Ny fjernmålingsteknik kunne bringe vigtige planetariske mineraler i fokus

Planetforskere fra Brown University har udviklet en ny fjernmålingsmetode til at studere olivin, et mineral, der kunne hjælpe videnskabsmænd med at forstå Månens tidlige udvikling, Mars og andre planetariske legemer.

"Olivin menes at være en vigtig komponent i det indre af klippeplaneter, sagde Christopher Kremer, en ph.d. kandidat ved Brown University og hovedforfatter på et nyt papir, der beskriver arbejdet. "Det er en primær bestanddel af Jordens kappe, og det er blevet opdaget på Månens og Mars overflader i vulkanske aflejringer eller i nedslagskratere, der bringer materiale op fra undergrunden."

Nuværende fjernmålingsteknikker er gode til at spotte olivin fra kredsløb, Kremer siger:men videnskabsmænd vil gerne gøre mere end blot at få øje på det. De vil gerne være i stand til at lære mere om dens kemiske sammensætning. Alle oliviner har silicium og ilt, men nogle er rige på jern, mens andre har masser af magnesium.

"Sammensætningen fortæller os noget om det miljø, hvori mineralerne er dannet, især temperaturen, " sagde Kremer. "Højere temperaturer under dannelsen giver mere magnesium, mens lavere temperaturer giver mere jern. At være i stand til at drille disse kompositioner kunne fortælle os noget om, hvordan det indre af disse planetariske kroppe har udviklet sig siden deres dannelse."

For at finde ud af, om der kan være en måde at se den komposition ved hjælp af fjernmåling, Kremer arbejdede med de brune professorer Carlé Pieters og Jack Mustard, samt bjerge af data fra Keck/NASA Reflectance Experiment Laboratory (RELAB), som har til huse ved Brown.

En metode, forskere bruger til at studere klipper på andre planetariske legemer, er spektroskopi. Særlige elementer eller forbindelser reflekterer eller absorberer forskellige bølgelængder af lys i forskellige grader. Ved at se på lysspektrene reflekterer en sten, forskere kan få en idé om, hvilke forbindelser der er til stede. RELAB laver spektrale målinger med høj præcision af prøver, for hvilke sammensætningen allerede er bestemt ved hjælp af andre laboratorieteknikker. Ved at gøre det, laboratoriet giver en grundlæggende sandhed til fortolkning af spektrale målinger taget af rumfartøjer, der ser på andre planetariske legemer.

Ved at gennemsøge data fra olivinprøver undersøgt gennem årene hos RELAB, Kremer fandt noget interessant, der gemmer sig i et lille skår af bølgelængder, der er overset af den slags spektroskoper, der flyver på orbitale rumfartøjer.

"I løbet af de sidste par årtier, der har været stor interesse for nær infrarød spektroskopi og mellem infrarød spektroskopi, " sagde Kremer. "Men der er et lille interval af bølgelængder mellem de to, der er udeladt, og det er de bølgelængder, jeg så på."

Kremer fandt ud af, at disse bølgelængder, et bånd mellem 4 og 8 mikron, kunne forudsige mængden af ​​magnesium eller jern i en olivinprøve inden for omkring 10 % af det faktiske indhold. Det er langt bedre, end det kan lade sig gøre, når disse bølgelængder ignoreres.

"Med de instrumenter, vi har nu, vi kunne sige, at vi måske har en lille smule af dette eller lidt af det, "Sennep sagde. "Men med dette er vi i stand til virkelig at sætte et tal på det, hvilket er et stort skridt fremad."

Forskerne håber, at denne undersøgelse, som er udgivet i Geofysiske forskningsbreve , kan give impulsen til at bygge og flyve et spektrometer, der fanger disse tidligere oversete bølgelængder. Et sådant instrument kunne give øjeblikkelig udbytte ved at forstå arten af ​​olivinaflejringer på Månens overflade, siger Kremer.

"Olivinprøverne bragt tilbage under Apollo-programmet, som vi har været i stand til at studere her på Jorden, varierer meget i magnesiumsammensætning, " sagde Kremer. "Men vi ved ikke, hvordan de forskellige sammensætninger er fordelt på selve månen, fordi vi ikke kan se de sammensætninger spektroskopisk. Det er her, denne nye teknik kommer ind. Hvis vi kunne finde ud af et mønster for, hvordan de indskud er fordelt, det kunne fortælle os noget om Månens tidlige udvikling."

Der er også potentiale for andre opdagelser. Det fly-baserede SOFIA-teleskop er et af de få ikke-lab-instrumenter, der kan se i dette glemte frekvensområde. Instrumentets nylige påvisning af vandmolekyler i solbeskinnede månens overflader gjorde brug af disse frekvenser.

"Det gør ideen om rumbårne spektrometre, der kan se dette område, meget mere attraktiv, både for vand og for stenet materiale som olivin, sagde Kremer.