NASAs nye Mars-rover vil bruge røntgenstråler til at jage fossiler

NASA's Mars 2020 Perseverance rover har en udfordrende vej forude:Efter at have skullet klare sig gennem den rystende indgang, nedstigning, og landingsfase af missionen den 18. februar, 2021, den vil begynde at lede efter spor af mikroskopisk liv fra milliarder af år tilbage. Det er derfor, det pakker PIXL, et præcisionsrøntgenapparat drevet af kunstig intelligens (AI).

Forkortelse for Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry, PIXL er et instrument i madkassestørrelse, der er placeret på enden af ​​Perseverances 7 fod lange (2 meter lange) robotarm. Roverens vigtigste prøver vil blive indsamlet med et borebor på enden af ​​armen, derefter gemt i metalrør, som Perseverance vil afsætte på overfladen for at vende tilbage til Jorden ved en fremtidig mission.

Næsten hver eneste mission, der med succes er landet på Mars, fra vikingelanderne til Curiosity-roveren, har inkluderet et røntgenfluorescensspektrometer af en art. En væsentlig måde, hvorpå PIXL adskiller sig fra sine forgængere, er i dens evne til at scanne rock ved hjælp af en kraftfuld, finfokuseret røntgenstråle for at opdage, hvor - og i hvilken mængde - kemikalier er fordelt over overfladen.

"PIXLs røntgenstråle er så smal, at den kan lokalisere træk så små som et saltkorn. Det giver os mulighed for meget nøjagtigt at binde kemikalier, vi opdager, til specifikke teksturer i en sten, " sagde Abigail Allwood, PIXLs hovedefterforsker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien.

Stenteksturer vil være et vigtigt fingerpeg, når man skal beslutte, hvilke prøver der er værd at vende tilbage til Jorden. På vores planet, markant skæve sten kaldet stromatolitter blev lavet af gamle lag af bakterier, og de er blot et eksempel på forstenet oldtidsliv, som videnskabsmænd vil lede efter.

En AI-drevet Natugle

For at hjælpe med at finde de bedste mål, PIXL er afhængig af mere end en præcisionsrøntgenstråle alene. Den har også brug for en hexapod - en enhed med seks mekaniske ben, der forbinder PIXL med robotarmen og styret af kunstig intelligens for at opnå det mest nøjagtige sigte. Efter at roverens arm er placeret tæt på en interessant sten, PIXL bruger et kamera og laser til at beregne afstanden. Så laver disse ben små bevægelser - i størrelsesordenen kun 100 mikron, eller cirka dobbelt så bred som et menneskehår – så enheden kan scanne målet, kortlægning af de kemikalier, der findes inden for et frimærkestørrelsesområde.

"Hexapoden finder selv ud af, hvordan man peger og strækker sine ben endnu tættere på et stenmål, " sagde Allwood. "Det er lidt ligesom en lille robot, der har gjort sig hjemme på enden af ​​roverens arm."

Derefter måler PIXL røntgenstråler i 10-sekunders udbrud fra et enkelt punkt på en sten, før instrumentet vipper 100 mikron og tager endnu en måling. For at fremstille et af disse kemiske kort i frimærkestørrelse, det kan være nødvendigt at gøre dette tusindvis af gange i løbet af så mange som otte eller ni timer.

Den tidsramme er til dels det, der gør PIXLs mikroskopiske justeringer så kritiske:Temperaturen på Mars ændrer sig med mere end 100 grader Fahrenheit (38 grader Celsius) i løbet af en dag, hvilket får metallet på Perseverances robotarm til at udvide sig og trække sig sammen med så meget som en halv tomme (13 millimeter). For at minimere de termiske sammentrækninger, som PIXL er nødt til at kæmpe med, instrumentet vil udføre sin videnskab efter solen går ned.

"PIXL er en natteravn, " sagde Allwood. "Temperaturen er mere stabil om natten, og det lader os også arbejde på et tidspunkt, hvor der er mindre aktivitet på roveren."

Røntgenbilleder til kunst og videnskab

Længe før røntgenfluorescens nåede til Mars, det blev brugt af geologer og metallurger til at identificere materialer. Det blev til sidst en standard museumsteknik til at opdage oprindelsen af ​​malerier eller opdage forfalskninger.

"Hvis du ved, at en kunstner typisk brugte en bestemt titaniumhvid med en unik kemisk signatur af tungmetaller, dette bevis kan hjælpe med at autentificere et maleri, " sagde Chris Heirwegh, en røntgenfluorescensekspert på PIXL-teamet på JPL. "Eller du kan afgøre, om en bestemt type maling stammer fra Italien i stedet for Frankrig, knytter det til en bestemt kunstnerisk gruppe fra tidsperioden."

For astrobiologer, Røntgenfluorescens er en måde at læse historier efterladt af den gamle fortid. Allwood brugte det til at fastslå, at stromatolitsten fundet i hendes hjemland Australien er nogle af de ældste mikrobielle fossiler på Jorden, går 3,5 milliarder år tilbage. Kortlægning af kemien i stenteksturer med PIXL vil give forskerne ledetråde til at fortolke, om en prøve kunne være en fossiliseret mikrobe.

Mere om missionen

A key objective for Perseverance's mission on Mars is astrobiology, including the search for signs of ancient microbial life. The rover will also characterize the planet's climate and geology, pave the way for human exploration of the Red Planet, and be the first planetary mission to collect and cache Martian rock and regolith (broken rock and dust). Efterfølgende missioner, currently under consideration by NASA in cooperation with the European Space Agency, would send spacecraft to Mars to collect these cached samples from the surface and return them to Earth for in-depth analysis.