Forskere demonstrerer hastighed, præcision af in situ planetarisk dating enhed

Forskere fra Southwest Research Institute har øget hastigheden og nøjagtigheden af ​​et instrument i laboratorieskala til bestemmelse af alderen på planetariske prøver på stedet. Holdet miniaturiserer gradvist kemien, Organics and Dating Experiment (CODEX) instrument for at nå en størrelse, der er egnet til rumflyvninger og landermissioner.

"In situ aldring er et vigtigt videnskabeligt mål identificeret af National Research Council's Decadal Survey for Mars and the Moon samt Lunar and Mars Exploration Program Analysis Groups, enheder, der er ansvarlige for at levere det videnskabelige input, der er nødvendigt for at planlægge og prioritere efterforskningsaktiviteter, " sagde SwRI Staff Scientist Dr. F. Scott Anderson, der leder CODEX-udviklingen. "At gøre dette på stedet i stedet for at prøve at returnere prøver tilbage til Jorden til evaluering kan løse store dilemmaer inden for planetarisk videnskab, tilbyder enorme omkostningsbesparelser og forbedrer mulighederne for eventuel returnering af prøver."

CODEX vil være lidt større end en mikrobølgeovn og omfatte syv lasere og et massespektrometer. In situ målinger vil behandle grundlæggende spørgsmål om solsystemets historie, som da Mars potentielt var beboelig. CODEX har en præcision på ±20-80 millioner år, betydeligt mere nøjagtige end datingmetoder, der i øjeblikket er i brug på Mars, som har en præcision på ± 350 millioner år.

"CODEX bruger en ablationslaser til at fordampe en række små stykker af stenprøver, såsom dem på overfladen af ​​Månen eller Mars, " sagde Anderson, som er hovedforfatter til et CODEX-papir udgivet i 2020. "Vi genkender nogle elementer direkte fra den dampfane, så vi ved, hvad en sten er lavet af. Derefter udvælger og kvantificerer de andre CODEX-lasere selektivt mængden af ​​spormængder af radioaktivt rubidium (Rb) og strontium (Sr). En isotop af Rb henfalder til Sr over kendte tidsrum, så ved at måle både Rb og Sr, vi kan bestemme, hvor lang tid der er gået siden klippen blev dannet."

Mens radioaktivitet er en standardteknik til at datere prøver på Jorden, få andre steder i solsystemet er blevet dateret på denne måde. I stedet, forskere har stort set begrænset kronologien af ​​det indre solsystem ved at tælle nedslagskratere på planetariske overflader.

"Idéen bag kraterdatering er enkel; jo flere kratere, jo ældre overflade, " siger Dr. Jonathan Levine, en fysiker ved Colgate University, som er en del af det SwRI-ledede team. "Det er lidt ligesom at sige, at en person bliver vådere, jo længere den har stået ude i regnen. Det er utvivlsomt rigtigt. Men som med den faldende regn, vi ved ikke rigtig, hvor hurtigt meteoritter er faldet ned fra himlen. Derfor er radioisotopdatering så vigtig. Radioaktivt henfald er et ur, der tikker med en kendt hastighed. Disse teknikker bestemmer nøjagtigt alderen på sten og mineraler, giver videnskabsmænd mulighed for at datere begivenheder som krystallisation, metamorfose og virkninger."

Den seneste iteration af CODEX er fem gange mere følsom end dens tidligere inkarnation. Denne præcision blev stort set opnået ved at ændre prøvens afstand fra instrumentet for at forbedre datakvaliteten. Instrumentet inkluderer også en ultrahurtig pulserende laser og forbedrede signal-til-støj-forhold for bedre at begrænse timingen af ​​begivenheder i solsystemets historie.

"Vi miniaturiserer CODEX-komponenterne til feltbrug på en landermission til Månen eller Mars, " sagde Anderson. "Det er en betydelig udfordring at udvikle kompakte lasere med pulsenergier, der kan sammenlignes med det, vi har brug for i øjeblikket. selvom fem ud af de syv er blevet miniaturiseret med succes. Disse lasere har en gentagelseshastighed på 10 kHz, hvilket vil gøre det muligt for instrumentet at indhente data 500 gange hurtigere end det nuværende tekniske design."

CODEX massespektrometer, strømforsyninger og timingelektronik er allerede små nok til rumflyvning. Instrumentkomponenter forbedres for at forbedre robustheden, termisk stabilitet, strålingsmodstand og energieffektivitet til at tåle opsendelse og udvidede autonome operationer i fremmede miljøer.

Målrettet mod flere fremtidige missioner, SwRI udvikler to versioner af instrumentet, CODEX, som er designet til Mars og kan måle organiske stoffer, og CDEX, som er designet til månen, og behøver ikke at måle organisk. NASA's Planetary Instrument Concepts for the Advancement of Solar System Observations (PICASSO) og Maturation of Instruments for Solar System Exploration (MatISSE) programmer finansierer instrumentudviklingen, med tidligere støtte til CODEX/CDEX fra Planetary Instrument Definition and Development Program (PIDDP).

Avisen med titlen "Dating en Mars-meteorit med 20 Ma præcision ved hjælp af en prototype In-Situ Dating Instrument" blev offentliggjort i Planet- og rumvidenskab den 15. juni, 2020.