På den rostfärgade norra flanken av en av jordens största vulkaner, ett instrument i ryggsäcksstorlek övervakar vår atmosfär och, på samma gång, hjälper till att skapa förutsättningar för möjlig mänsklig utforskning av andra världar.

Designad och byggd vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, instrumentet spårar nivåer av metan och koldioxid, två gaser som är avgörande för att studera kemin i jordens atmosfär. Bärbar och nästan fristående, enheten skulle kunna representera starten på ett billigt globalt nätverk för att tillhandahålla atmosfärisk övervakning även på svåråtkomliga platser.

Nyligen, ett Goddard-team använde instrumentet för fälttester högt på Mauna Loa, i en avlägsen region anses vara en analog plats för Mars. Där, instrumentet underhålls av besättningen som bor i livsmiljön känd som HI-SEAS – en förkortning för Hawai'i Space Exploration Analog and Simulation, ett NASA-finansierat projekt som drivs av University of Hawai'i i Manoa för att hjälpa till att förbereda för möjligheten av långvariga uppdrag på andra planeters eller månars yta.

"Samarbetet med HI-SEAS ger oss en unik möjlighet att testa vårt instruments prestanda och, på samma gång, att hjälpa till att träna teamet att underhålla och använda utrustning under utmanande förhållanden som liknar dem som upptäcktsresande skulle möta, " sa Goddard-forskaren Emily Wilson, som utvecklade instrumentet.

Kallas den miniatyriserade laser heterodyne radiometern, eller mini-LHR, instrumentet mäter den totala mängden metan och koldioxid i atmosfärskolonnen, som i huvudsak är en rak linje från marken till toppen av atmosfären. Systemet är passivt, samlar bara solljus, och ingenting lämnar enheten – inte ens ströljus. Instrumentet har så låga känsligheter som 1 miljondel för koldioxid och 10 miljondelar för metan.

Inuti enheten, solljuset blandas med en laserstråle i en teknik som liknar hur en FM-radiomottagare fungerar. Istället för en antenn, instrumentet är utrustat med ett teleskop. För att öka dess känslighet för svaga signaler, mini-LHR bär en liten infraröd laser, som de som används inom telekommunikation.

Atmosfäriska gaser identifieras genom absorption av ljus vid särskilda infraröda våglängder; mönstret för varje gas är lika unikt som ett fingeravtryck. Just nu, instrumentet övervakar koldioxid och metan, men det kan ställas in för att spåra kolmonoxid och vattenånga, också.

Goddards Jacob Bleacher, en planetgeolog som samarbetar med Wilson, föreställer sig en tid då instrument som detta kan användas på ytan av en annan värld.

"Vi förutser ett behov av instrumentpaket utformade för miljöövervakning vid och runt mänskliga landningsplatser på Mars eller andra planetytor, " sa Bleacher. "För att bevara vår förmåga att bedriva forskning på dessa platser, vi kommer att behöva fastställa hur miljön var innan människans ankomst och att övervaka den hela tiden människor är närvarande."

Wilson samarbetade med Bleacher för att utveckla ett protokoll för att träna HI-SEAS-besättningen att använda mini-LHR. Bleacher kommer också att genomföra uppföljningsstudier för att bedöma effektiviteten av HI-SEAS-träningen.

Den utmanande delen av träningen var att Wilsons team inte kunde träffa eller prata med HI-SEAS besättning personligen. Det beror på att det åtta månader långa habitatuppdraget kräver att besättningen lever den typ av instängd, regementerad livsstil som framtida Mars-astronauter kan uppleva. De utför vetenskaplig forskning och geologiskt fältarbete samtidigt som de noggrant hanterar sin konsumtion av mat, vatten och kraft. Teamet på sex personer äter, sover och arbetar i en kupol som har cirka 1, 200 kvadratfot golvyta - ungefär motsvarande en lägenhet med två sovrum.

Teamet sköter all kommunikation antingen via e-post, med meddelanden försenade med 20 minuter för att simulera restiden mellan jorden och Mars, eller via en videolänk som liknar den som används för den internationella rymdstationen. Närhelst besättningen lämnar livsmiljön, de bär helkroppsdräkter, inklusive hjälmar och handskar.

Beslutet att inte utbilda HI-SEAS-teamet att använda mini-LHR innan deras uppdrag började var avsiktligt.

"Långvariga mänskliga vistelser på Mars kommer sannolikt att innebära situationer där besättningen skulle vilja använda den hårdvara som är tillgänglig för dem på nya sätt eller för nya ändamål, sa Bryan Caldwell, HI-SEAS projektledare. "Ytterligare utbildning skulle behöva göras på distans i en sådan situation."

Minst en gång i veckan nu, teammedlemmar tar på sig och vandra en kvartsmil över en stenbeströdd vidd av stelnad lava för att kolla på Wilsons instrument och ladda ner data till ett minne. För att göra det möjligt att göra det med skrymmande handskar, A. J. DiGregorio, en medlem av Wilsons team, utrustad enheten med en pekskärm och penna, liknande signaturblocken som används i kassaköerna i butiker.

Efter EVA, eller extravehikulär aktivitet, är klart, teammedlemmarna återvänder till livsmiljön och laddar upp data för att dela med Wilsons team. Än så länge, Wilson är nöjd med uppgifterna hon har sett, och snart kommer hon att börja jämföra avläsningarna med andra datauppsättningar, som de koldioxidmätningar som har gjorts på Mauna Loa sedan 1958.

Sålänge, Wilsons team fortsätter att fokusera på att miniatyrisera mini-LHR:s komponenter. Hennes mål är att distribuera ett nätverk av instrument, först på jorden och senare, väl, inte ens himlen är gränsen.