FT-IR如何幫助理解來自外太空探測任務的數據

許多人可能還記得近20年前那個激動人心的時刻，當時美國宇航局成功發射了“信使號"（水星表面、空間環境、地球化學和測距）水星軌道探測器，以期研究水星——太陽系中最小、最少被探測的星球——的特性和環境（主要化學成分）。“信使號"搭載了許多科學儀器，例如由紫外-可見（UV/VIS）和可見/紅外光譜儀（VIS/IR）組成的水星大氣與表面成分光譜儀（MASCS），它經過優化可以觀測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"的X射線衍射數據表明，火山表面含有高豐度的鎂和鈣（大概以硫化物的形式存在）。由于水星的晝側溫度很高，故只獲取了有限的硫化物光譜反射數據（來自于夜側）。為了更好地了解可能存在的情況，德國航空航天中心（DLR）（德國柏林）行星光譜學實驗室（PSL）的一個專門小組——行星輻射實驗室（PEL），在實驗中構建出新鮮和加熱的硫化錳（MnS）、硫化鈣（CaS）和硫化鎂（MgS）樣品在可見光和近紅外區的光譜反射數據。這些光譜已被用于解讀來自“信使號"任務的光譜。預測的光譜特征幫助對水星表面的硫化物沉積進行了定位，并識別出形成水星“空洞"構造的物質。

行星光譜學實驗室（PSL）的光譜反射數據來自于布魯克VERTEX 80v真空FT-IR光譜儀，可以在高溫和真空條件下測量各種類型的行星物質從紫外到遠紅外寬波段（50,000 cm-1to 5 cm-1）的發射率、雙向反射率和透射率。換言之，VERTEX 80v能夠模擬水星的自然環境來測量模擬樣品。VERTEX 80v的全真空光學臺，可使光譜測試不受實驗室空氣干擾。專用的樣品架和樣品池允許在寬角度范圍內測量反射率，通過準直光束準確測量透射率，或者需要時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機構（JAXA）聯合啟動了“BepiColombo"號水星探測任務（以意大利數學家和工程師Giuseppe Bepi Colombo教授的名字命名），以研究水星的化學成分、地質物理、大氣、磁層和歷史。它將經歷7年的旅程，于2025年底抵達水星軌道，開始為期一年的預定任務并收集數據。“BepiColombo"號所搭載的MERTIS（水星輻射計和熱紅外光譜儀）是一種成像光譜儀；它將測定7-14 μm（1,400 – 700 cm-1）中紅外波段的高光譜數據，從而確定水星表面的礦物成分。解讀這些發射光譜需要一個龐大的模擬物質數據庫。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射率數據。我們都期待著“BepiColombo"號將發送回的偉大發現。

歐洲行星科學平臺Europlanet近日推出了“Europlanet 2024 RI"項目，旨在開放行星模擬和分析設施網絡的訪問。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在該項目中發揮了核心作用，吸引了眾多科學界的訪客（如來自NASA的訪客）。通過“Europlanet 2024 RI"項目，DLR將擴展其真空下低溫FT-IR光譜的能力，從而能夠支持ESA即將啟動的“JUICE"任務，“JUICE"號將探測木星系統（冰衛星）。布魯克對于未來也能為所有這些令人激動的外太空探測任務做貢獻而深感自豪！