• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • För vissa forskare, Mars 2020 är ett uthållighetsuppdrag

    En konstnärs koncept av Perseverance rover på Mars yta, del av Mars 2020-uppdraget. Rovern kommer att samla sten- och jordprover, försegla dem i rör och släpp rören på ytan för att senare hämtas och återvända till jorden, potentiellt till 2031. Kredit:Grafisk med tillstånd av NASA/JPL-Caltech

    Som miljontals människor runt om i världen, David Shuster och hans 7-åriga dotter jublade vilt när Perseverance-rovern sänktes med skykran till Mars yta den 18 februari för att starta år av utforskning. Men för honom och en undergrupp av Mars 2020-teamet, sann tillfredsställelse kommer att försenas.

    Shuster är en av 15 medlemmar i teamet som fokuserar på provretur, vilket innebär att de - eller deras efterträdare för doktorander - inte kommer att få tag på faktiska Mars-stenar förrän om 10 år, som tidigast. NASA och European Space Agency kommer att starta ytterligare två uppdrag för att samla in stenarna som Perseverance lägger undan och raketera dem tillbaka till jorden, helst 2031.

    Ändå, Shuster, en professor i jord- och planetvetenskap vid University of California, Berkeley, och en specialist på att dejta gamla stenar, är inte sur. Han har själv studerat månstenar som astronauter från Apollo-tiden tog med sig för mer än 50 år sedan och känner en speciell samhörighet med forskarna som skyddade dessa värdefulla prover till förmån för dem som kom efter. Han, för, kommer att hjälpa en ny generation forskare.

    "En av de saker som motiverar mig med det här uppdraget är det faktum att jag har dragit nytta av de Apollo-proverna som samlades in innan jag föddes. Jag vet själv hur det är att dra nytta av det riktigt hårda arbetet, inte bara under själva uppdragen och av astronauterna själva, men av forskare som kurerade och dokumenterade alla dessa prover, " sade Shuster. "Jag uppskattar genast värdet av det, men också vikten av att göra det noggrant för Mars-provets returuppdrag. Med all vetenskap som kommer att göras på dessa prover, det spelar roll vilka prover vi samlar in. Inte vilken gammal sten som helst fungerar för de saker som vi gör här i labbet."

    För honom, nyckelfrågorna är:Hur gammal är Jezero Crater, där uthålligheten landade, och när fanns flytande vatten på ytan och avsatte sedimenten och skulpterade de alluviala egenskaperna som var tydligt synliga i kratern? Uppskattningar av kraterns ålder, som är baserade på antalet mindre nedslagskratrar inuti den större Jezero-kratern, allt från 1,7 miljarder år till mer än 3 miljarder år, han sa.

    "En av de attraktiva sakerna med den här landningsplatsen är att det verkar ganska tydligt att vid ett tillfälle i det förflutna - det är okänt när - Jezerokratern var en sjö, och det avsatte sediment, som denna vackert bevarade fläkt, " han sa.

    Medan instrument ombord på Perseverance kan testa stenar och sediment för kemisk sammansättning och mineralogi, de kan inte bestämma ålder. De radioaktiva isotopmätningarna som behövs för att exakt fastställa ålder kan bara göras i laboratorier på jorden.

    Från sin landningsplats, NASA:s Perseverance-rover kan se en rest av en solfjäderformad avlagring av sediment som kallas ett delta. Forskare tror att detta delta är det som återstår av sammanflödet mellan en gammal flod och en sjö vid Mars Jezero-krater. Bilden togs med roverns högra Mastcam-Z-kamera den 22 februari, 2021, Sol 4 i Mars 2020-uppdraget, vid den lokala medelsoltiden 14:09:18. Kredit:Bild med tillstånd av NASA/JPL-Caltech/ASU

    "Försöker få svar på dessa frågor kvantitativt, baserat på geokemiska mätningar, är inte trivialt – det här är svårt att göra även på jorden, sa Shuster, som främst använder världsklass, toppmodern utrustning vid det oberoende Berkeley Geochronology Center.

    Att komplicera analysen, returproverna – bara 28, om allt går bra - kommer att vara liten, var och en lika stor som en pinne med krita. Forskare planerar att analysera dem med varje tillgänglig kemisk och mineralogisk teknik, samtidigt som du sparar så mycket av proverna för framtiden som möjligt, i hopp om förbättrade analystekniker. Lyckligtvis, även om geokronologisk analys förstör sten för att bestämma dess ålder, processen kräver bara små bitar.

    "Den stora frågan är, om vi hittar några bevis för tidigare liv på Mars – vilket är en stor motivation bakom detta uppdrag – kommer nästa fråga att vara, 'När var det?', " sa Shuster. "Vi behöver veta "när" i absolut mening, för nästa fråga vi kommer att ställa är, "Vad som hände på jorden vid den tiden, och hur jämför dessa två?'"

    "Ett osjälviskt uppdrag"

    Medan Shuster planerar att vara här för att genomföra en del av den analysen, hans doktorand, Andrew "Drew" Gorin, är redo att skörda fördelarna, för.

    "Många av de personer som ansvarar för uppdraget kommer att gå i pension när proverna kommer tillbaka - jag känner mig förundrad över att ett så massivt team av forskare skulle ge sig ut på ett så osjälviskt uppdrag, sa Gorin, som kom till UC Berkeley förra året och inte har satt sin fot i ett campuslabb sedan han kom. "Människor ägnar de sista 10 åren av sin karriär åt detta och kanske inte får utveckla resultaten själva. Så, det är spännande att vara delaktig i processen som doktorand."

    Shuster, en 1996 UC Berkeley alumn i geologi, har utfört omfattande arbete inte bara på månstenar, men också stenar från Mars:stenar som kastades från Mars yta av ett meteornedslag och så småningom tog sig igenom solsystemet in i jordens omloppsbana och kom in i atmosfären som skjutande stjärnor. Mer än 100 sådana meteoriter från Mars har identifierats, men deras våldsamma historia, i kombination med troliga förändringar när man lämnar Mars och faller till jorden, gör dem till stackars representanter för hur stenar är på Mars.

    Dubbad Máaz av Mars 2020-teammedlemmar, denna sten är en av flera som Perseverance hittills har studerat med ett laserbaserat instrument. Rovern har bestämt att den är kemiskt lik basaltiska stenar på jorden. Kredit:Bild med tillstånd av NASA/JPL-Caltech

    "Det finns några viktiga begränsningar för att studera meteoriter från Mars:Det finns inget geologiskt sammanhang, för du vet inte var den är ifrån; du vet inte vad stenens orientering var när den var på planeten, som du behöver för paleomagnetiska studier; och inte alla material är tillräckligt starka för att överleva processen att kastas ut och förbli ett stenigt material, " sade han. "Dessa är alla anledningar till varför det är oerhört fördelaktigt att samla in prover på planeten i sig. Det förenklar allt det där, det gör att många av dessa problem bara försvinner."

    Provets returuppdrag är utformat för att ta tillbaka de första materialen från en annan planet, inte bara bitar av månen eller en asteroid eller rymddamm. När Perseverance-rovern navigerar runt Jezero Crater och undersöker intressanta hällar, Shuster och andra medlemmar av vetenskapsteamet för provretur kommer att träffas varje vecka, om inte dagligen, för att avgöra vilka stenar som är värda att ta prover för att återvända till jorden. Uthållighet kommer då att borra en kärna, förvara det hermetiskt i kapslar och bär runt dem tills det har samlats tillräckligt för att cache på ytan. Minst två cacher är planerade:en inne i kratern och en utanför, när rovern rör sig från den yngre kraterns inre till den förmodligen äldre stenen där Jezero är inbäddad.

    "Vår roll är att tillhandahålla expertis och ge råd om hur man bäst samlar in och vilka prover man ska samla in, " han sa, noterar att teamet har preliminära planer som kommer att utvecklas när rovern övervakar landskapet. "Besluten kommer att baseras på all information vi har, och den informationen utvecklas över tiden."

    Räknar meteorkratrar

    Innan du borrar kärnor, provretursteamet måste bestämma vilka stenar som ska ge de svar de behöver. Vulkanisk, eller magmatisk, stenar ger de bästa radiometriska datumen, sa Gorin. Han hoppas att Perseverance kommer att plocka upp stenar som hjälper till att kalibrera standardtekniken – kraterräkning – som nu används för att uppskatta åldrarna på planeternas och månarnas ytor. Denna teknik är baserad på korrelationer mellan kraterantal och radiometrisk datering av stenar på månen, med antagandet att meteorpopulationen i asteroidbältet är liknande runt månen och Mars, med lite boende för den olika gravitationen och atmosfären på Mars.

    "Tanken är, Föreställ dig att du har en plan yta som blir bombarderad med stötkroppar med tiden i någon känd hastighet, " sa han. "Baserat på det, om man räknar storleksfördelningen av kratrar, du kan dra tillbaka hur länge det var sedan den ytan en gång var helt platt. Vi har några ankarpunkter som vi har samlat från månen:basalt eller lavaflöden, som vi kan tänka oss plattade till ytan helt någon gång. Lavaflöden är verkligen utmärkta för radiometrisk datering."

    Gorin har fått i uppdrag att bedöma vilka stenar som sannolikt kommer att ge ett tillräckligt exakt datum för att kalibrera meteorräkningar på Mars.

    Den här NASA-videon förklarar Mars Sample Return-kampanjen och besöker Jet Propulsion Laboratory, där prototyper och ingenjörsmodeller som är involverade i kampanjen testas. Kredit:Video med tillstånd av NASA/JPL

    "Vi vill hitta ett prov av ett lätt daterat material inom Jezero Crater där vi sedan kan tillämpa denna kraterräkningsteknik och även radiometriskt datera något därinne, jämför dem och använd det för att flytta ankarpunkten, vilket gör att vi bättre kan förstå hur systemet fungerar på Mars, " han sa.

    Shuster noterade att hans provreturteam måste rida på andra medlemmar av vetenskapsteamet för att se till att Perseverance har tid att samla nyckelprover och cachelagra dem för upphämtning inför den nyfikenhetsledda önskan att utforska alla intressanta skrymslen och vrår i Jezero-kratern.

    "Det här uppdraget skiljer sig mycket från tidigare Mars roveruppdrag eftersom vi har ett specificerat datum, i slutet av vilket vi måste ha dessa prover som vi ska samla in på en fast plats, " han sa så, vi har ett tempo på det här uppdraget som är obestridligt."

    Gorin kommer att ha tagit sin doktorsexamen. när Mars-stenarna återvänder till jorden, men han hoppas att hans arbete med uppdraget – som han sa är fantastiskt samarbete mellan yngre och äldre forskare – kommer att hjälpa honom att få tillgång efteråt. Och allt var sanslöst. Hans masteruppsats vid Boston College involverade att använda geokemi för att utforska klimatförändringarna över hela jordens historia, Det var därför han bad om att få arbeta med Shuster när han ansökte till UC Berkeley. Han blev förvånad när Shuster frågade om hans roll med Mars-provets returuppdrag, som skulle ta mycket av hans tid, skulle vara en deal breaker för Gorin.

    "När han frågade mig om jag var intresserad av att göra den sortens arbete, Jag var som, 'Vem skulle säga nej till det?'" sa Gorin. "Det låter fantastiskt. Att arbeta med Mars-uppdraget når tillbaka till den barnsliga spänningen för vetenskap som vi alla har."

    "Jag känner mig verkligen lyckligt lottad som har fått möjligheten att bidra till ett så viktigt uppdrag, " tillade han. Det är också lättare att förklara hans arbete för icke-forskare. "Jag har arbetat med forskning om klimatförändringar ett tag, vilket jag tycker är lika viktigt, " han sa, "men det är ganska lite lättare att få folk intresserade av det här arbetet."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com