。我们都期待着“BepiColombo”号将发送回的伟大发现。

欧洲行星科学平台Europlanet近日推出了“Europlanet 2024 RI”项目，旨在开放行星模拟和分析设施网络的访问。由于具备利用布鲁克VERTEX 80v和众多定制化采样附件在极条件下获取光谱的能力，DLR在该项目中发挥了核心作用，吸引了众多科学界的访客（如来自NASA的访客）。通过“Europlanet 2024 RI”项目，DLR将扩展其真空下低温FT-IR光谱的能力，从而能够支持ESA即将启动的“JUICE”任务，“JUICE”号将探测木星系统（冰卫星）。布鲁克对于未来也能为所有这些令人激动的外太空探测任务做贡献而深感自豪！