mars-sonden “curiosity” til gale-krateret · morten bo madsen, astrofysik og planetforskning,...

Morten Bo Madsen, Astrofysik og Planetforskning, Niels Bohr Institutet NOVA, 2012-03-06 1

Mars-sonden “Curiosity” til Gale-krateret Hvad er nyt under Solen? – og lidt om danske bidrag

Først lidt historie: Viking-missionerne havde til formål at lede efter liv på MARS

• NASA's Viking-missioner i 70'erne viste at det ikke er “ligetil” at finde liv på Mars:

• 3 ud af 4 biologi-eksperimenter: “+”, et: “–”!

• Kun spor af organisk kemi …

• Mars-jord kraftigt oxyderende (mere herom senere)

• Derfor har både NASA og ESA sidenhen grebet tingene mere systematisk til værks ...

Først lidt historie: Viking-missionerne havde til formål at lede efter liv på MARS

• NASA's Viking-missioner i 70'erne viste at det ikke er “ligetil” at finde liv på Mars:

• 3 ud af 4 biologi-eksperimenter: “+”, et: “–”!

• Kun spor af organisk kemi …

• Mars-jord kraftigt oxyderende (mere herom senere)

• Derfor har både NASA og ESA sidenhen grebet tingene mere systematisk til værks ...

Søren E. Larsen fra DTU’s vestlige filial (dengang Risø

Nationallaboratorium) studerede vind på Mars på

denne mission.

Med inspiration fra Viking foreslog Jens Martin Knudsen en række magnet-eksperimenter – disse fløj første gang på Mars Pathfinder

Image credits / permission: University of Arizona , NASA, JPL and the Niels Bohr Institute

Imager for Mars Pathfinder (IMP) Logo Credits / permission: University of Arizona

Mars Pathfinder 1997

Resultater:

Gennemsnitlig mætningsmagnetisering af indfanget støv 1-6 Am2kg-1

Partiklerne er sammensatte af individuelle mineral-korn

og sandsynligvis dannet i vand

Mars Pathfinder magnet-eksperimenter

Image credits / permission: Niels Bohr Institute, University of Arizona and NASA, JPL

”Magnetic Properties Experiments” på Spirit og Opportunity (2004 – 2010 and 2004 - ?)

6 Image credits / permission:

NASA, JPL, Niels Bohr Institute, Cornell University and Honeybee Robotics, New York.

A010 A416

A417 A711

Bemærk: Det radiometriske kalibreringstarget

støver mere og mere til, men et sted forbliver relativt rent

Rovernes elforsyning kommer fra solceller Robotarm med “Mikroskop”, Slibeværktøj (med magneter) Mössbauer spektrometer og grundstofanalysator Dette førte til en invitation til deltagelse i

NASA’s næste mission til Mars-overfladen: Phoenix

B-180 B-310 B-553 B-620 B-1072

Image and data credits / permission:

NASA, JPL, Niels Bohr Institute, Mainz University and Cornell University

Det luftbårne støv indfanget på magneterne flytter omkring som vinden blæser – her Opportunity

Mikroskop-billede af Opportunity's capture magnet sol 337

Mössbauer spektrum af støv på Opportunity's capture magnet, sol 328 - 330


NASA, JPL

Det er denne højt oxyderede jern-holdige komponent

– i mangel af bedre viden kaldt ”nano-phase oxide” –

vi har foreslået at undersøge nærmere ved hjælp af

instrumenterne om bord på MSL.

Mere herom senere …

Der var jo andre formål med roverne end lige at studere magnetisk støv ;-)

Spirit i Gusev krater Opportunity på Meridiani-sletten

hematit-signal i TES-spektre

[Christensen et al., 2001]


NASA, JPL, Arizona State University, MIT, Washington University

Spirit i Gusev krater Opportunity på Meridiani-sletten


NASA, JPL, Mainz University, USGS, and Cornell University

Eksempler på udnyttelse af Pancam’s spektroskopi


William Farrand,

Space Sci. Inst. Boulder

NASA, JPL, and Cornell University

Opportunity på Meridiani-sletten

”Empty” og ”Berrybowl”

12 Image and data credits / permission:

NASA, JPL, Mainz University and Cornell University

Spirit i Gusev krater

Clovis (Gusev, Mars)

13


NASA, JPL, Mainz University and Cornell University

Image credits / permission:

Lockheed Martin, Niels Bohr Institute, University of Arizona, and NASA, JPL

Billedet viser en af tre radiometriske kalibreringstargets (“caltargets”) – alle designet og fremstillet på Niels Bohr Institutet

Phoenix Mars Lander (2008) – en faststående lander med robotarm

Disse “caltargets” blev brugt til kalibrering af alle missionens farvebilleder (og spektroskopisk data)


Niels Bohr Institute, Texas A&M University, University of Arizona, and NASA, JPL

Data credits / permission:

Niels Bohr Institute, Texas A&M University, University of Arizona, Jim Bell, and NASA, JPL

Spektre fra sweep magneterne på MER roverne,

et spektrum fra en magnet (del af caltarget) på Phoenix

og spektret af støv i støvstorm set fra Hubble rumteleskopet.

Data credits / permission:

University of Arizona, and NASA, JPL

Phoenix beviste at der er vand(-is) i undergrunden hvor Phoenix landede – og at oxydanten (opdaget med Viking) i jorden er en perchlorat-forbindelse.

Dette forklarer hvorfor det ikke er simpelt at detektere organiske forbindelser på Mars – de blir simpelthen ødelagt!

Pike et al., 2011, Geophys. Res. Letters.

Partikelstørrelses-fordelingen af Mars-jorden opsamlet ved Phoenix viser at der er overraskende få partikler I ler-størrelses-fraktionen i jorden.

Dette betyder at vand kun kan have været aktivt (effektivt) ca. 5.000 ud af 500 millioner år på dette sted.

Mars Science Laboratory (Curiosity, > 900 kg) anvender en helt ny præcisions-landingsmetode: En “Sky Crane”


NASA, JPL

DAN

REMS

ChemCam Mastcam

RAD

MAHLI APXS Brush Drill / Sieves

MARDI

Analytiske instrumenter indeni roveren: “Sample Analysis at Mars (SAM)” “Chemistry and Mineralogy X-ray diffraction (CheMin)”


NASA, JPL

De danske

undersøgelser: Vi vil bestemme

(og identificere) indholdet af

hydrerede jern-oxyhydroxider

i Mars-jorden vha. CheMin

(X-ray diffraction)

Vi vil udsøge de bedste prøver

til CheMin vha. LIBS, Mastcam,

MAHLI og DAN.

Desuden vil vi undersøge evt.

organiske komponenter på

overfladerne vha. SAM.

Mössbauer spektrum af støv på Opportunity's capture magnet, sol 328 - 330


NASA, JPL, Niels Bohr Institute, Mainz University

Videnskabelige mål

MSL’s primære videnskabelige mål er at udforske et

landingssted som en mulig habitat for liv og at vurdere

potentialet for at eventuelle biosignaturer kan være bevarede.

Målene inkluderer:

•Vurdering af det biologiske potentiale af landings-stedet

gennem undersøgelser af organisk kemi, udvalgte

grundstoffer og biomarkører

•Karakterisering af geologi og geokemi, både kemisk,

mineralogisk, og isotop-sammensætning, og geologiske

processer

•Undersøgelse af vands rolle, atmosfærens udvikling og

nutidens vejr/klima

•Karakterisering af spektret af stråling ved overfladen

Mulige valg for MSL’s landing

Mawrth Vallis: Ældste stratigrafiske aflejring tilgængelig på Mars?

Gale Crater Det højeste (tykkeste) stratigrafiske tværsnit på Mars?

Eberswalde Crater: Det/den mest interessante delta/sø på Mars?

Holden Crater: Det mest komplekse flodaflejringssystem på Mars?

Candidate Landing Sites


NASA, JPL

25

Gale krateret: Et bjerg af aflejrings-lag

Overgang fra

lermineraler

til sulfater

i et dybt bassin

Som at lande i

Valles

Marineris

Tyk/Høj profil giver

mulighed for

studier af

Mars-miljøet

meget langt tilbage

i tiden


NASA, JPL

24

Gale tilhører en familie af fyldte kratere

Image credits / permission: NASA, JPL

Bestigning af bjerget

K. Edgett, MSSS

Stratigrafi og en Planets historie

Sedimentære klipper indeholder information om miljø-ændringer



NASA, JPL

Nu: Film – og herefter: Pause!

Størrelsen af MSL – En jordisk analog

2005 MINI Cooper S 2009 MSL Rover

The data/information contained herein has been reviewed and approved for release by JPL

Export Administration on the basis that this document contains no export-controlled

information. Image credits / permission: NASA, JPL

Mars Science Laboratory Project Jet Propulsion Laboratory

MSL videnskabelig nyttelast

REMOTE SENSING

Mastcam (M. Malin, MSSS) – Farve- og tele-kamera med video og filtre til atmosfærisk opacitet

ChemCam (R. Wiens, LANL/CNES) – Kemisk sammensætning; meget lang tele

KONTAKT-INSTRUMENTER (PÅ ROBOT-ARM)

MAHLI (K. Edgett, MSSS) – “Hånd-linse”-farvebilleder

APXS (R. Gellert, U. Guelph, Canada) - Kemisk sammensætning

ANALYTISK LABORATORIUM (ROVERens KROP)

SAM (P. Mahaffy, GSFC/CNES) – Kemisk og isotop-sammensætning, inklusive organiske forbindelser

CheMin (D. Blake, ARC) - Mineralogi

KARAKTERISERING af OMGIVELSER / MILJØ

MARDI (M. Malin, MSSS) - Nedstigningsbilleder

REMS (J. Gómez-Elvira, CAB, Spain) - Meteorologi / UV

RAD (D. Hassler, SwRI) - Høj-energi strålingsmiljø

DAN (I. Mitrofanov, IKI, Russia) – Brint i den øverste meter

Rover bredde: 2,8 m

Instrumentdækhøjde over grund: 1,1 m

Frihøjde: 0,66 m

Højde af mast: 2,2 m

DAN

REMS

ChemCam Mastcam

RAD

MAHLI APXS Brush Drill / Sieves Scoop

MARDI


Mast kamera (Mastcam)

Principal Investigator: Michael Malin

Malin Space Science Systems

• Snæver-vinkel (5.1° FOV) og medium-vinkel (15° FOV) kameraer (100 og 34 mm fokallngd.)

• Bayer mønster filter design til naturlig farve plus smalle båndpas-filtre til spektroskopi

• Høj rumlig opløsning: 12001200 pixels (0.2 mm/pixel ved 2 m, 8 cm/pixel ved 1 km’s afstand)

• HD-video med 5 billeder/s, 1280720 pixels

• Stort internt lager: 256 MByte SRAM, 8 GByte flash

Mastcam producerer farve- og stereo-billeder af landskab, klipper, jord og støv plus frost/is, og vil udføre atmosfæriske undersøgelser

Image credits / permission: NASA, JPL, Malin Space Science Systems

ChemCam (LIBS)

Principal Investigator: Roger Wiens

Los Alamos National Laboratory Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements

Mast-enhed

ChemCam laver grundstofanalyser vha. laser-induceret nedbrydnings-spektroskopi (LIBS)

• Hurtig karakterisering af klipper og jorde på op til 7 m’s afstand

• Vil identificere og klassifisere klipper, jorde, småsten, hydrerede mineraler, vejrnedbrydningsprodukter og is

• Analyse-plet-størrelse < 0.5 mm

• 240-850 nm spektral følsomhed

• Støv-fjernelse; dybdeprofilering til > 0.5 mm

• Høj-opløsnings kontekst-billeder (opløsning ~1 mm i 10 m’s afstand) J.-L. Lacour (CEA)

Alpha-partikel Røntgen-spektrometer

Principal Investigator: Ralf Gellert University of Guelph, Ontario, Canada Canadian Space Agency

• En kombination af partikel-induceret røntgen-emission og røntgen-fluorescence vha. 244Cm kilder

• Klippe-dannende grundstoffer fra Na til Br og tungere

• Nyttig til undersøgelse af både vandret og lodret variation, overflade-ændringer og detektion af salt-dannende grundstoffer

• En faktor ~3 forøget følsomhed; og forbedret dag-temperatur effektivitet sammenlignet med MER (figuren til højre)

APXS bestemmer den kemiske sammensætning af klipper, jorde og processerede prøver

Mars Hand-Lens Imager (MAHLI)

Principal Investigator: Ken Edgett

Malin Space Science Systems

• Undersøger struktur og tekstur af klippemateriale, jord og støv, og frost/is i en skala af µm til cm

• Returnerer 1600×1200-pixel farvebilleder og video; syntetiserer bedste fokus billeder og “depth-of-field” højde-kort

• Højeste opløsning mulig er 14 m/pixel

• Kan fokusere på passende afstande til både landskabsbilleder og “engineering support”/diagnose billeder

• Hvidt lys og UV LEDs for velkontrolleret belysning plus fluorescens

MAHLI kan karakterisere historien og processer arkiveret I geologiske materialer

Image credits / permission: NASA, JPL, Malin Space Science Systems

Kemi og Mineralogi (CheMin)

Principal Investigator: David Blake

NASA Ames Research Center

• Røntgen-diffraktion (XRD); standard-teknik til mineral-analyse

• Identifikation og kvantificering af mineraler i geologiske materialer (f.eks., basalter, evaporitter, jorde)

• Vil bidrage til vurdering af vands rolle for mineral-dannelse, aflejring og strukturelle ændringer

• Nøjagtighed på ±15% for koncentrationer af de hyppigst forekommende mineraler

CheMin: definitiv mineralogisk identifikation

Sample Analyse på Mars (SAM)

SAM Suite af Instrumenter

Quadrupol Masse-Spektrometer (QMS) Gas-kromatograf (GC) Tunbart Laser Spektrometer (TLS)

Principal Investigator: Paul Mahaffy

NASA Goddard Space Flight Center

• Undersøg kilder og destruktionsmekanismer for carbon forbindelser og søg efter organiske forbindelser med biotisk eller prebiotisk relevans

• Find den kemiske og isotopiske signatur af andre lette grundstoffer, som er vigtige for liv som vi kender det fra Jorden

• Studér atmosfære/overflade-virkninger, som udtrykt ved spor-forbindelsers sammensætning

• Undersøg atmosfærens og klimaets udvikling gennem isotopmålinger af ædelgasser og lette grundstoffer

• QMS: molekulær og isotopisk sammensætning i 2-535 Dalton masse-området for atmosfære- og prøver af gas udviklet ved dekomposition

• GC: opløser komplekse blandinger af organiske forbindelser i bestanddele

• TLS: Forekomst og isotopisk sammensætning af CH4, CO2 og H2O

Dynamisk Albedo af Neutroner (DAN)

Pulserende neutron-generator

Detektorer for termiske & epitermiske neutroner

Principal Investigator: Igor Mitrofanov

Space Research Institute (IKI), Rusland

DAN måler koncentrationen af H- og OH-holdige materialer (dvs. f.eks. adsorberet vand eller hydrerede mineraler)

• Aktiv neutron-spektroskopi vha. pulsede 14 MeV neutroner

• Genererer profiler langs køre-sporet (“rover traverse”) i en dybde af ned til 1 m

• Kan opløse henfaldskurver og energi-spektre af de returnerede pulser

• Nøjagtighed på 0.1-1 vægt% af vand (eller vand-ækvivalent brint) afhængigt af målemetoden


NASA, JPL

De danske

undersøgelser: Vi vil bestemme

(og identificere) indholdet af

hydrerede jern-oxyhydroxider

i Mars-jorden vha. CheMin

(X-ray diffraction)

Vi vil udsøge de bedste prøver

til CheMin vha. LIBS, Mastcam,

MAHLI og DAN.

Desuden vil vi undersøge evt.

organiske komponenter på

overfladerne vha. SAM.


NASA, JPL

46

Kontakt-information og links:

Morten Bo Madsen, [email protected], www.nbi.ku.dk/mars

http://marsprogram.jpl.nasa.gov/msl/ Mars Science Laboratory

http://mars.jpl.nasa.gov/msl/mission/overview/ Mars Science Laboratory

http://www.nasa.gov/multimedia/videogallery/index.html?collection_id=18895&m

edia_id=134925481 Videos

http://ssed.gsfc.nasa.gov/sam/ Sample Analysis at Mars – instr.-site

phoenix.lpl.arizona.edu NASA’s Phoenix Mars Lander

marsrovers.jpl.nasa.gov Mars Exploration Rovers (Spirit and Opportunity)

www.athena.cornell.edu/ Science team web-side for Mars Exploration Rovers

Andre nyttige links:

www.nasa.gov/mars Generel link til NASA’s Mars-missioner

www.nbi.ku.dk/mars Mars-gruppen ved NBI

www.marslab.dk Mars Simulerings Laboratoriet, Aarhus Universitet

http://www.esa.int/SPECIALS/Mars_Express/index.html

ESA’s Mars mission Mars Express

mailto:[email protected]

http://www.nbi.ku.dk/mars

http://marsprogram.jpl.nasa.gov/msl/

http://mars.jpl.nasa.gov/msl/mission/overview/

http://www.nasa.gov/multimedia/videogallery/index.html?collection_id=18895&media_id=134925481

http://www.nasa.gov/multimedia/videogallery/index.html?collection_id=18895&media_id=134925481

http://ssed.gsfc.nasa.gov/sam/

http://ssed.gsfc.nasa.gov/sam/

http://marsrovers.jpl.nasa.gov/

http://www.athena.cornell.edu/

http://www.nasa.gov/mars

http://www.nbi.ku.dk/mars

http://www.marslab.dk/

http://www.esa.int/SPECIALS/Mars_Express/index.html

mars-sonden “curiosity” til gale-krateret · morten bo madsen, astrofysik og planetforskning,...

Documents