O Perseverance Rover, parte da missão Mars 2020 da NASA, representa um marco significativo na exploração planetária, com o objetivo de buscar sinais de vida passada e coletar amostras para um eventual retorno à Terra. Entre os diversos instrumentos de ponta embarcados no rover, destaca-se o Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL), um espectrômetro de fluorescência de raios X de microfoco montado no braço robótico do Perseverance.
O PIXL foi projetado para realizar observações de alta resolução espacial da química de rochas e solos marcianos. Sua capacidade de analisar a química elementar de uma superfície-alvo com uma precisão notável, utilizando um feixe de raios X com diâmetro de 120 micrômetros, permite a detecção de elementos formadores de rochas, tanto maiores quanto menores, além de diversos elementos traço. Em apenas 10 segundos, o PIXL pode analisar um único grão de areia, fornecendo dados cruciais sobre a composição química do material.
Ao longo de várias horas, o PIXL pode escanear autonomamente uma área da superfície rochosa, criando um mapa hiperespectral composto por milhares de pontos medidos individualmente. Quando esses dados são correlacionados com imagens em cores falsas adquiridas pela Micro-Context Camera (MCC) do PIXL, desenvolvida pela Universidade Técnica da Dinamarca, é possível revelar a distribuição e variações de abundância dos elementos químicos que compõem a rocha, com uma precisão comparável a uma lente de aumento geológica de 10x.
Essa capacidade de análise detalhada em escala submilimétrica é crucial para entender a textura e a estrutura física das rochas, fornecendo uma ligação valiosa entre observações em escalas maiores, realizadas por outros instrumentos do Perseverance, como o Mastcam-Z, RIMFAX e Supercam, e medições em escalas muito menores que serão feitas em amostras retornadas a laboratórios terrestres.
O PIXL não apenas amplia nossa compreensão da geologia marciana, mas também desempenha um papel fundamental na busca por sinais de vida passada. Ao fornecer uma avaliação geoquímica detalhada dos ambientes antigos de Marte, o PIXL ajuda a identificar locais com potencial de preservação de biossinais. Além disso, a análise química detalhada realizada pelo PIXL é essencial para selecionar um conjunto convincente de amostras para retorno à Terra, onde análises laboratoriais mais sofisticadas podem ser realizadas.
Em resumo, o PIXL é uma ferramenta vital na missão Mars 2020, oferecendo uma janela sem precedentes para a química e a história geológica de Marte. Sua capacidade de realizar análises químicas detalhadas em alta resolução espacial torna-o indispensável para a exploração e compreensão do Planeta Vermelho.
O Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL) é um dos instrumentos mais avançados a bordo do rover Perseverance da NASA, projetado para realizar análises geoquímicas detalhadas da superfície marciana. O PIXL é composto por três componentes principais: o sensor assembly, a unidade eletrônica do corpo (Body Unit Electronics, BUE) e o alvo de calibração (calibration target).
O sensor assembly é a peça central do PIXL, montada na torre de instrumentos no final do braço robótico do rover. Este componente contém o hardware essencial que gera, foca e detecta os raios-X, além de capturar imagens com iluminação por flash e medir a distância até o alvo por meio de arrays de pontos de laser projetados pelos Structured Light Illuminators (SLIs). O sensor assembly é conectado à torre do braço do rover por seis suportes atuados, organizados em três pares, que permitem ajustar a posição da cabeça do sensor em X, Y, Z, inclinação e rotação. Isso possibilita o apontamento preciso da cabeça do sensor para um local especificado, ajuste de foco e execução de varreduras.
A unidade eletrônica do corpo (BUE) está montada dentro do corpo do rover e contém a maioria dos controles eletrônicos do instrumento, incluindo uma unidade eletrônica separada para a Micro-Context Camera (MCC). A BUE está conectada eletricamente ao sensor assembly por aproximadamente 12 metros de uma combinação de cabos flexíveis e fios redondos, permitindo a transmissão de dados e comandos entre os componentes.
O alvo de calibração está montado na carcaça do motor de azimute do braço do rover. Este alvo inclui discos de PTFE, vidro BHVO-2, vidro NIST-610, o mineral scapolita (montado em epóxi), um disco de vidro com uma cruz metálica composta por uma linha de cromo em um eixo e uma linha de níquel no outro eixo, além de uma distribuição pseudo-aleatória de pontos pretos, divididos entre duas superfícies separadas por 5 mm de profundidade. Essas características permitem a calibração do subsistema de raios-X e do alinhamento geométrico da MCC, dos SLIs (coletivamente chamados de “Optical Fiducial Subsystem, ou OFS”) e do feixe de raios-X.
O PIXL realiza três tipos básicos de varreduras: line scans, grid scans e map scans. As varreduras de linha envolvem a análise de uma linha reta de pontos na superfície do alvo, enquanto as varreduras de grade escaneiam o feixe de raios-X em duas dimensões, com tamanhos de passo maiores que o diâmetro do feixe. As varreduras de mapa são as mais densas e ricas em informações, escaneando o feixe de raios-X em duas dimensões com tamanhos de passo iguais ao diâmetro do feixe, mas exigem mais tempo para serem executadas, geralmente realizadas à noite para minimizar a deriva térmica.
Esses componentes e modos de operação permitem ao PIXL realizar análises geoquímicas detalhadas e precisas, fornecendo dados cruciais para a missão de explorar a habitabilidade passada de Marte e buscar sinais de vida antiga.
O instrumento Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL) a bordo do rover Perseverance da NASA tem três objetivos científicos primordiais que guiam suas operações e análises. Primeiramente, o PIXL visa fornecer uma avaliação geoquímica detalhada dos ambientes passados em Marte. Esta avaliação é crucial para entender a habitabilidade do planeta no passado e o potencial de preservação de biossinais. A análise geoquímica detalhada permite a identificação de condições ambientais que poderiam ter suportado vida microbiana, como a presença de água líquida e nutrientes essenciais.
O segundo objetivo do PIXL é detectar e caracterizar quaisquer potenciais biossinais químicos que possam ser encontrados. Biossinais são indicadores de vida passada ou presente, e sua detecção em Marte seria uma descoberta monumental. O PIXL é capaz de identificar elementos químicos em níveis de concentração muito baixos, o que é essencial para a detecção de biossinais que podem estar presentes em quantidades minúsculas. Além disso, o instrumento pode caracterizar a geoquímica de outros tipos de potenciais biossinais, fornecendo uma compreensão mais completa dos processos biológicos que poderiam ter ocorrido.
O terceiro objetivo é fornecer uma base geoquímica detalhada para a seleção de um conjunto convincente de amostras para retorno à Terra. A missão Mars 2020 inclui planos para coletar e armazenar amostras de rochas e solo marciano, que serão eventualmente trazidas de volta à Terra para análises mais detalhadas em laboratórios avançados. A análise precisa e detalhada do PIXL ajudará a identificar as amostras mais promissoras, aquelas que têm maior probabilidade de conter informações valiosas sobre a história geológica e biológica de Marte.
Para alcançar esses objetivos, o PIXL realiza observações integradas de propriedades-chave das rochas em escalas regionais, de afloramento e microscópicas. Uma das propriedades mais importantes a serem medidas é a química elementar em escala fina. A abundância e distribuição de elementos em escalas submilimétricas são cruciais porque a origem, biogenicidade e significado paleoambiental dos elementos dependem fortemente de sua distribuição em relação aos componentes individuais da rocha. Esses componentes podem estar presentes em escalas submilimétricas e representar diferentes fases da história da rocha, desde grãos detríticos pré-genéticos até veios de corte pós-genéticos e frentes de intemperismo.
Em resumo, os objetivos científicos do PIXL são ambiciosos e abrangentes, buscando não apenas entender a geoquímica de Marte, mas também procurar sinais de vida passada e selecionar amostras que possam revolucionar nosso conhecimento sobre o Planeta Vermelho. A capacidade do PIXL de realizar análises detalhadas em múltiplas escalas torna-o uma ferramenta essencial para a missão Mars 2020 e para futuras explorações de Marte.
O instrumento PIXL, montado no braço robótico do rover Perseverance, é responsável por coletar uma vasta gama de dados cruciais para a missão Mars 2020. Esses dados consistem principalmente de espectros de raios X, imagens detalhadas, informações espaciais coletadas pelo Optical Fiducial Subsystem (OFS) e dados de manutenção do instrumento. Após a coleta, esses dados são transmitidos para a Terra, onde são processados pelo Science Data System do PIXL, resultando em produtos de dados científicos e de engenharia que são essenciais para a tomada de decisões rápidas durante a missão.
O processamento dos dados do PIXL é realizado utilizando o software PIXLISE, uma ferramenta de análise visual baseada em nuvem desenvolvida em colaboração com a Queensland University of Technology. PIXLISE permite que os cientistas visualizem múltiplos mapeamentos dos dados simultaneamente, facilitando a interpretação e análise detalhada das informações coletadas. A quantificação dos dados de fluorescência de raios X (XRF) do PIXL é realizada através do PIQUANT, um código baseado em parâmetros fundamentais da física que incorpora bancos de dados de parâmetros de raios X.
Os produtos de dados gerados pelo PIXL incluem mapas hiperespectrais que revelam a distribuição e abundância de elementos químicos em superfícies rochosas com alta resolução espacial. Esses mapas são correlacionados com imagens de contexto obtidas pela Micro-Context Camera (MCC), permitindo uma análise integrada da geoquímica e da textura física das rochas. A capacidade de realizar análises em escalas submilimétricas é crucial para entender a origem e a significância paleoambiental dos elementos químicos detectados, bem como para identificar potenciais biossinais.
Os dados do PIXL são utilizados para criar produtos de dados “Auto-” e “Quicklook”, que são essenciais para a tomada de decisões táticas rápidas durante a missão. Esses produtos permitem que a equipe científica identifique rapidamente áreas de interesse e planeje atividades futuras do rover com base nas informações mais recentes. Além disso, a análise aprofundada dos dados do PIXL, realizada com o PIXLISE, fornece insights detalhados sobre a composição geoquímica das rochas marcianas, ajudando a selecionar amostras de maior interesse científico para retorno à Terra.
A capacidade do PIXL de realizar varreduras de alta densidade e obter medições ricas em informações é fundamental para a missão Mars 2020. As varreduras de mapa, que podem levar até 16 horas para serem concluídas, são realizadas durante a noite, quando o rover está em modo de repouso e o desvio térmico é minimizado. Esses dados detalhados são essenciais para construir uma compreensão abrangente da habitabilidade passada de Marte e para a busca de biossinais, contribuindo significativamente para os objetivos científicos da missão.
À medida que a missão Mars 2020 avança, as expectativas em torno dos resultados proporcionados pelo instrumento PIXL são elevadas, especialmente após a conclusão da fase inicial de operações de superfície, conhecida como “Surface Operations Transition Phase” (SOX). Durante esta fase, que dura aproximadamente 30 sóis (dias marcianos), o Perseverance Rover realiza calibrações iniciais e testes operacionais, preparando-se para a coleta de dados científicos robustos. A capacidade do PIXL de realizar análises geoquímicas detalhadas em alta resolução espacial é crucial para a missão, fornecendo insights sem precedentes sobre a composição química das rochas e solos marcianos.
Os dados coletados pelo PIXL são esperados para desempenhar um papel vital na seleção de amostras para retorno à Terra. A análise detalhada da distribuição e abundância de elementos químicos em escalas submilimétricas permitirá aos cientistas identificar rochas que contêm assinaturas geoquímicas de ambientes habitáveis passados e potenciais biossinais. Essas amostras, uma vez retornadas, poderão ser estudadas com técnicas laboratoriais avançadas, oferecendo uma compreensão ainda mais profunda da história geológica e potencial biológico de Marte.
Além disso, os resultados do PIXL têm o potencial de impactar significativamente nossa compreensão da habitabilidade passada de Marte. A identificação de ambientes que poderiam ter suportado vida microbiana e a detecção de possíveis biossinais químicos são fundamentais para responder à pergunta central da astrobiologia: Marte já abrigou vida? A capacidade do PIXL de correlacionar dados geoquímicos com a textura e estrutura física das rochas em escalas comparáveis a uma lente de mão geológica de 10x é particularmente valiosa. Isso permite uma interpretação mais precisa dos processos geológicos que moldaram a superfície marciana e das condições ambientais que prevaleceram no passado.
O impacto dos dados do PIXL também se estende à compreensão dos processos diagenéticos e de alteração que as rochas marcianas sofreram ao longo do tempo. A detecção de veios de minerais, frentes de intemperismo e outros componentes pós-genéticos fornece informações sobre a história de interação entre a rocha e os fluidos, o que é crucial para reconstruir o histórico climático e hidrológico de Marte.
Em resumo, os resultados esperados do PIXL são de extrema importância para a missão Mars 2020. Eles não apenas auxiliam na seleção de amostras para retorno à Terra, mas também fornecem uma base sólida para a interpretação dos ambientes passados de Marte e a busca por sinais de vida. O impacto desses dados na astrobiologia e na geologia planetária promete ser profundo, contribuindo significativamente para nossa compreensão do Planeta Vermelho e da possibilidade de vida além da Terra.
Fonte:
[PDF] 2103.07001v1.pdf
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