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

Morten Bo Madsen, Astrofysik og Planetforskning, Niels Bohr Institutet NOVA, 2012-03-06 1 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. Mars Pathfinder 1997

Med inspiration fra Viking foreslog en række magnet- eksperimenter – disse fløj første gang på Mars Pathfinder Image credits / permission: Imager for Mars Pathfinder (IMP) Logo University of Arizona , NASA, JPL and the Niels Bohr Institute Credits / permission: University of Arizona Mars Pathfinder magnet-eksperimenter

Resultater: Gennemsnitlig mætningsmagnetisering af indfanget støv 1-6 Am2kg-1 Partiklerne er sammensatte af individuelle mineral-korn og sandsynligvis dannet i vand

Image credits / permission: Niels Bohr Institute, University of Arizona and NASA, JPL ”Magnetic Properties Experiments” på Spirit og Opportunity (2004 – 2010 and 2004 - ?) A010 A416

A417 A711

Bemærk: Det radiometriske kalibreringstarget Rovernes elforsyning kommer fra solceller støver mere og mere til, men Robotarm med “Mikroskop”, et sted forbliver relativt rent Slibeværktøj (med magneter) Mössbauer spektrometer og grundstofanalysator Dette førte til en invitation til deltagelse i NASA’s næste mission til Mars-overfladen:

Image credits / permission: 6 NASA, JPL, Niels Bohr Institute, Cornell University and Honeybee Robotics, New York. Det luftbårne støv indfanget på magneterne flytter omkring som vinden blæser – her Opportunity

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

Mikroskop-billede af Opportunity's capture magnet sol 337

Mössbauer spektrum af støv på Image and data credits / permission: NASA, JPL, Niels Bohr Institute, Mainz University and Cornell University Opportunity's capture magnet, sol 328 - 330 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 ;-)

Image credits / permission: NASA, JPL 8 Spirit i Gusev krater Opportunity på Meridiani-sletten

[Christensen et al., 2001] hematit-signal i TES-spektre

Image and data credits / permission: NASA, JPL, Arizona State University, MIT, Washington University Spirit i Gusev krater Opportunity på Meridiani-sletten

Image and data credits / permission: NASA, JPL, Mainz University, USGS, and Cornell University Eksempler på udnyttelse af Pancam’s spektroskopi

Image and data credits / permission: William Farrand, Space Sci. Inst. Boulder NASA, JPL, and Cornell University Opportunity på Meridiani-sletten

”Empty” og ”Berrybowl”

Image and data credits / permission: 12 NASA, JPL, Mainz University and Cornell University Spirit i Gusev krater

Clovis (Gusev, Mars)

Image and data credits / permission: NASA, JPL, Mainz University and Cornell University 13 Phoenix Mars Lander (2008) – en faststående lander med robotarm

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

Image credits / permission: Lockheed Martin, Niels Bohr Institute, University of Arizona, and NASA, JPL Disse “caltargets” blev brugt til kalibrering af alle missionens farvebilleder (og spektroskopisk data)

Image credits / permission: Niels Bohr Institute, Texas A&M University, University of Arizona, 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: Niels Bohr Institute, Texas A&M University, University of Arizona, Jim Bell, 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!

Data credits / permission: University of Arizona, and NASA, JPL 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.

Pike et al., 2011, Geophys. Res. Letters. Mars Science Laboratory (Curiosity, > 900 kg) anvender en helt ny præcisions-landingsmetode: En “Sky Crane”

Mastcam ChemCam

RAD REMS

DAN

MAHLI APXS Brush MARDI Drill / Sieves

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

Image credits / permission: 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 Mössbauer spektrum af støv på til CheMin vha. LIBS, Mastcam, Opportunity's capture magnet, sol 328 - 330 MAHLI og DAN.

Desuden vil vi undersøge evt. organiske komponenter på overfladerne vha. SAM.

ImageImage and credits data credits / permission: / permission: NASA,NASA, JPL, JPL Niels Bohr Institute, Mainz University 21 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 Gale Crater Det højeste (tykkeste) stratigrafiske tilgængelig på Mars? tværsnit på Mars?

Holden Crater: Det mest komplekse Eberswalde Crater: Det/den mest interessante flodaflejringssystem på Mars? delta/sø på Mars? Candidate Landing Sites

Image credits / permission: NASA, JPL 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 25 Image credits / permission: NASA, JPL Gale tilhører en familie af fyldte kratere

Image credits / permission: NASA, JPL24 Bestigning af bjerget

K. Edgett, MSSS Stratigrafi og en Planets historie

Sedimentære klipper indeholder information om miljø-ændringer

Image credits / permission: NASA, JPL Nu: Film – og herefter: Pause! Image credits / permission: NASA, JPL 34 Størrelsen af MSL – En jordisk analog

2009 MSL Rover 2005 MINI Cooper S

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 MSL videnskabelig nyttelast Jet Propulsion Laboratory Mars Science Laboratory Project REMOTE SENSING ChemCam Mastcam Mastcam (M. Malin, MSSS) – Farve- og tele-kamera med video og filtre til atmosfærisk opacitet RAD ChemCam (R. Wiens, LANL/CNES) – Kemisk REMS sammensætning; meget lang tele

DAN KONTAKT-INSTRUMENTER (PÅ ROBOT-ARM) MAHLI (K. Edgett, MSSS) – “Hånd-linse”-farvebilleder APXS (R. Gellert, U. Guelph, Canada) - Kemisk sammensætning

ANALYTISK LABORATORIUM (ROVERens KROP) MAHLI SAM (P. Mahaffy, GSFC/CNES) – Kemisk og isotop- APXS sammensætning, inklusive organiske forbindelser Brush MARDI Drill / Sieves CheMin (D. Blake, ARC) - Mineralogi Scoop KARAKTERISERING af OMGIVELSER / MILJØ Rover bredde: 2,8 m MARDI (M. Malin, MSSS) - Nedstigningsbilleder Instrumentdækhøjde over grund: 1,1 m REMS (J. Gómez-Elvira, CAB, Spain) - Meteorologi / UV Frihøjde: 0,66 m RAD (D. Hassler, SwRI) - Høj-energi strålingsmiljø Højde af mast: 2,2 m DAN (I. Mitrofanov, IKI, Russia) – Brint i den øverste meter Image credits / permission: NASA, JPL Mast kamera (Mastcam)

Principal Investigator: Michael Malin Malin Space Science Systems Mastcam producerer farve- og stereo-billeder af landskab, klipper, jord og støv plus frost/is, og vil udføre atmosfæriske undersøgelser

• 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: 12001200 pixels (0.2 mm/pixel ved 2 m, 8 cm/pixel ved 1 km’s afstand) • HD-video med 5 billeder/s, 1280720 pixels • Stort internt lager: 256 MByte SRAM, 8 GByte flash

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 ChemCam laver grundstofanalyser vha. laser-induceret nedbrydnings- spektroskopi (LIBS) • Hurtig karakterisering af klipper og jorde på op til 7 m’s afstand Mast-enhed • 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 APXS bestemmer den kemiske sammensætning af klipper, jorde og processerede prøver • 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)

Mars Hand-Lens Imager (MAHLI)

Principal Investigator: Ken Edgett Malin Space Science Systems MAHLI kan karakterisere historien og processer arkiveret I geologiske materialer

• 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

Image credits / permission: NASA, JPL, Malin Space Science Systems Kemi og Mineralogi (CheMin)

Principal Investigator: David Blake NASA Ames Research Center CheMin: definitiv mineralogisk identifikation • 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 Sample Analyse på Mars (SAM)

Principal Investigator: Paul Mahaffy • QMS: molekulær og isotopisk NASA Goddard Space Flight Center sammensætning i 2-535 Dalton masse- området for atmosfære- og prøver af gas SAM Suite af Instrumenter udviklet ved dekomposition Quadrupol Masse-Spektrometer (QMS) • GC: opløser komplekse blandinger af Gas-kromatograf (GC) organiske forbindelser i bestanddele Tunbart Laser Spektrometer (TLS) • TLS: Forekomst og isotopisk

• Undersøg kilder og destruktionsmekanismer for sammensætning af CH4, CO2 og H2O 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 Dynamisk Albedo af Neutroner (DAN)

Principal Investigator: Igor Mitrofanov Detektorer for termiske & Space Research Institute (IKI), Rusland epitermiske neutroner DAN måler koncentrationen af H- og OH- holdige materialer (dvs. f.eks. adsorberet vand eller hydrerede mineraler) Pulserende • Aktiv neutron-spektroskopi vha. pulsede 14 MeV neutron-generator 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 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.

Image credits / permission: NASA, JPL 44 Image credits / permission: NASA, JPL 45 Kontakt-information og links: , [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, Universitet http://www.esa.int/SPECIALS/Mars_Express/index.html ESA’s Mars mission Mars Express 46