Il rover Perseverance Mars 2020 della NASA ha davanti a sé una strada impegnativa:dopo aver dovuto superare l'ingresso straziante, discesa, e fase di atterraggio della missione il 18 febbraio, 2021, comincerà a cercare tracce di vita microscopica da miliardi di anni fa. Ecco perché sta preparando PIXL, un dispositivo a raggi X di precisione alimentato dall'intelligenza artificiale (AI).

Abbreviazione di Strumento planetario per litochimica a raggi X, PIXL è uno strumento formato lunchbox situato all'estremità del braccio robotico di Perseverance lungo 7 piedi (2 metri). I campioni più importanti del rover saranno raccolti da una carotatrice all'estremità del braccio, poi nascosto in tubi di metallo che Perseverance depositerà sulla superficie per il ritorno sulla Terra da una futura missione.

Quasi tutte le missioni che sono atterrate con successo su Marte, dai lander vichinghi al rover Curiosity, ha incluso uno spettrometro a fluorescenza a raggi X di qualche tipo. Uno dei principali modi in cui PIXL differisce dai suoi predecessori è nella sua capacità di scansionare la roccia usando un potente, fascio di raggi X finemente focalizzato per scoprire dove e in quale quantità le sostanze chimiche sono distribuite sulla superficie.

"Il raggio di raggi X di PIXL è così stretto che può individuare caratteristiche piccole come un granello di sale. Ciò ci consente di legare in modo molto accurato le sostanze chimiche che rileviamo a trame specifiche in una roccia, "ha detto Abigail Allwood, Investigatore principale di PIXL presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California.

Le trame delle rocce saranno un indizio essenziale per decidere quali campioni vale la pena tornare sulla Terra. Sul nostro pianeta, rocce distintamente deformate chiamate stromatoliti erano costituite da antichi strati di batteri, e sono solo un esempio di vita antica fossilizzata che gli scienziati cercheranno.

Un nottambulo alimentato dall'intelligenza artificiale

Per aiutare a trovare i migliori obiettivi, PIXL si basa su più di un raggio di raggi X di precisione da solo. Ha anche bisogno di un esapode, un dispositivo con sei gambe meccaniche che collegano PIXL al braccio robotico e guidate dall'intelligenza artificiale per ottenere la mira più precisa. Dopo che il braccio del rover è stato posizionato vicino a una roccia interessante, PIXL utilizza una fotocamera e un laser per calcolare la sua distanza. Poi quelle gambe fanno piccoli movimenti, dell'ordine di appena 100 micron, o circa il doppio di un capello umano, in modo che il dispositivo possa scansionare il bersaglio, mappare le sostanze chimiche trovate all'interno di un'area delle dimensioni di un francobollo.

"L'esapode capisce da solo come puntare ed estendere le sue gambe ancora più vicino a un bersaglio roccioso, " Ha detto Allwood. "E 'un po' come un piccolo robot che si è fatto a suo agio all'estremità del braccio del rover."

Quindi PIXL misura i raggi X in raffiche di 10 secondi da un singolo punto su una roccia prima che lo strumento si inclini di 100 micron ed esegua un'altra misurazione. Per produrre una di quelle mappe chimiche delle dimensioni di un francobollo, potrebbe essere necessario farlo migliaia di volte nel corso di un massimo di otto o nove ore.

Quel lasso di tempo è in parte ciò che rende le regolazioni microscopiche di PIXL così critiche:la temperatura su Marte cambia di oltre 100 gradi Fahrenheit (38 gradi Celsius) nel corso di un giorno, causando l'espansione e la contrazione del metallo sul braccio robotico di Perseverance fino a 13 millimetri. Per ridurre al minimo le contrazioni termiche che PIXL deve affrontare, lo strumento condurrà la sua scienza dopo il tramonto del sole.

"PIXL è un nottambulo, " disse Allwood. "La temperatura è più stabile di notte, e questo ci consente anche di lavorare in un momento in cui c'è meno attività sul rover".

Raggi X per l'arte e la scienza

Molto prima che la fluorescenza dei raggi X arrivasse su Marte, è stato utilizzato da geologi e metallurgisti per identificare i materiali. Alla fine divenne una tecnica museale standard per scoprire le origini dei dipinti o individuare le contraffazioni.

"Se sai che un artista di solito usava un certo bianco di titanio con una firma chimica unica dei metalli pesanti, questa prova potrebbe aiutare ad autenticare un dipinto, " ha detto Chris Heirwegh, un esperto di fluorescenza a raggi X del team PIXL al JPL. "Oppure si può determinare se un particolare tipo di vernice è originario dell'Italia piuttosto che della Francia, collegandolo a un gruppo artistico specifico del periodo."

Per gli astrobiologi, La fluorescenza a raggi X è un modo per leggere le storie lasciate dall'antico passato. Allwood lo ha usato per determinare che le rocce di stromatolite trovate nel suo paese natale, l'Australia, sono alcuni dei più antichi fossili microbici sulla Terra, risalenti a 3,5 miliardi di anni. Mapping out the chemistry in rock textures with PIXL will offer scientists clues to interpret whether a sample could be a fossilized microbe.

Maggiori informazioni sulla missione

A key objective for Perseverance's mission on Mars is astrobiology, including the search for signs of ancient microbial life. The rover will also characterize the planet's climate and geology, pave the way for human exploration of the Red Planet, and be the first planetary mission to collect and cache Martian rock and regolith (broken rock and dust). Subsequent missions, currently under consideration by NASA in cooperation with the European Space Agency, would send spacecraft to Mars to collect these cached samples from the surface and return them to Earth for in-depth analysis.