Future	  Mars	  atmospheric	  observa2ons	  by	  orbiters	
Takeshi	  Imamura	  (JAXA)	  	  Kazunori	  Ogohara	  (Shiga	  Pref.	  Univ.)	  Detached	  dust	  layers		  (Heavens	  et	  al.	  
2011)	
Change	  of	  surface	  dust	  2001	  across	  the	  2001	  global	  dust	  storm	Decrease	
Increase	

Change	  of	  surface	  dust	  during	  one	  Mars	  year	  aJer	  the	  2001	  global	  dust	  storm	Increase	

Decrease	

（Szwast	  et	  al.,	  2006）	

Water	  cycle	
Small-­‐scale	  water	  exchange	  with	  localized	  subsurface	  reservoir	  Water	  exchange	  with	  polar	  caps	  	Cross-­‐equatorial	  water	  exchange	  and	  transport	  to	  the	  exosphere	  	Stability	  of	  the	  southern	  polar	  cap	Buﬀering	  oﬀ-­‐polar	  atmospheric	  water	  by	  various	  reservoirs	Status	• A	  Mars	  orbiter	  mission	  dedicated	  to	  meteorological	  study	  has	  been	  discussed	  for	  several	  years	  in	  Japan.	  The	  original,	  nominal	  mission	  plan	  is	  a	  small	  orbiter	  equipped	  with	  a	  suite	  of	  meteorological	  sensors	  (“full	  package”).	  The	  primary	  science	  targets	  will	  be	  dust	  meteorology	  and	  water	  cycle.	  	  • The	  use	  of	  the	  next-­‐generaXon	  “Epsilon”	  rocket,	  which	  is	  suitable	  for	  small-­‐size	  planetary	  missions,	  now	  seems	  to	  be	  diﬃcult.	  We	  may	  need	  to	  consider	  using	  a	  larger	  rocket	  such	  as	  H2A	  (In	  this	  case	  the	  mission	  might	  need	  to	  be	  more	  interdisciplinary).	  	  	  	  • Another	  plan	  is	  to	  conduct	  selected	  meteorological	  observaXons	  from	  an	  orbiter	  whose	  primary	  goal	  is	  not	  meteorology.	  We	  consider	  several	  possibiliXes:	  orbiter	  for	  atmospheric	  escape,	  Mars	  lander,	  and	  MarXan	  satellite	  sample	  return.	  Original	  plan:	  Con2nuous	  global	  monitoring	  from	  high	  orbit	  using	  a	  set	  of	  dedicated	  meteorological	  sensors	
Radio	  occulta2on	  •	  temperature	  proﬁle	  Mid-­‐IR	  camera	  Polarimetric	  camera	  •Dust	  •Clouds	  •	  ParXcle	  sizes	  Sub-­‐millimeter	  sounder	  •	  Dust	  •	  Surface	  temperature-­‐	  Orbital	  period:	  12	  hours	  -­‐	  Visualiza2on	  of	  transport	  processes	  and	  diurnal	  cycle	  by	  global	  mapping	  conducted	  every	  one	  hour	•3-­‐D	  temperature	  •Water	  vapor	  •Trace	  gases	  •Isotopic	  raXos	  •Surface	  temperature	  Op2onal	  instruments	
• Narrow	  angle	  camera	  	  – Monitoring	  localized	  dust	  events	  	  • Near-­‐IR	  mapping	  spectrometer	  – Mapping	  CO2	  column	  (surface	  pressure),	  water	  vapor,	  and	  surface	  ice	  • Mid-­‐IR	  spectrometer	  – Mapping	  dust,	  clouds,	  and	  trace	  gases	  – Limb	  and	  nadir	  	  Changing	  views	  of	  MarXan	  meteorology	Before	

AJer	

Planetary-­‐scale	  distribuXons	  of	  dust	  and	  other	  species	  are	  interpreted	  based	  on	  GCMs	

Dust	

Temperature	  	Transport	  processes	  are	  directly	  detected	  and	  combined	  with	  meteorological	  data	  (with	  the	  help	  of	  data	  assimilaXon)	  	  	Issues	  to	  be	  clariﬁed	• How	  eﬀec2ve	  the	  “weather	  satellite-­‐like”	  imaging	  observa2on	  is	  for	  beKer	  understanding	  Mar2an	  meteorology	  and	  material	  transport	  – Is	  horizontal	  mapping	  of	  dust	  very	  helpful	  for	  characterizing	  dust	  transport	  (and	  data	  assimilaXon)	  even	  if	  no	  informaXon	  on	  the	  verXcal	  distribuXon	  is	  available	  ?	  	  Detached	  dust	  layer	  now	  seems	  to	  be	  essenXal.	  
– Can	  regional/synopXc	  scale	  transport	  be	  really	  well	  understood	  even	  if	  no	  informaXon	  on	  near-­‐surface	  winds	  is	  available	  ?	  
– Is	  dust/cloud	  tracking	  eﬃcient	  also	  for	  Mars	  ?	  
– Is	  CO2	  column	  (surface	  pressure)	  measurement	  helpful	  even	  if	  high-­‐quality	  measurements	  are	  limited	  in	  Xme	  and	  space	  ?	  	  • Minimum	  set	  of	  instruments	  – VIS/IR	  camera	  if	  only	  2-­‐3	  kg	  is	  available	  ?	  
• Expected	  unresolved	  issues	  aNer	  TGO