Credits: NASA/JPL-Caltech

Introduzione

La NASA sta inviando un nuovo robot con puntamento laser su Marte. Ma a differenza dei laser dei film di fantascienza, questo è usato per studiare mineralogia ed elementi chimici fino a circa 7 metri di distanza. Potrebbe aiutare gli scienziati a trovare segni di vita microbica fossilizzata anche sul Pianeta Rosso.

Uno dei sette strumenti a bordo del rover Mars 2020 che verrà lanciato quest’estate, SuperCam, è stato costruito da un team di centinaia di partecipanti e racchiude ciò che in genere richiederebbe diversi pezzi di equipaggiamento di dimensioni considerevoli il tutto concentrato in un qualcosa di non più grande di una scatola di cereali. Spara un raggio laser dal rover per vaporizzare piccole porzioni di roccia a distanza, fornendo informazioni che saranno essenziali per il successo della missione.

Ecco uno sguardo più da vicino a ciò che rende lo strumento così speciale:

Una lunga portata

L’uso di un raggio laser aiuterà i ricercatori a identificare i minerali che sono al di fuori della portata del braccio robotico del rover o in aree troppo ripide. Inoltre consentirà loro di analizzare un obiettivo prima di decidere se guidare il rover lì per ulteriori analisi. Di particolare interesse: minerali che si sono formati in presenza di acqua liquida, come argille, carbonati e solfati. L’acqua liquida è essenziale per l’esistenza della vita come la conosciamo, compresi i microbi, che sarebbero sopravvissuti su Marte miliardi di anni fa.

Gli scienziati possono anche utilizzare le informazioni di SuperCam per decidere se acquisire l’interno delle rocce come campione per il sistema di memorizzazione nella cache del rover. Mars 2020 raccoglierà questi campioni fondamentali in tubi di metallo, depositandoli infine in una posizione predeterminata per una missione futura da recuperare e riportare sulla Terra.

Testato da SuperCam

L’unità d’albero per la SuperCam di Mars 2020, mostrata in fase di test qui, utilizzerà un laser per vaporizzare e studiare il materiale roccioso sulla superficie del Pianeta Rosso.Crediti: LANL

Messa a fuoco laser

SuperCam è essenzialmente una versione di prossima generazione della ChemCam del rover Curiosity. Come il suo predecessore, SuperCam può utilizzare un raggio laser a infrarossi per riscaldare il materiale sino a circa 18.000 gradi Fahrenheit (10.000 gradi Celsius) – un metodo chiamato spettroscopia di rottura indotta da laser o LIBS – e lo vaporizza. Una fotocamera speciale può quindi determinare la composizione chimica di queste rocce dal plasma che viene creato.

In un test mostrato qui, il SuperCam Mast Unit – che si trova sull’albero, o “testa”,
del rover Mars 2020 – esegue lo zapping su un pezzo di metallo.

Proprio come ChemCam, SuperCam utilizzerà l’intelligenza artificiale per cercare obiettivi rocciosi che vale la penaesaminare. Inoltre, questa IA potenziata consente alla SuperCam di puntare con precisione a determinate caratteristiche di piccole rocce.

Un’altra nuova funzionalità di SuperCam è un laser verde che può determinare la composizione molecolare dei materiali di superficie. Questo raggio verde eccita i legami chimici in un campione e produce un segnale a seconda di quali elementi sono legati insieme – una tecnica chiamata spettroscopia Raman. SuperCam utilizza anche il laser verde per far emettere luce o fluorescenza ad alcuni minerali e sostanze chimiche a base di carbonio.

I minerali e le sostanze chimiche organiche fluiscono a velocità diverse, quindi il sensore di luce di SuperCam è dotato di un otturatore che può chiudersi alla stessa velocità di 100 nanosecondi alla volta – così velocemente che entrano pochissimi fotoni di luce. La modifica della velocità dell’otturatore (una tecnica chiamata time-resolved luminescence spectroscopy) consentirà agli scienziati di determinare meglio i composti presenti.

Inoltre, SuperCam può utilizzare la luce visibile e infrarossa (VISIR) riflessa dal sole per studiare il contenuto minerale di rocce e sedimenti. Questa tecnica VISIR completa la spettroscopia Raman; ogni tecnica è sensibile a diversi tipi di minerali.

Laser con controllo del microfono

SuperCam include un microfono in modo che gli scienziati possano ascoltare ogni volta che il laser colpisce un bersaglio. Il suono scoppiettante creato dal laser cambia sottilmente a seconda delle proprietà del materiale di una roccia.

Il microfono ha uno scopo pratico raccontandoci qualcosa sui nostri obiettivi. Ma possiamo anche usarlo per registrare direttamente il suono del paesaggio marziano o la rotazione dell’albero del rover“, ha affermato Sylvestre Maurice dell’Institute for Research in Astrofisica e scienze planetarie a Tolosa, Francia.

Il rover Mars 2020 segna la terza volta che questo particolare design del microfono andrà sul Pianeta Rosso, ha affermato Maurice. Alla fine degli anni ’90, lo stesso design è salito a bordo del Mars Polar Lander, che si è schiantato in superficie. Nel 2008, la missione Phoenix ha riscontrato problemi di elettronica che hanno impedito l’utilizzo del microfono.

Nel caso di Mars 2020, SuperCam non ha l’unico microfono a bordo del rover: un microfono di ingresso, discesa e atterraggio catturerà tutti i suoni del rover che si fa strada verso la superficie. Aggiungerà l’audio ai video a colori registrati dalle telecamere del rover, catturando un atterraggio su Marte come mai prima d’ora.

Lavoro di squadra

SuperCam è guidato dal Los Alamos National Laboratory nel New Mexico, dove è stata sviluppata la Body Unit dello strumento. Quella parte dello strumento comprende diversi spettrometri, elettronica di controllo e software.

L’unità Mast è stata sviluppata e costruita da numerosi laboratori del CNRS (centro di ricerca francese) e università francesi sotto l’autorità contraente del CNES (agenzia spaziale francese). Gli obiettivi di calibrazione sul deck rover sono forniti dall’Università spagnola di Valladolid.

JPL sta costruendo e gestirà le operazioni del rover Mars 2020 per la direzione della missione scientifica della NASA presso la sede dell’agenzia a Washington.

Citazioni e Aprrofondimenti

  • All About the Laser (and Microphone) Atop Mars 2020, NASA’s Next Rover, by Andrew GoodJet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif. e Josh HandalNASA Headquarters, Washington.