Wetenschappers van het Southwest Research Institute hebben de snelheid en nauwkeurigheid verhoogd van een instrument op laboratoriumschaal voor het bepalen van de leeftijd van planetaire specimens ter plaatse. Het team miniaturiseert geleidelijk de scheikunde, Organics and Dating Experiment (CODEX) instrument om een ​​grootte te bereiken die geschikt is voor ruimtevluchten en landermissies.

"In situ veroudering is een belangrijk wetenschappelijk doel geïdentificeerd door de National Research Council's Decadal Survey for Mars and the Moon, evenals de Lunar and Mars Exploration Program Analysis Groups, entiteiten die verantwoordelijk zijn voor het leveren van de wetenschappelijke input die nodig is voor het plannen en prioriteren van exploratieactiviteiten, " zei SwRI-stafwetenschapper Dr. F. Scott Anderson, die de CODEX-ontwikkeling leidt. "Dit ter plaatse doen in plaats van te proberen monsters terug te sturen naar de aarde voor evaluatie, kan grote dilemma's in de planetaire wetenschap oplossen, biedt enorme kostenbesparingen en vergroot de mogelijkheden voor eventuele monsterretour."

CODEX zal iets groter zijn dan een magnetron en zeven lasers en een massaspectrometer bevatten. In situ-metingen zullen fundamentele vragen over de geschiedenis van het zonnestelsel beantwoorden, zoals toen Mars potentieel bewoonbaar was. CODEX heeft een nauwkeurigheid van ±20-80 miljoen jaar, aanzienlijk nauwkeuriger dan dateringsmethoden die momenteel op Mars worden gebruikt, die een nauwkeurigheid hebben van ± 350 miljoen jaar.

"CODEX gebruikt een ablatielaser om een ​​reeks kleine stukjes van gesteentemonsters te verdampen, zoals die op het oppervlak van de maan of Mars, " zei Anderson, die de hoofdauteur is van een CODEX-paper gepubliceerd in 2020. "We herkennen enkele elementen rechtstreeks van die damppluim, dus we weten waar een steen van gemaakt is. Vervolgens selecteren en kwantificeren de andere CODEX-lasers selectief de overvloed aan sporen van radioactief rubidium (Rb) en strontium (Sr). Een isotoop van Rb vervalt in Sr over bekende hoeveelheden tijd, dus door zowel Rb als Sr te meten, we kunnen bepalen hoeveel tijd er is verstreken sinds de rots gevormd is."

Hoewel radioactiviteit een standaardtechniek is om monsters op aarde te dateren, weinig andere plaatsen in het zonnestelsel zijn op deze manier gedateerd. In plaats daarvan, wetenschappers hebben de chronologie van het binnenste zonnestelsel grotendeels beperkt door inslagkraters op planetaire oppervlakken te tellen.

"Het idee achter kraterdatering is eenvoudig; hoe meer kraters, hoe ouder het oppervlak, " zegt dr. Jonathan Levine, een natuurkundige aan de Colgate University, die deel uitmaakt van het door SwRI geleide team. "Het is een beetje alsof je zegt dat iemand natter wordt naarmate hij langer in de regen staat. Het is ongetwijfeld waar. Maar net als bij de vallende regen, we weten niet echt de snelheid waarmee meteorieten uit de lucht zijn gevallen. Daarom is radio-isotopendatering zo belangrijk. Radioactief verval is een klok die met een bekende snelheid tikt. Deze technieken bepalen nauwkeurig de ouderdom van gesteenten en mineralen, waardoor wetenschappers gebeurtenissen zoals kristallisatie, metamorfose en effecten."

De nieuwste versie van CODEX is vijf keer gevoeliger dan zijn vorige versie. Deze precisie werd grotendeels bereikt door de afstand van het monster tot het instrument aan te passen om de gegevenskwaliteit te verbeteren. Het instrument bevat ook een ultrasnelle gepulseerde laser en verbeterde signaal-ruisverhoudingen om de timing van gebeurtenissen in de geschiedenis van het zonnestelsel beter te beperken.

"We miniaturiseren de CODEX-componenten voor gebruik in het veld op een landermissie naar de maan of Mars, Anderson zei. "Het ontwikkelen van compacte lasers met pulsenergieën die vergelijkbaar zijn met wat we momenteel nodig hebben, is een aanzienlijke uitdaging, hoewel vijf van de zeven met succes zijn verkleind. Deze lasers hebben een herhalingssnelheid van 10 kHz, waardoor het instrument 500 keer sneller gegevens kan verzamelen dan het huidige technische ontwerp."

De CODEX-massaspectrometer, voedingen en timing-elektronica zijn al klein genoeg voor ruimtevluchten. Instrumentcomponenten worden verbeterd om de robuustheid te verbeteren, thermische stabiliteit, stralingsweerstand en energie-efficiëntie om lancering en uitgebreide autonome operaties in buitenaardse omgevingen te doorstaan.

Gericht op verschillende toekomstige missies, SwRI ontwikkelt twee versies van het instrument, CODEX, die is ontworpen voor Mars en organische stoffen kan meten, en CDEX, die is ontworpen voor de maan, en hoeft geen organische stoffen te meten. NASA's Planetary Instrument Concepts for the Advancement of Solar System Observations (PICASSO) en de Maturation of Instruments for Solar System Exploration (MatISSE) programma's financieren de instrumentontwikkeling, met eerdere ondersteuning voor CODEX/CDEX van het Planetary Instrument Definition and Development Program (PIDDP).

Het artikel getiteld "Dating a Martian Meteorite with 20 Ma Precision Using a Prototype In-Situ Dating Instrument" werd gepubliceerd in Planetaire en ruimtewetenschap op 15 juni, 2020.