В общей сложности почти трое суток в режиме активных измерений провел прибор ДАН («Динамическое альбедо нейтронов») за два года работы на поверхности Марса в составе аппаратуры марсохода Curiosity.

ИКИ РАН
Прибор «Динамическое альбедо нейтронов» состоит из двух блоков. На этом снимке — блок детекторов и электроники ДАН-ДЭ.
ИКИ РАН
Второй блок — импульсный нейтронный генератор ДАН-ИНГ.
NASA
Размещение прибора ДАН на борту марсохода.
NASA
Мозаичное изображение Curiosity.
NASA
Отпечатки в грунте, сделанные Curiosity в октябре 2012 года для взятия проб на анализ.
ИКИ РАН
Распределение связанной воды в марсианском грунте вдоль трассы движения марсохода, измеренное прибором ДАН.
ИКИ РАН
Распределение хлора в марсианском грунте вдоль трассы движения марсохода, измеренное прибором ДАН.

В ходе работы ДАН, зондирующего дно ручья в кратере Гейл, было установлено, что связанная вода в поверхностном слое грунте планеты распределена неравномерно: на большей глубине ее доля растет. Также исследователям удалось оценить содержание других элементов, прежде всего хлора как основного поглотителя тепловых нейтронов в грунте Марса.

Прибор ДАН измеряет спектр и поток нейтронов, выходящих из-под поверхности планеты. Известно, что их вариации очень сильно зависят от содержания воды/водяного льда в приповерхностном слое грунта, поэтому анализ данных нейтронных измерений позволяет оценить долю этого вещества в верхнем слое грунта (до 60 см).

При этом ДАН — не простой нейтронный детектор. Кроме приемника нейтронов, в него входит импульсный нейтронный генератор, специально разработанный для работы на поверхности Марса во Всероссийском институте автоматики им. Н.Л. Духова.

В режиме активных измерений генератор облучает вещество поверхности микросекундными импульсами нейтронов с энергией 14 МэВ, после чего детекторы регистрируют выходящее с поверхности после-импульсное излучение нейтронов с временным разрешением от нескольких микросекунд до десятков миллисекунд. Потоки и профили выходящего нейтронного излучения зависят от распределения воды в грунте, а их измерения позволяют построить профили распределения грунтовой воды вдоль трассы движения марсохода.

В режиме пассивных измерений детекторы ДАН измеряют наведенное излучение нейтронов с поверхности Марса под воздействием радиоизотопного источника энергии марсохода и галактических космических лучей. Данные измерений в пассивном режиме также позволяют оценить количество грунтовой воды, но ее распределение по глубине остается неизвестным.

ДАН был успешно включен 9 августа 2012 года после посадки ровера на дно марсианского кратера Гейл и продолжает работать по настоящее время. Как рассказал на 40-й Научной ассамблее Международного комитета по исследованию космического пространства Игорь Митрофанов, научный руководитель проекта ДАН, заведующий отделом ядерной планетологии ИКИ РАН, к 19 июня 2014 года марсоход прошел около 7 км по дну кратера Гейл, а прибор ДАН выполнил более 350 активных нейтронных зондирований грунта полной продолжительностью около 72 часов.

На основе анализа данных измерений был построен профиль распределения грунтовой воды в веществе вдоль трассы. Оказалось, что распределение воды по глубине хорошо описывается двухслойной моделью, и при этом обнаруженное количество воды в нижнем слое составляет от 2 до 8% по массе и находится на глубине более 20 см. В верхнем слое воды гораздо меньше, около 1−2%.

Обработка данных измерений также позволила оценить содержание в веществе хлора, как основного поглотителя тепловых нейтронов в реголите Марса. Оно составило 0,5−2,5% по массе.