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Descubriendo los misterios de Marte con la tecnología LIBS

Un fascinante estudio geológico sobre el planeta Marte lleva utilizando la tecnología LIBS para realizar observaciones geoquímicas desde 2012. Hablamos con uno de los científicos responsables del proyecto en colaboración con la NASA.

No es frecuente pensar en la tecnología analítica fuera de los confines de un entorno industrial o de un laboratorio racionalizado en nuestro propio planeta. Pero en el caso de la Espectroscopia de Descomposición Inducida por Láser (LIBS), conocida por el analizador Micral™ de FOSS, estamos hablando de un método que se ha probado en Marte desde 2012.

Hablamos con el científico, el doctor Jens Frydenvang de la Universidad de Copenhague, que está utilizando LIBS para estudiar la geología de Marte en colaboración con la NASA. Jens Frydenvang tiene formación en física y un doctorado en química analítica centrado en LIBS.

Participa en dos de los proyectos LIBS más ambiciosos que existen en la actualidad y que tienen lugar en Marte. Uno es el llamado instrumento Chemcam, a bordo del rover Curiosity de la NASA que aterrizó en Marte en 2012, y el otro es el instrumento Supercam a bordo del rover Perseverance de la NASA que aterrizó en Marte hace tres años. 

 

La tecnología básica de Chemcam y Supercam es LIBS. La nueva Supercam ha sido mejorada con algunas funciones más, pero la tecnología sigue siendo la misma. Ambos instrumentos se han desarrollado en colaboración entre el Laboratorio Nacional de Los Álamos, en Estados Unidos, donde se desarrolló originalmente la LIBS, y la agencia espacial francesa CNES.

 

«Tengo el honor y el privilegio de formar parte de los equipos de ambos instrumentos y de participar especialmente en los esfuerzos de calibración. Entender cómo podemos pasar de la información espectral a obtener la composición elemental de las rocas que estamos observando. Y, obviamente, utilizar los datos geoquímicos que recopilemos para aprender todo lo que podamos sobre la evolución de Marte», explica Jens Frydenvang.

Jens Frydenvang explica la espectroscopia de descomposición inducida por láser

 

El concepto LIBS definido en los años 80 requiere depositar una gran cantidad de energía en una muestra en un corto periodo de tiempo.

 

Esto se consigue mediante un pulso láser que suele durar unos pocos nanosegundos. La energía se deposita en la muestra tan rápidamente que se crea una pequeña explosión en la superficie. Esto crea un plasma débilmente ionizado que inicialmente emite luz debido a una recombinación en el plasma, y finalmente emite una luz muy distinta, que depende de qué elementos se encuentren en la muestra. Si se mide el espectro de esa luz, se puede identificar qué elementos están presentes en la muestra.

Cuando el láser lo rompe todo, lo único que queda son los elementos. La óptica conduce el láser a la muestra y recoge la luz del plasma, conduciéndola a un espectrómetro. Esto es lo básico de la LIBS. Dependiendo del tipo de configuración que se desee, puede haber todo tipo de complejidades, como la forma de disparar a la muestra, el número de pulsos y el momento en que se dispara el láser y se recoge la luz. 

 

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Observaciones geoquímicas en Marte


Con el instrumento LIBS instalado, el rover puede medir la superficie marciana en una circunferencia de hasta seis metros. Aquí es donde el proyecto puede beneficiarse realmente de los puntos fuertes de la tecnología LIBS.

«Podemos obtener una buena medición LIBS de las rocas y el suelo de la superficie marciana. Y podemos hacerlo sin necesidad de desplazarnos hasta allí, simplemente disparando el láser desde dondequiera que llegue el rover. Es una observación rápida, al menos comparada con cualquier otra observación geoquímica que pudiéramos hacer. Una observación suele durar unos 15 minutos, y luego pasamos al siguiente objetivo o seguimos conduciendo, lo que nos apetezca en ese día concreto en Marte».

La capacidad de disparar el láser y realizar observaciones analíticas a distancia permite obtener un gran volumen de mediciones LIBS. «Eso nos permite seguir realmente cómo varía la evolución geoquímica a medida que recorremos la superficie marciana», afirma Jens Frydenvang. 

«Nuestra capacidad de realizar muchas observaciones significa que ChemCam y SuperCam pueden utilizarse como exploradores para decidir si necesitamos conducir hasta un afloramiento específico y utilizar nuestro brazo. Podemos perforar la muestra y obtener observaciones mucho más detalladas, examinar la mineralogía, etc., si las mediciones del instrumento Chemcam LIBS nos indican que se trata de algo realmente interesante», añade.

 

Otra parte del trabajo consiste en el rastreo continuo. «Tenemos el poder, los recursos y el alcance para encontrar rocas relevantes para investigar y ver si algo ha cambiado en comparación con donde estuvimos la última vez. Así, tenemos un fantástico tipo de seguimiento de cómo ha evolucionado la geoquímica a medida que subimos por las capas geológicas de una montaña en Marte».

 

En términos de potencia, el instrumento LIBS no necesita tanta, lo que también es una ventaja.

 

 

¿Por qué LIBS?


Cabe preguntarse por qué LIBS. ¿Existe algún otro método que pueda proporcionar las mismas mediciones? Según Jens Frydenvang, la respuesta corta es no. Hay otras tecnologías disponibles, como la fluorescencia de rayos X (XRF), pero requiere más tiempo de análisis o que te acerques mucho a la muestra. 

«Tenemos una versión de fluorescencia de rayos X en ambos vehículos que también proporciona observaciones geoquímicas. En el Curiosity se trata de un instrumento de fluorescencia inducida por partículas llamado APXS, y en el roverance Perseverance tenemos un instrumento de micro-XRF llamado PIXL. En ambos casos, el tiempo necesario para obtener una observación suele ser mucho mayor que el de una sola observación LIBS, y también es necesario que el brazo pueda desplegarse sobre el objetivo», explica. «Comparado con la fluorescencia de rayos X, el instrumento LIBS es más rápido y mucho más flexible», añade. 

«Además, tenemos la ventaja de que, como parte integrante de LIBS, creamos esas explosiones en la superficie, lo que significa que eliminamos con bastante eficacia el polvo que, de otro modo, cubriría todas las partes de la superficie marciana. Así que, gracias al concepto inherente de LIBS, disponemos de una forma única de llegar a las rocas subyacentes sin que nos afecte el omnipresente polvo superficial». 

Conseguir una superficie de muestra limpia es, por otra parte, un problema bastante importante en el caso de la fluorescencia de rayos X. En el rover Curiosity, las buenas observaciones APXS suelen requerir el uso de un cepillo para eliminar el polvo, y en el rover Perseverance, las observaciones PIXL suelen ir precedidas de la abrasión de la roca con el taladro del rover para obtener una superficie fresca. «La LIBS se ha convertido en una herramienta muy poderosa para la exploración planetaria», concluye Jens Frydenvang.

 

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