Svelare i misteri di Marte con la tecnologia LIBS

Non capita spesso di pensare alla tecnologia analitica al di fuori dei confini di un ambiente industriale o di un laboratorio ottimizzato sul nostro pianeta. Ma nel caso della Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), nota grazie all'analizzatore FOSS Micral™, stiamo parlando di un metodo che è stato provato e testato su Marte dal 2012.

 

Abbiamo parlato con lo scienziato Jens Frydenvang, PhD dell'Università di Copenaghen, che utilizza la tecnologia LIBS per studiare la geologia di Marte in collaborazione con la NASA. Jens Frydenvang ha una formazione in fisica e un dottorato di ricerca in chimica analitica incentrato sulla LIBS.

 

È coinvolto in due dei più ambiziosi progetti LIBS oggi esistenti, che si svolgono su Marte. Uno è il cosiddetto strumento Chemcam, a bordo del rover Curiosity della NASA, atterrato su Marte nel 2012, l'altro è lo strumento Supercam a bordo del rover Perseverance della NASA, atterrato su Marte tre anni fa. 

 

La tecnologia di base all'interno sia del Chemcam che del Supercam è la LIBS. Il nuovo Supercam è stato aggiornato con alcune funzionalità in più, ma la tecnologia rimane la stessa. Entrambi gli strumenti sono stati sviluppati in collaborazione tra Los Alamos National Laboratory, negli Stati Uniti, dove la LIBS è stata originariamente sviluppata, e l'agenzia spaziale francese CNES.

 

"Ho l'onore e il privilegio di far parte di entrambi questi team di strumenti e di partecipare in particolare agli sforzi di calibrazione. Comprendere come possiamo passare dalle informazioni spettrali ad ottenere la composizione elementare delle rocce che stiamo osservando. E ovviamente utilizzare i dati geochimici che raccogliamo per imparare tutto il possibile sull'evoluzione di Marte", spiega Jens Frydenvang.

 

 

Osservazioni geochimiche su Marte

 

Con lo strumento LIBS in posizione, il rover può misurare la superficie marziana entro una circonferenza di circa sei metri. È qui che il progetto può davvero trarre vantaggio dai punti di forza della tecnologia LIBS.

 

"Possiamo ottenere una buona misurazione LIBS sulle rocce e sul suolo della superficie marziana. E possiamo farlo senza guidare fino a essere sul posto, ma semplicemente sparando il laser da qualsiasi punto in cui finisce il rover. Si tratta di un'osservazione rapida, almeno rispetto a qualsiasi altra osservazione geochimica che potremmo fare. Un'osservazione dura solitamente circa 15 minuti, quindi ci spostiamo verso il target successivo o proseguiamo, qualunque sia il nostro obiettivo in quel particolare giorno su Marte."

 

La possibilità di sparare con il laser e di effettuare osservazioni analitiche a distanza consente di ottenere un elevato volume di misurazioni LIBS. "Questo ci consente di seguire realmente come varia l'evoluzione geochimica man mano che attraversiamo la superficie marziana", afferma Jens Frydenvang. 

 

"La nostra capacità di eseguire molte osservazioni significa che ChemCam e SuperCam possono essere usate come espoloratori per decidere se dobbiamo raggiungere un determinato affioramento e utilizzare il nostro braccio. Se le misurazioni dello strumento Chemcam LIBS ci dicono che il campione è veramente interessante, possiamo scavare nel campione e ottenere osservazioni molto più dettagliate, esaminare la mineralogia e così via", aggiunge.

Un'altra parte del lavoro riguarda il monitoraggio continuo. "Abbiamo la potenza, le risorse e il raggio d'azione per trovare rocce rilevanti da indagare e vedere se è cambiato qualcosa rispetto a dove ci trovavamo l'ultima volta. Quindi, abbiamo un modo fantastico di seguire l'evoluzione della geochimica mentre saliamo attraverso gli strati geologici di una montagna su Marte."

In termini di potenza, lo strumento LIBS non ha bisogno di così tanto, il che è anche un vantaggio.

 

Perché LIBS?

 

Sorge spontanea la domanda: perché LIBS? Esiste un altro metodo in grado di fornire le stesse misurazioni? Secondo Jens Frydenvang, la risposta breve è no. Esistono altre tecnologie disponibili, come la fluorescenza a raggi X (XRF), ma richiedono tempi di analisi più lunghi o l'avvicinamento al campione. 

"Su entrambi i rover abbiamo una versione di fluorescenza a raggi X che fornisce anche osservazioni geochimiche. Su Curiosity si tratta di uno strumento di fluorescenza indotta da particelle chiamato APXS, mentre sul rover Perseverance abbiamo uno strumento micro-XRF chiamato PIXL. Per entrambi, il tempo necessario per ottenere un'osservazione è in genere molto maggiore rispetto a una singola osservazione LIBS e richiede anche che il braccio possa essere dispiegato sul bersaglio", spiega. "Rispetto alla fluorescenza a raggi X, lo strumento LIBS è più veloce e molto più flessibile", aggiunge. 

"Oltre a questo, abbiamo il vantaggio che, poiché una parte integrante della LIBS è la creazione di queste esplosioni sulla superficie, significa che soffiamo via in modo abbastanza efficace la polvere che altrimenti copre tutte le parti della superficie marziana. Quindi, grazie al concetto intrinseco di LIBS, abbiamo un modo unico di raggiungere le rocce sottostanti senza essere influenzati dall'onnipresente polvere superficiale." 

Ottenere una superficie pulita del campione è altrimenti un problema piuttosto grande nel caso della fluorescenza a raggi X. Sul rover Curiosity, buone osservazioni APXS richiedono in genere l'uso di un pennello per rimuovere la polvere, mentre sul rover Perseverance, le osservazioni PIXL sono spesso precedute dall'abrasione della roccia con il perforatore del rover per ottenere una superficie fresca. "Quindi, molteplici sono i vantaggi in cui LIBS è diventata uno strumento molto potente per l'esplorazione planetaria", conclude Jens Frydenvang.