NASA's Mars 2020 Perseverance-rover heeft een uitdagende weg voor de boeg:nadat hij door de schrijnende toegang is gekomen, herkomst, en landingsfase van de missie op 18 februari, 2021, het zal beginnen te zoeken naar sporen van microscopisch leven van miljarden jaren terug. Daarom verpakt het PIXL, een precisie-röntgenapparaat aangedreven door kunstmatige intelligentie (AI).

Afkorting van planetair instrument voor röntgenlithochemie, PIXL is een instrument ter grootte van een lunchtrommel dat zich aan het uiteinde van de 2 meter lange robotarm van Perseverance bevindt. De belangrijkste monsters van de rover worden verzameld door een kernboor aan het uiteinde van de arm, vervolgens opgeborgen in metalen buizen die Perseverance op het oppervlak zal deponeren voor terugkeer naar de aarde door een toekomstige missie.

Bijna elke missie die met succes op Mars is geland, van de Viking-landers tot de Curiosity-rover, heeft een of andere röntgenfluorescentiespectrometer opgenomen. Een belangrijke manier waarop PIXL verschilt van zijn voorgangers is het vermogen om rotsen te scannen met een krachtige, fijn gefocuste röntgenstraal om te ontdekken waar - en in welke hoeveelheid - chemicaliën over het oppervlak worden verdeeld.

"De röntgenstraal van Pixl is zo smal dat het functies zo klein als een zoutkorrel kan lokaliseren. Dat stelt ons in staat om chemicaliën die we detecteren zeer nauwkeurig te koppelen aan specifieke texturen in een rots, " zei Abigail Allwood, PIXL's hoofdonderzoeker bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië.

Rotstexturen zullen een essentiële aanwijzing zijn bij het beslissen welke monsters het waard zijn om naar de aarde terug te keren. Op onze planeet, duidelijk kromgetrokken rotsen, stromatolieten genaamd, werden gemaakt van oude bacterielagen, en ze zijn slechts één voorbeeld van gefossiliseerd oud leven waar wetenschappers naar zullen zoeken.

Een AI-aangedreven nachtuil

Om de beste doelen te vinden, PIXL vertrouwt op meer dan alleen een nauwkeurige röntgenstraal. Het heeft ook een hexapod nodig - een apparaat met zes mechanische poten die PIXL verbinden met de robotarm en geleid door kunstmatige intelligentie om het meest nauwkeurige doel te krijgen. Nadat de arm van de rover dicht bij een interessante rots is geplaatst, PIXL gebruikt een camera en laser om de afstand te berekenen. Dan maken die benen kleine bewegingen - in de orde van slechts 100 micron, of ongeveer twee keer de breedte van een mensenhaar, zodat het apparaat het doel kan scannen, het in kaart brengen van de chemicaliën die worden aangetroffen in een gebied ter grootte van een postzegel.

"De hexapod bedenkt zelf hoe hij moet wijzen en zijn poten nog dichter naar een rotsdoel moet uitstrekken, ' zei Allwood. 'Het is net een kleine robot die zich thuis heeft gevoeld aan het uiteinde van de arm van de rover.'

Vervolgens meet PIXL röntgenstralen in bursts van 10 seconden vanaf een enkel punt op een rots voordat het instrument 100 micron kantelt en een nieuwe meting uitvoert. Om een ​​van die chemische kaarten op postzegelformaat te maken, het kan nodig zijn om dit duizenden keren te doen in de loop van maar liefst acht of negen uur.

Dat tijdsbestek is gedeeltelijk wat de microscopische aanpassingen van PIXL zo kritisch maakt:de temperatuur op Mars verandert in de loop van een dag met meer dan 100 graden Fahrenheit (38 graden Celsius), waardoor het metaal op de robotarm van Perseverance uitzet en samentrekt met maar liefst 13 millimeter. Om de thermische contracties te minimaliseren waar PIXL mee te maken heeft, het instrument zal zijn wetenschap uitvoeren nadat de zon ondergaat.

"PIXL is een nachtbraker, " zei Allwood. "De temperatuur is 's nachts stabieler, en dat laat ons ook werken in een tijd dat er minder activiteit op de rover is."

Röntgenstralen voor kunst en wetenschap

Lang voordat röntgenfluorescentie op Mars kwam, het werd gebruikt door geologen en metallurgen om materialen te identificeren. Het werd uiteindelijk een standaard museumtechniek om de oorsprong van schilderijen te ontdekken of vervalsingen op te sporen.

"Als je weet dat een kunstenaar typisch een bepaald titaanwit gebruikte met een unieke chemische handtekening van zware metalen, dit bewijs kan helpen bij de authenticatie van een schilderij, " zei Chris Heirwegh, een röntgenfluorescentie-expert in het PIXL-team bij JPL. "Of je kunt bepalen of een bepaald soort verf afkomstig is uit Italië in plaats van Frankrijk, koppelen aan een specifieke artistieke groep uit de periode."

Voor astrobiologen, Röntgenfluorescentie is een manier om verhalen uit het verre verleden te lezen. Allwood used it to determine that stromatolite rocks found in her native country of Australia are some of the oldest microbial fossils on Earth, dating back 3.5 billion years. Mapping out the chemistry in rock textures with PIXL will offer scientists clues to interpret whether a sample could be a fossilized microbe.

More About the Mission

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). Volgende missies, 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.