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美国宇航局的新火星探测器将使用X射线搜寻化石

X射线 火星探测器
发布:2020-09-23 15:21:36    

在此图中,NASA的恒心火星探测器使用了X射线岩石化学行星仪器(PIXL)。X射线光谱仪位于流动站机械臂末端的炮塔上,可帮助寻找岩石中古代微生物的生命迹象。图片来源:NASA / JPL-Caltech

美国宇航局(NASA)的“火星2020”恒心漫游车面临着艰巨的挑战:必须在2021年2月18日完成任务的惨重进入,下降和着陆阶段后,它将开始寻找数十亿年前的微观生命痕迹。这就是为什么要包装PIXL(由人工智能(AI)驱动的精密X射线设备)的原因。

PIXL是X射线岩石化学行星仪器的缩写,是一种饭盒大小的仪器,位于Perseverance的7英尺长(2米长)机械臂的末端。漫游者最重要的样本将通过手臂末端的取芯钻收集,然后藏在金属管中,毅力将沉积在表面上,以备将来执行任务时返回地球。

从维京号着陆器到好奇号火星车,几乎所有成功登陆火星的任务都包括某种X射线荧光光谱仪。PIXL与先前产品不同的一个主要方法是能够使用强大的,聚焦良好的X射线束扫描岩石,从而发现化学物质在表面上的分布位置和数量。

“ PIXL的X射线束非常窄,可以精确地识别出一小粒盐。这使我们能够非常准确地将我们检测到的化学物质与岩石中的特定纹理结合起来,” NASA Jet的PIXL首席研究员阿比盖尔·阿尔伍德(Abigail Allwood)说。南加州推进实验室。

在确定哪些样本值得带回地球时,岩石质地将是必不可少的线索。在我们的星球上,扭曲的岩石称为叠层石,是由古老的细菌层制成的,它们只是科学家将寻找的化石古生物的一个例子。

PIXL要求提供其岩石目标的图片以自动定位自己。仪器在夜间工作时,发光二极管环绕其开口并为岩石目标拍照。PIXL使用人工智能,依靠图像来确定距要扫描的目标有多远。图片来源:NASA / JPL-Caltech

人工智能驱动的夜猫子

为了帮助找到最佳目标,PIXL不仅仅依靠精密的X射线束。它还需要一个六脚架-一种具有六个机械腿的设备,该六个机械腿将PIXL连接到机械臂并在人工智能的指导下获得最精确的瞄准。将流动站的手臂放在有趣的岩石附近后,PIXL使用相机和激光来计算其距离。然后,这些腿微微动一下-大约100微米,大约是人发宽度的两倍-因此该设备可以扫描目标,将在邮票大小区域内发现的化学物质进行标测。

奥尔伍德说:“六足动物可以自己弄清楚如何指向和伸展双腿,使其更接近岩石目标。” “这就像是一个小型机器人,已经在漫游者手臂的末端呆在家里。”

然后,在仪器倾斜100微米并进行另一次测量之前,PIXL会从岩石上的单个点开始以10秒的突发量度测量X射线。要制作一张邮票大小的化学图谱,可能需要在八到九小时的时间内完成数千次。

六脚架是具有六个机械支腿的设备,是美国宇航局(NASA)恒心火星探测器上PIXL仪器的关键部分。六脚架使PIXL可以进行缓慢而精确的运动,使其靠近并指向岩石表面的特定部分。此GIF已大大加快,以显示六足动物如何移动。图片来源:NASA / JPL-Caltech

该时间框架在一定程度上导致PIXL的微观调整如此关键:火星上的温度在一天的过程中变化超过100华氏度(38摄氏度),导致恒心机械臂上的金属膨胀和收缩多达半英寸(13毫米)。为了最大程度地减少PIXL必须应对的热收缩,该仪器将在太阳落山后进行科学处理。

“ PIXL是夜猫子,”奥尔伍德说。“夜晚的温度更稳定,这也使我们能够在流动站活动较少的时候工作。”

艺术与科学相结合的X射线

X射线荧光到达火星之前很久,地质学家和冶金学家就用它来识别材料。最终,它成为发现绘画起源或检测伪造品的标准博物馆技术。

PIXL在NASA喷气推进实验室的测试过程中打开了防尘罩。PIXL位于NASA的恒心火星探测器的七种仪器之一,位于该漫游者的机械臂末端。图片来源:NASA / JPL-Caltech

JPL PIXL团队的X射线荧光专家Chris Heirwegh说:“如果您知道艺术家通常使用某种钛白粉并具有独特的重金属化学特征,则该证据可能有助于鉴定绘画。” “或者,您可以确定某种涂料是否起源于意大利而不是法国,并将其与该时期的特定艺术团体联系起来。”

对于天体生物学家来说,X射线荧光是阅读古代遗留下来的故事的一种方式。Allwood用它来确定在她的祖国澳大利亚发现的叠层岩是地球上最古老的微生物化石,其历史可追溯到35亿年前。利用PIXL绘制岩石质地的化学图谱将为科学家提供线索,以解释样品是否可能是化石微生物。

有关任务的更多信息

恒心号在火星上的主要目标是天体生物学,包括寻找古代微生物生命的迹象。流浪者还将表征地球的气候和地质,为人类探索红色星球铺平道路,并且是第一个收集和储存火星岩石和重石块(破碎的岩石和尘土)的行星任务。NASA目前正在与欧洲航天局合作考虑进行后续飞行任务,这些飞行任务将把航天器送往火星,以从地表收集这些缓存的样本,然后将它们送回地球进行深入分析。

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