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美国宇航局的新火星探测器,将使用X射线搜寻生命化石

2020/9/24 12:43:08 来源:科技领航人 浏览:

美国宇航局(NASA)的“火星2020”毅力号火星车面临着艰巨的挑战:在2021年2月18日完成任务进入、下降和着陆阶段之后,它将开始寻找数十亿年前的微观生命痕迹。这就是为什么要安装PIXL(由人工智能(AI)驱动的精密X射线设备)的原因。

图注:在此图中,NASA的毅力号火星探测器使用了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。

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,位于毅力号7英尺长(2米长)机械臂的末端。毅力号火星车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,然后将金属管摆放在火星地表上,以备将来执行任务时将其返回地球。

从维京号着陆器到好奇号火星车,成功地登陆火星的几乎每个任务都包括某种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,” 美国宇航局南加州喷气推进实验室的首席研究员阿比盖尔·阿伍德(Abigail Allwood)说。

在确定哪些样本值得返回地球时,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,是由古老的细菌层组成的,它们只是科学家将寻找的化石古生物的一个例子。

图注: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。

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超精确的瞄准。将火星车的手臂放在有趣的岩石附近后,PIXL使用摄像头和激光来计算其距离。然后,这些腿微微动一下——大约100微米,大约是人头发宽度的两倍——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。

“六脚架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,” 阿伍德说,“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。要制作这些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测量。

该时间框架部分是使PIXL的微观调整如此关键的原因: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),导致毅力号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,这也让我们能够在火星车活动较少的时候工作。”

艺术与科学X射线

早在X射线荧光进入火星之前,地质学家和冶金学家就利用它来识别材料。它最终成为一种标准的博物馆技术,用来发现绘画起源或检测假冒作品。

图注: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的毅力号火星车上的七种仪器之一,位于火星车机械臂的末端。

“如果您知道艺术家通常使用某种具有独特的重金属化学特征钛白,则该证据可能有助于鉴定绘画。” 南加州喷气推进实验室 PIXL团队的X射线荧光专家克里斯·海格(Chris Heirwegh)说,“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射线荧光是读取古代遗留下来的故事的一种方式。 阿伍德用它来确定在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

毅力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。火星车还将表征火星的气候和地质,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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