El nuevo Mars Rover de la NASA utilizará rayos X para estudiar fósiles.

En esta ilustración, el rover Perseverance Mars de la NASA utiliza el Instrumento planetario para la litoquímica de rayos X (PIXL). Ubicado en la torreta al final del brazo robótico del rover, el espectrómetro de rayos X ayudará a buscar signos de vida microbiana antigua en las rocas. Créditos: NASA / JPL-Caltech.

El rover Perseverance Mars 2020 de la NASA tiene un camino desafiante por delante: después de tener que superar la angustiosa fase de entrada, descenso y aterrizaje de la misión el 18 de febrero de 2021, comenzará a buscar rastros de vida microscópica de miles de millones de años atrás. Es por eso que incluye PIXL, un dispositivo de rayos X de precisión impulsado por inteligencia artificial (IA).

PIXL, abreviatura de Instrumento planetario para litoquímica de rayos X, es un instrumento del tamaño de una fiambrera ubicado en el extremo del brazo robótico de 2 metros de largo de Perseverance. Las muestras más importantes del rover serán recolectadas por un taladro de perforación en el extremo del brazo, luego guardadas en tubos de metal que Perseverance depositará en la superficie para hacer volver a la Tierra en una misión futura.

Casi todas las misiones que han aterrizado con éxito en Marte, desde los módulos de aterrizaje Viking hasta el rover Curiosity, han incluido un espectrómetro de fluorescencia de rayos X de algún tipo. Una de las principales diferencias entre PIXL y sus predecesores es su capacidad para escanear rocas utilizando un haz de rayos X potente y enfocado con precisión para descubrir dónde, y en qué cantidad los productos químicos se distribuyen por la superficie.

“El haz de rayos X de PIXL es tan estrecho que puede señalar características tan pequeñas como un grano de sal. Eso nos permite vincular con mucha precisión los químicos que detectamos hasta texturas específicas en una roca”, dijo Abigail Allwood, investigadora principal de PIXL en el Jet de la NASA. Laboratorio de propulsión en el sur de California.

Las texturas de las rocas serán una pista esencial a la hora de decidir qué muestras vale la pena devolver a la Tierra. En nuestro planeta, las rocas distintivamente deformadas llamadas estromatolitos se hicieron a partir de antiguas capas de bacterias, y son solo un ejemplo de vida antigua fosilizada que los científicos estarán buscando.

PIXL abre su cubierta antipolvo durante las pruebas en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Uno de los siete instrumentos del rover Perseverance Mars de la NASA, PIXL, está ubicado en el extremo del brazo robótico del rover.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.
Un búho nocturno impulsado por IA

Para ayudar a encontrar los mejores objetivos, PIXL no se basa únicamente en un haz de rayos X de precisión. También necesita un hexápodo, un dispositivo con seis patas mecánicas que conectan PIXL al brazo robótico y se guía por inteligencia artificial para obtener el objetivo más preciso. Después de que el brazo del rover se coloque cerca de una roca interesante, PIXL usará una cámara y un láser para calcular su distancia. Luego, esas piernas harán pequeños movimientos, del orden de solo 100 micrones, o aproximadamente el doble del ancho de un cabello humano, para que el dispositivo pueda escanear el objetivo, mapeando los productos químicos que se encuentran dentro de un área del tamaño de un sello postal.

“El hexápodo descubre por sí solo cómo apuntar y extender sus patas aún más cerca de un objetivo de roca”, dijo Allwood. “Es como un pequeño robot que se aloja perfectamente al final del brazo del rover”.

Luego, PIXL mide los rayos X en ráfagas de 10 segundos desde un solo punto en una roca antes de que el instrumento se incline 100 micrones y tome otra medición. Para producir uno de esos mapas químicos del tamaño de una estampilla postal, es posible que deba hacerlo miles de veces en el transcurso de ocho o nueve horas.

Ese período de tiempo es en parte lo que hace que los ajustes microscópicos de PIXL sean tan críticos: la temperatura en Marte cambia en más de 38 grados Celsius en el transcurso de un día, lo que hace que el metal en el brazo robótico de Perseverance se expanda y contraiga 13 milímetros. Para minimizar las contracciones térmicas con las que tiene que lidiar PIXL, el instrumento realizará su ytabajo científico después de que se ponga el sol.

“PIXL es un búho nocturno”, dijo Allwood. “La temperatura es más estable por la noche y eso también nos permite trabajar en un momento en el que hay menos actividad en el rover”.

Un dispositivo con seis patas mecánicas, el hexápodo es una parte fundamental del instrumento PIXL a bordo del rover Perseverance Mars de la NASA. El hexápodo permite que PIXL realice movimientos lentos y precisos para acercarse y apuntar a partes específicas de la superficie de una roca. Este GIF se ha acelerado considerablemente para mostrar cómo se mueve el hexápodo.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.
Rayos X para el arte y la ciencia

Mucho antes de que la fluorescencia de rayos X llegara a Marte, los geólogos y metalúrgicos la usaban para identificar materiales. Eventualmente se convirtió en una técnica de museo estándar para descubrir los orígenes de las pinturas o detectar falsificaciones.

“Si sabes que un artista usó típicamente cierto blanco de titanio con una firma química única de metales pesados, esta evidencia podría ayudar a autenticar una pintura”, dijo Chris Heirwegh, experto en fluorescencia de rayos X del equipo PIXL en JPL. “O puede determinar si un tipo particular de pintura se originó en Italia en lugar de Francia, vinculándolo a un grupo artístico específico del período de tiempo”.

Para los astrobiólogos, la fluorescencia de rayos X es una forma de leer historias dejadas por el pasado antiguo. Allwood lo usó para determinar que las rocas de estromatolito encontradas en su país natal de Australia son algunos de los fósiles microbianos más antiguos de la Tierra, que datan de 3.500 millones de años. El mapeo de la química en texturas de rocas con PIXL ofrecerá a los científicos pistas para interpretar si una muestra podría ser un microbio fosilizado.

PIXL requiere imágenes de sus objetivos de roca para posicionarse de forma autónoma. Los diodos de luz que rodean su abertura toman fotografías de los objetivos de las rocas cuando el instrumento está funcionando por la noche. Usando inteligencia artificial, PIXL se basa en las imágenes para determinar a qué distrancia está del objetivo que se va a escanear.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.
Más sobre la misión

Un objetivo clave de la misión de Perseverance en Marte es la astrobiología, incluida la búsqueda de signos de vida microbiana antigua. El rover también caracterizará el clima y la geología del planeta, allanará el camino para la exploración humana del Planeta Rojo y será la primera misión planetaria en recolectar y almacenar rocas y regolitos marcianos (roca y polvo rotos). Las misiones posteriores, que actualmente está siendo considerada por la NASA en cooperación con la Agencia Espacial Europea, enviarían naves espaciales a Marte para recolectar estas muestras almacenadas en caché de la superficie y devolverlas a la Tierra para un análisis en profundidad.

La misión Mars 2020 es parte de un programa más amplio que incluye misiones a la Luna como una forma de prepararse para la exploración humana del Planeta Rojo. Encargada de devolver astronautas a la Luna para 2024, la NASA establecerá una presencia humana sostenida en la Luna y sus alrededores para 2028 a través de los planes de exploración lunar Artemis de la NASA.

JPL, que es administrado para la NASA por Caltech en Pasadena, California, construyó y administra las operaciones de los rovers Perseverance y Curiosity.