На этой иллюстрации марсоход НАСА Perseverance использует планетарный прибор для рентгеновской литохимии (PIXL). Рентгеновский спектрометр, расположенный на турели на конце манипулятора марсохода, поможет найти в скалах признаки древней микробной жизни. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения – Калтех.
PIXL, прибор на конце руки марсохода Perseverance, будет искать химические отпечатки пальцев, оставленные древними микробами.
НАСАс Марс У марсохода Perseverance 2020 впереди непростой путь: пройдя мучительную фазу входа, спуска и посадки 18 февраля 2021 года, он начнет поиск следов микроскопической жизни, появившейся миллиарды лет назад. Вот почему он упакован в PIXL, прецизионный рентгеновский аппарат на базе искусственного интеллекта (ИИ).
Сокращенно от Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry, PIXL – это инструмент размером с коробку для завтрака, расположенный на конце роботизированной руки Perseverance длиной 7 футов (2 метра). Наиболее важные образцы марсохода будут собраны буром на конце руки, а затем спрятаны в металлические трубки, которые Perseverance отложит на поверхность для возвращения на Землю в ходе будущей миссии.
Почти каждая миссия, которая успешно приземлялась на Марсе, от десантных аппаратов Viking до марсохода Curiosity, включала в себя какой-либо рентгеновский флуоресцентный спектрометр. Одним из основных отличий PIXL от своих предшественников является его способность сканировать горные породы с помощью мощного, точно сфокусированного рентгеновского луча, чтобы обнаруживать, где и в каком количестве химические вещества распределены по поверхности.
«Рентгеновский луч PIXL настолько узок, что может определять детали размером с крупицу соли. Это позволяет нам очень точно связывать химические вещества, которые мы обнаруживаем, с определенными текстурами в камне », – сказала Эбигейл Олвуд, главный исследователь PIXL в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.
Текстуры горных пород будут важным ключом к решению, какие образцы стоит вернуть на Землю. На нашей планете явно искривленные породы, называемые строматолитами, были сделаны из древних слоев бактерий, и они являются лишь одним из примеров окаменелой древней жизни, которую ученые будут искать.
PIXL требует, чтобы изображения его каменных целей автономно позиционировались. Светодиоды окружают его отверстие и фотографируют каменные объекты, когда инструмент работает ночью. Используя искусственный интеллект, PIXL полагается на изображения, чтобы определить, как далеко они находятся от объекта сканирования. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.
Ночная сова с искусственным интеллектом
Чтобы помочь найти лучшие цели, PIXL полагается не только на прецизионный рентгеновский луч. Ему также нужен гексапод – устройство с шестью механическими ножками, соединяющими PIXL с роботизированной рукой и управляемое искусственным интеллектом для наиболее точного прицеливания. После того, как рука марсохода помещается рядом с интересным камнем, PIXL с помощью камеры и лазера рассчитывает расстояние до него. Затем эти ноги совершают крошечные движения – порядка 100 микрон, или примерно в два раза шире человеческого волоса, – так что устройство может сканировать цель, отображая химические вещества, обнаруженные в области размером с почтовую марку.
Устройство с шестью механическими ножками, гексапод является важной частью инструмента PIXL на борту марсохода НАСА Perseverance. Гексапод позволяет PIXL совершать медленные и точные движения, чтобы приблизиться к определенным частям поверхности камня и указать на них. Этот GIF был значительно ускорен, чтобы показать, как движется гексапод. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.
«Гексапод сам понимает, как направить и вытянуть лапы еще ближе к каменной цели», – сказал Олвуд. «Это похоже на маленького робота, который устроился как дома на конце руки марсохода».
Затем PIXL измеряет рентгеновские лучи 10-секундными импульсами из одной точки на камне, прежде чем инструмент наклонится на 100 микрон и выполнит еще одно измерение. Чтобы создать одну из тех химических карт размером с почтовую марку, возможно, потребуется проделать это тысячи раз в течение восьми или девяти часов.
Эти временные рамки отчасти и делают микроскопические настройки PIXL такими важными: температура на Марсе меняется более чем на 100 градусов. Фаренгейт (38 градусов Цельсия) в течение дня, в результате чего металл на роботизированной руке Perseverance расширялся и сжимался на целых полдюйма (13 миллиметров). Чтобы свести к минимуму тепловые сокращения, с которыми приходится бороться PIXL, инструмент будет проводить свои исследования после захода Солнца.
«PIXL – это сова», – сказал Олвуд. «Ночью температура более стабильна, и это также позволяет нам работать в то время, когда на ровере меньше активности».
PIXL открывает пылезащитный чехол во время испытаний в Лаборатории реактивного движения НАСА. PIXL, один из семи инструментов марсохода НАСА Perseverance, расположен на конце манипулятора марсохода. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.
Рентген для искусства и науки
Задолго до того, как рентгеновская флуоресценция достигла Марса, геологи и металлурги использовали ее для идентификации материалов. Со временем это стало стандартной музейной техникой выявления происхождения картин или обнаружения подделок.
«Если вы знаете, что художник обычно использовал определенный титановый белила с уникальной химической сигнатурой тяжелых металлов, это свидетельство может помочь подтвердить подлинность картины», – сказал Крис Хейрвег, эксперт по рентгеновской флуоресценции из команды PIXL в JPL. «Или вы можете определить, возник ли конкретный вид краски в Италии, а не во Франции, связав его с определенной художественной группой того времени».
Для астробиологов рентгеновская флуоресценция – это способ читать истории, оставленные древним прошлым. Олвуд использовал его, чтобы определить, что строматолитовые породы, найденные в ее родной стране Австралии, являются одними из самых старых окаменелостей микробов на Земле, возраст которых составляет 3,5 миллиарда лет. Составление карты химического состава текстур горных пород с помощью PIXL даст ученым подсказки для интерпретации того, может ли образец быть окаменелым микробом.
Подробнее о миссии
Ключевой целью миссии Perseverance на Марсе является астробиология, включая поиск признаков древней микробной жизни. Марсоход также будет характеризовать климат и геологию планеты, проложить путь для исследования Красной планеты людьми и станет первой планетарной миссией по сбору и хранению марсианских камней и реголита (битых камней и пыли). Последующие миссии, которые в настоящее время рассматриваются НАСА в сотрудничестве с Европейским космическим агентством, будут отправлять космические аппараты на Марс, чтобы собрать эти кэшированные образцы с поверхности и вернуть их на Землю для углубленного анализа.
Миссия Mars 2020 является частью более крупной программы, которая включает миссии на Луну как способ подготовки к исследованию Красной планеты человеком. В задачу НАСА входит возвращение астронавтов на Луну к 2024 году, и НАСА обеспечит устойчивое присутствие человека на Луне и вокруг нее к 2028 году в рамках планов НАСА по исследованию Луны Артемиды.
Лаборатория реактивного движения, управляемая для НАСА Калифорнийским технологическим институтом в Пасадене, Калифорния, построила и управляет работой марсоходов Perseverance и Curiosity.
