Röntgensugarakkal keresi az élet jeleit a NASA marsjárója

A NASA Mars 2020 Perseverance rovere előtt komoly feladat áll: át kell vészelnie a marsi légkörbe való belépést, majd 2021. február 18-án landol a vörös bolygón; ezután egy precíziós röntgenberendezéssel az élet mikroszkopikus jeleinek keresésére indul. A röntgensugarakat alkalmazó műszer (PIXL) MI technológiával működik – derül ki a NASA egyik legutóbbi blogbejegyzéséből.

A járművön elhelyezett röntgenkészülék neve PIXL, ami a „Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry” (planetáris litokémiai röntgeneszköz) rövidítése. A NASA blogbejegyzése szerint egy éthordó méretű PIXL műszert helyeznek a Perseverance két méter hosszú robotkarjának végére. A mintákat a karon lévő magfúró segítségével gyűjti össze az eszköz, majd fémcsövekbe teszi ezeket. A fémcsövek a Mars felszínén maradnak, és egy következő expedíció fogja majd a Földre szállítani őket.

PIXL – a röntgensugaras kutatás hatékony eszköze

Szinte minden olyan küldetés során, amikor sikeres leszállást hajtottak végre a Marson – a Vikingtől a Curiosity roverig – a marsjárók röntgen fluoreszcencia spektrométerrel érkeztek a vörös bolygó felszínére. A PIXL hatékonyabb a korábbi röntgensugaras vizsgálóegységeknél – például erőteljes, speciálisan fókuszált röntgensugárral képes „beolvasni” a kőzeteket, hogy megtudja, hol milyen kémiai anyagok találhatók a marsi felszínen. Az adatgyűjtés során feljegyzést készít a mennyiségekről is.

„A PIXL röntgensugara annyira keskeny, hogy még az olyan apró egységek tulajdonságait is meg tudja határozni, mint egy szem só. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy összekössük az észlelt vegyi anyagokat a sziklákon látható konkrét textúrákkal” – mondta a PIXL vezető kutatója, Abigail Allwood, a NASA dél-kaliforniai laboratóriumának Jet Propulsio részlegéről, a NASA blogbejegyzésében.

A kőzetek textúrájának elemzése kritikus fontosságú annak eldöntéséhez, hogy mely mintákat juttassák el a Földre. Bolygónkon találhatóak olyan, a többi kőzettől gyökeresen eltérő, egyedi mintázatú kövek – a sztromatolitok – melyek rétegeit baktériumok alakították ki. A marsjáró többek között ilyen jelek után kutat, de ez csak egy példa a sok közül.

Az MI-vel kombinált mechanika ereje

A célterület pontos meghatározásához a PIXL nemcsak a precíziós röntgensugarat használja, hanem az alapját képező hexapod – egy olyan eszköz, amely hat mechanikus lábbal rendelkezik – is segíti, ez összekapcsolja a PIXL-t a robotkarral. A szerkezetek működésének összehangolásához szükség volt egy MI vezérlőegységre is, amelynek  köszönhetően az eszköz magas precizitású vizsgálatokra képes.

Miután a rover karja elég közel kerül egy figyelemre méltó sziklához, a PIXL a legmodernebb lézerrel és kamerával számítja ki a távolságot, majd ezután a hat láb lassú, pontos mozgással – akár 100 mikron pontossággal (ami mindössze kétszer akkora táv, mint egy emberi hajszál vastagsága) – megáll a vizsgálandó terület előtt, hogy elemezze a rajta található kémiai anyagokat, egy postabélyegnyi területen.

„A hexapod önállóan ’találja ki’, hogyan kerülhet még közelebb a célpontjához” – írja Allwood a blogbejegyzésben. „Olyan, mintha egy külön robot költözött volna a rover robotkarjára.”

Ezt követően a PIXL rövid, 10 másodperces nyalábokkal méri a röntgensugarak visszaverődését a szikla egyetlen pontjáról, mielőtt 100 mikronnyit továbbhaladna. Az ilyen precíz munkához sok idő kell, a postabélyeg méretű „vegyianyag-térképek” egyetlen példányának előállításához az eszköznek több ezer alkalommal meg kell ismételnie ezt a folyamatot – ez nyolc vagy kilenc órát is igénybe vehet.

Ez a lassúság az egyik oka annak, hogy a PIXL önálló beállítási képességei döntő fontosságúak: a Mars felületi hőmérséklete több mint 38 Celsius fokot változik egy nap alatt, ami a Perseverance robotkarján lévő fém összehúzódását okozza, akár 13 milliméter különbséggel.

Az összehúzódások és tágulások hatásainak minimalizálása érdekében a műszer a Nap lenyugvása után tudományos munkát végez. „A PIXL egy éjszakai bagoly” – mondta Allwood. „A hőmérséklet stabilabb éjszaka, és ez lehetővé teszi számunkra, hogy olyan időben is dolgozzunk, amikor kevesebb az aktivitás a roveren.”

A röntgensugár alkalmazása a művészetben és tudományban

Már jóval azelőtt, hogy a röntgenfluoreszcencia a Marsra került volna, bevett vizsgálati eszköz volt a geológusok és kohászok körében. Manapság pedig alapvető múzeumi technika a festmények eredetének kiderítésében és a hamisítványok felismerésében.

„Ha tudod, hogy egy művész egy bizonyos titánium fehéret használt, amelynek egyedülálló kémiai összetétele van, az segíthet egy festmény hitelesítésében” – nyilatkozta Chris Heirwegh, a JPL (Jet Propulsion Laboratory) PIXL csapatának röntgenfluoreszcencia szakértője. „De azt is képesek vagyunk meghatározni ezzel az eszközzel, hogy egy adott festékfajta Olaszországból származik-e, nem pedig mondjuk Franciaországból, és összekapcsolhatjuk az adott időszak egy meghatározott művészi csoportjával.”

Az asztrobiológusok számára a röntgenfluoreszcencia az ősi múlt által hagyott nyomok olvasását teszi lehetővé. Allwood annak megállapítására használta, hogy a szülőföldjén, Ausztráliában talált sztromatolit kőzeteket vizsgálja, melyek a Föld legrégebbi mikrobás kövületei, eredetük 3,5 milliárd évre nyúlik vissza. A kőzet textúrájának PIXL-lel történő feltérképezése segített abban, hogy a tudósok megállapítsák, pontosan melyik kőzet mintázatát alakították baktériumok, és melyiket más tényezők.

További információ a misszióról

A Perseverance Mars-küldetésének egyik legfontosabb célja az asztrobiológia, azon belül az ősi mikrobiális élet jeleinek felkutatása. A rover a bolygó éghajlatát és geológiáját is vizsgálja, előkészíti az utat a vörös bolygó emberek általi felfedezése számára. Emellett az első olyan bolygómisszió lesz, amely összegyűjti és tárolja a marsi kőzetet és regolitot (törött kőzet és por). Az ezt követő küldetés, amelyet a NASA jelenleg az Európai Űrügynökséggel együttműködve tervez, űrhajót küldene a Marsra, hogy felvegye az összegyűjtött mintákat a felszínről, és mélyelemzés céljából elhozza a Földre.

A Mars 2020 küldetés egy nagyobb program része, amely a Holdra irányuló missziókat is magába foglalja a megfelelő mértékű felkészülés érdekében. Ugyanis az Artemis holdkutatási terv keretében a NASA 2028-ig fenntartható emberi jelenlétet szeretne teremteni a Holdon és környékén.

Hegyi Heni, NEW technology