Alt om laseren (og mikrofonen) på toppen af ​​Mars 2020, NASAs næste rover

NASA sender en ny laser-toting-robot til Mars. Men i modsætning til science fiction-laserne, denne bruges til at studere mineralogi og kemi fra op til omkring 20 fod (7 meter) væk. Det kan hjælpe forskere med at finde tegn på fossiliseret mikrobielt liv på den røde planet, også.

Et af syv instrumenter ombord på Mars 2020-roveren, der lanceres denne sommer, SuperCam blev bygget af et hold på hundredvis og pakker, hvad der typisk ville kræve adskillige betydelige stykker udstyr, i noget, der ikke er større end en kornkasse. Den affyrer en pulserende laserstråle ud af roverens mast, eller "hoved, "at fordampe små dele af sten på afstand, give oplysninger, der vil være afgørende for missionens succes.

Her er et nærmere kig på, hvad der gør instrumentet så specielt:

En fjern rækkevidde

Brug af en laserstråle vil hjælpe forskere med at identificere mineraler, der er uden for rækkevidde af roverens robotarm eller i områder, der er for stejle til, at roveren kan køre. Det vil også gøre det muligt for dem at analysere et mål, før de beslutter sig for, om de skal guide roveren dertil for yderligere analyse. Af særlig interesse:mineraler, der dannes i nærværelse af flydende vand, som ler, karbonater og sulfater. Flydende vand er afgørende for eksistensen af ​​liv, som vi kender det, herunder mikrober, som kunne have overlevet på Mars for milliarder af år siden.

Forskere kan også bruge oplysningerne fra SuperCam til at hjælpe med at beslutte, om de vil fange klippekerner til roverens prøve-cachesystem. Mars 2020 vil indsamle disse kerneprøver i metalrør, til sidst at deponere dem på et forudbestemt sted til en fremtidig mission for at hente og bringe tilbage til Jorden.

Laser fokus

SuperCam er i bund og grund en næste generations version af Curiosity roverens ChemCam. Ligesom sin forgænger, SuperCam kan bruge en infrarød laserstråle til at opvarme det materiale, det støder på, til omkring 18, 000 grader Fahrenheit (10, 000 grader Celsius) - en metode kaldet laserinduceret nedbrydningsspektroskopi, eller LIBS - og fordamper det. Et specielt kamera kan derefter bestemme den kemiske sammensætning af disse sten ud fra det plasma, der skabes.

Ligesom ChemCam, SuperCam vil bruge kunstig intelligens til at opsøge klippemål, der er værd at zappe under og efter kørsel, når mennesker er ude af løkken. Ud over, denne opgraderede A.I. lader SuperCam pege meget præcist på små klippetræk.

En anden ny funktion i SuperCam er en grøn laser, der kan bestemme den molekylære sammensætning af overfladematerialer. Denne grønne stråle exciterer de kemiske bindinger i en prøve og producerer et signal afhængigt af hvilke elementer der er bundet sammen - en teknik kaldet Raman-spektroskopi. SuperCam bruger også den grønne laser til at få nogle mineraler og kulstofbaserede kemikalier til at udsende lys, eller fluorescere.

Mineraler og organiske kemikalier fluorescerer i forskellige hastigheder, så SuperCams lyssensor har en lukker, der kan lukke så hurtigt som 100 nanosekunder ad gangen - så hurtigt, at meget få fotoner af lys vil trænge ind i den. Ændring af lukkerhastigheden (en teknik kaldet tidsopløst luminescensspektroskopi) vil gøre det muligt for forskere bedre at bestemme de tilstedeværende forbindelser.

I øvrigt, SuperCam kan bruge synligt og infrarødt (VISIR) lys reflekteret fra Solen til at studere mineralindholdet i sten og sedimenter. Denne VISIR-teknik supplerer Raman-spektroskopien; hver teknik er følsom over for forskellige typer mineraler.

Laser med mikrofontjek

SuperCam inkluderer en mikrofon, så videnskabsmænd kan lytte, hver gang laseren rammer et mål. Den knaldende lyd, der skabes af laseren, ændrer sig subtilt afhængigt af en stens materialeegenskaber.

"Mikrofonen tjener et praktisk formål ved at fortælle os noget om vores klippemål på afstand. Men vi kan også bruge den til direkte at optage lyden af ​​Mars-landskabet eller roverens mast, der drejer, " sagde Sylvestre Maurice fra Institut for Forskning i Astrofysik og Planetarisk Videnskab i Toulouse, Frankrig.

Mars 2020-roveren markerer tredje gang, at dette særlige mikrofondesign går til den røde planet, sagde Maurice. I slutningen af ​​1990'erne, det samme design kørte ombord på Mars Polar Lander, som styrtede ned på overfladen. I 2008, Phoenix-missionen oplevede elektronikproblemer, der forhindrede mikrofonen i at blive brugt.

I tilfældet Mars 2020, SuperCam har ikke den eneste mikrofon ombord på roveren:en indgang, nedstignings- og landingsmikrofon vil fange alle lydene fra den bilstore rover, der er på vej op til overfladen. Det vil tilføje lyd til fuldfarvevideo optaget af roverens kameraer, at fange en Mars-landing som aldrig før.

Samarbejde

SuperCam ledes af Los Alamos National Laboratory i New Mexico, hvor instrumentets Body Unit blev udviklet. Den del af instrumentet indeholder flere spektrometre, styreelektronik og software.

Mastenheden blev udviklet og bygget af flere laboratorier fra CNRS (fransk forskningscenter) og franske universiteter under ordregivende myndighed af CNES (fransk rumagentur). Kalibreringsmål på roverdækket leveres af Spaniens universitet i Valladolid.

JPL bygger og vil styre driften af ​​Mars 2020-roveren for NASA Science Mission Directorate ved agenturets hovedkvarter i Washington.