Todo sobre el láser (y el micrófono) del próximo rover de la NASA, Mars 2020.


El mástil o “cabeza” de Mars 2020 incluye un instrumento láser llamado SuperCam que puede vaporizar material de roca y estudiar el plasma resultante. Crédito: NASA / JPL-Caltech

SuperCam es un instrumento de vaporización de rocas que ayudará a los científicos a buscar fósiles de Marte.

La NASA está enviando un nuevo robot con láser a Marte. Pero a diferencia de los láseres de ciencia ficción, este se utiliza para estudiar la mineralogía y la química a una distancia de hasta 7 metros. También podría ayudar a los científicos a encontrar signos de vida microbiana fosilizada en el planeta rojo.

Uno de los siete instrumentos a bordo del rover Mars 2020 que se lanza este verano, SuperCam, fue construido para no exceder en tamaño, resultando en algo no más grande que una caja de cereales. Dispara un rayo láser pulsado del mástil del rover, o “cabeza”, para vaporizar pequeñas porciones de roca desde la distancia, proporcionando información que será esencial para el éxito de la misión.

Aquí hay una mirada más cercana a lo que hace que el instrumento sea tan especial:

Un largo alcance.

El uso de un rayo láser ayudará a los investigadores a identificar minerales que están más allá del alcance del brazo robótico del rover o en áreas demasiado empinadas para que el rover acceda. También les permitirá analizar un objetivo antes de decidir si guiar al explorador al lugar para realizar un análisis más detallado. De particular interés: minerales que se formaron en presencia de agua líquida, como arcillas, carbonatos y sulfatos. El agua líquida es esencial para la existencia de la vida tal como la conocemos, incluidos los microbios, que podrían haber sobrevivido en Marte hace miles de millones de años.

Los científicos también pueden usar la información de SuperCam para ayudar a decidir si capturar núcleos de roca para el sistema de almacenamiento de muestras del móvil. Mars 2020 recolectará estas muestras de núcleos en tubos de metal, y finalmente las depositará en una ubicación predeterminada para que en una futura misión pueda recuperar y traer de vuelta a la Tierra.

Enfoque láser

SuperCam es esencialmente una versión de nueva generación de la ChemCam del rover Curiosity. Al igual que su predecesor, SuperCam puede usar un rayo láser infrarrojo para calentar el material que impacta a alrededor de 10,000 grados Celsius, un método llamado espectroscopía de ruptura inducida por láser, o LIBS, y lo vaporiza. Una cámara especial puede determinar la composición química de estas rocas a partir del plasma que se crea.

Al igual que ChemCam, SuperCam utilizará inteligencia artificial para buscar objetivos de roca que valgan la pena vaporizar durante y después de los recorridos. Además, esta I.A. mejorada permite que SuperCam apunte con mucha precisión a pequeñas características de roca.

Otra característica nueva de SuperCam es un láser verde que puede determinar la composición molecular de los materiales de la superficie. Este rayo verde excita los enlaces químicos en una muestra y produce una señal dependiendo de qué elementos se unen, una técnica llamada espectroscopía Raman. SuperCam también utilizará el láser verde para hacer que algunos minerales y productos químicos a base de carbono emitan luz o fluorescencia.

Los minerales y los productos químicos orgánicos fluorescen a diferentes velocidades, por lo que el sensor de luz de SuperCam cuenta con un obturador que puede cerrarse tan rápido como 100 nanosegundos a la vez, tan rápido que muy pocos fotones de luz entrarán en él. La alteración de la velocidad de obturación (una técnica llamada espectroscopía de luminiscencia de resolución temporal) permitirá a los científicos determinar mejor los compuestos presentes.

Además, SuperCam puede usar luz visible e infrarroja (VISIR) reflejada por el Sol para estudiar el contenido mineral de rocas y sedimentos. Esta técnica VISIR complementa la espectroscopía Raman; Cada técnica es sensible a diferentes tipos de minerales.

Láser con un control de micrófono

SuperCam incluye un micrófono para que los científicos puedan escuchar cada vez que el láser golpea un objetivo. El sonido emergente creado por el láser cambia sutilmente según las propiedades del material de una roca.

“El micrófono tiene un propósito práctico al decirnos algo sobre nuestros objetivos de roca desde la distancia. Pero también podemos usarlo para grabar directamente el sonido del paisaje marciano o el giro del mástil del rover”, dijo Sylvestre Maurice, del Instituto de Investigación en Astrofísica y Ciencia Planetaria en Toulouse, Francia.

El rover Mars 2020 marca la tercera vez que este diseño de micrófono en particular irá al Planeta Rojo, dijo Maurice. A fines de la década de 1990, el mismo diseño cabalgó a bordo del Mars Polar Lander, que se estrelló en la superficie. En 2008, la misión Phoenix experimentó problemas electrónicos que impidieron el uso del micrófono.

En el caso de Mars 2020, SuperCam no tiene el único micrófono a bordo del rover: un micrófono de entrada, descenso y aterrizaje capturará todos los sonidos del rover del tamaño de un automóvil que se dirige a la superficie. Agregará audio al video a todo color grabado por las cámaras del rover, capturando un aterrizaje en Marte como nunca antes.

Trabajo en equipo

SuperCam está dirigida por el Laboratorio Nacional de Los Alamos en Nuevo México, donde se desarrolló la Unidad del Cuerpo del instrumento. Esa parte del instrumento incluye varios espectrómetros, electrónica de control y software.

La Unidad de Mástil fue desarrollada y construida por varios laboratorios del CNRS (centro de investigación francés) y universidades francesas bajo la autoridad contratante de CNES (agencia espacial francesa). Los objetivos de calibración en la plataforma móvil son proporcionados por la Universidad española de Valladolid.

JPL está construyendo y gestionará las operaciones del rover Mars 2020 para la Dirección de Misión Científica de la NASA en la sede de la agencia en Washington.