Planetaire wetenschappers van Brown University hebben een nieuwe teledetectiemethode ontwikkeld voor het bestuderen van olivijn, een mineraal dat wetenschappers zou kunnen helpen de vroege evolutie van de maan te begrijpen, Mars en andere planetaire lichamen.

"Olivine wordt beschouwd als een belangrijk onderdeel in het binnenste van rotsachtige planeten, " zei Christoffel Kremer, een doctoraat kandidaat aan de Brown University en hoofdauteur van een nieuw artikel waarin het werk wordt beschreven. "Het is een hoofdbestanddeel van de aardmantel, en het is gedetecteerd op het oppervlak van de maan en Mars in vulkanische afzettingen of in inslagkraters die materiaal van de ondergrond naar boven halen."

De huidige teledetectietechnieken zijn goed in het spotten van olivijn vanuit een baan, Kremer zegt, maar wetenschappers willen meer doen dan het alleen spotten. Ze zouden graag meer willen weten over de chemische samenstelling ervan. Alle olivijnen hebben silicium en zuurstof, maar sommige zijn rijk aan ijzer, terwijl andere veel magnesium bevatten.

"De samenstelling zegt iets over de omgeving waarin de mineralen gevormd zijn, vooral de temperatuur, Kremer zei. "Hogere temperaturen tijdens de vorming leveren meer magnesium op, terwijl lagere temperaturen meer ijzer opleveren. In staat zijn om die composities te ontrafelen, zou ons iets kunnen vertellen over hoe het interieur van deze planetaire lichamen is geëvolueerd sinds hun vorming."

Om erachter te komen of er een manier is om die compositie te zien met teledetectie, Kremer werkte samen met Brown-hoogleraren Carlé Pieters en Jack Mustard, evenals bergen gegevens van het Keck/NASA Reflectance Experiment Laboratory (RELAB), die is gehuisvest in Brown.

Een methode die onderzoekers gebruiken om rotsen op andere planetaire lichamen te bestuderen, is spectroscopie. Bepaalde elementen of verbindingen reflecteren of absorberen verschillende golflengten van licht in verschillende mate. Door naar de lichtspectra te kijken die een gesteente weerkaatst, wetenschappers kunnen een idee krijgen van welke verbindingen aanwezig zijn. RELAB doet zeer nauwkeurige spectrale metingen van monsters waarvan de samenstelling al is bepaald met behulp van andere laboratoriumtechnieken. Door dat te doen, het laboratorium biedt een grondwaarheid voor het interpreteren van spectrale metingen die zijn uitgevoerd door ruimtevaartuigen die naar andere planetaire lichamen kijken.

Bij het doorbladeren van gegevens van olivijnmonsters die door de jaren heen bij RELAB zijn onderzocht, Kremer vond iets interessants verstopt in een kleine strook van golflengten die over het hoofd wordt gezien door de soorten spectroscopen die op orbitale ruimtevaartuigen vliegen.

"In de laatste paar decennia, er is veel belangstelling voor nabij-infraroodspectroscopie en midden-infraroodspectroscopie, "Zei Kremer. "Maar er is een klein bereik van golflengten tussen die twee die is weggelaten, en dat zijn de golflengten waar ik naar keek."

Kremer ontdekte dat die golflengten, een band tussen 4 en 8 micron, kon de hoeveelheid magnesium of ijzer in een olivijnmonster tot op ongeveer 10% van de werkelijke inhoud voorspellen. Dat is veel beter dan wanneer die golflengten worden genegeerd.

"Met de instrumenten die we nu hebben, we zouden kunnen zeggen dat we misschien een beetje van dit of een beetje van dat hebben, "Zei Mustard. "Maar hiermee kunnen we er echt een cijfer op plakken, dat is een grote stap voorwaarts."

De onderzoekers hopen dat deze studie, die is gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven , zou de aanzet kunnen geven tot het bouwen en vliegen van een spectrometer die deze voorheen over het hoofd geziene golflengten vastlegt. Zo'n instrument zou onmiddellijk voordeel kunnen opleveren bij het begrijpen van de aard van olivijnafzettingen op het oppervlak van de maan, zegt Kremer.

"De olivijnmonsters die tijdens het Apollo-programma zijn meegebracht en die we hier op aarde hebben kunnen bestuderen, variëren sterk in magnesiumsamenstelling, "Zei Kremer. "Maar we weten niet hoe die verschillende samenstellingen op de maan zelf zijn verdeeld, omdat we die composities niet spectroscopisch kunnen zien. Dat is waar deze nieuwe techniek om de hoek komt kijken. Als we een patroon zouden kunnen vinden voor hoe die afzettingen worden verdeeld, het zou ons iets kunnen vertellen over de vroege evolutie van de maan."

Er is ook potentieel voor andere ontdekkingen. De op een vliegtuig gebaseerde SOFIA-telescoop is een van de weinige niet-labinstrumenten die in dit vergeten frequentiebereik kan kijken. De recente detectie van watermoleculen door het instrument in zonovergoten maanoppervlakken maakte gebruik van die frequenties.

"Dat maakt het idee van spectrometers in de ruimte die dit bereik kunnen zien veel aantrekkelijker, zowel voor water als voor rotsachtig materiaal zoals olivijn, ' zei Kremer.