Mentre sfreccia attorno ad un antico fondale lacustre su Marte, il rover Perseverance della NASA sta assemblando una collezione di rocce unica nel suo genere. L'esploratore, grande quanto un'auto, sta perforando metodicamente la superficie del Pianeta Rosso ed estraendo nuclei di roccia che sono immagazzinati in robusti tubi di titanio. Gli scienziati sperano un giorno di riportare i tubi sulla Terra e analizzare il loro contenuto per individuare tracce di vita microbica incorporata.
Da quando è atterrato sulla superficie di Marte nel 2021, il rover ha riempito 20 dei suoi 43 tubi con nuclei di roccia. Ora, i geologi del MIT hanno determinato a distanza una proprietà cruciale delle rocce raccolte fino ad oggi, che aiuterà gli scienziati a rispondere a domande chiave sul passato del pianeta.
In uno studio pubblicato oggi (4 marzo) sulla rivista Earth and Space Science , un team del MIT riferisce di aver determinato l'orientamento originale della maggior parte dei campioni di roccia raccolta finora dal rover. Utilizzando i dati ingegneristici del rover, come il posizionamento del veicolo e la sua perforazione, gli scienziati hanno potuto stimare l'orientamento di ciascun campione di roccia prima che fosse estratto dal suolo marziano.
I risultati rappresentano la prima volta che gli scienziati hanno orientato campioni di roccia su un altro pianeta. Il metodo del team potrà essere applicato ai futuri campioni che il rover raccoglierà mentre espande la sua esplorazione al di fuori dell'antico bacino. Mettendo insieme gli orientamenti di più rocce in varie posizioni si possono quindi fornire agli scienziati indizi sulle condizioni su Marte in cui le rocce si sono originariamente formate.
"Ci sono così tante domande scientifiche che si basano sulla possibilità di conoscere l'orientamento dei campioni che stiamo riportando da Marte", afferma l'autore dello studio Elias Mansbach, uno studente laureato presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell'atmosfera e dei pianeti del MIT.
"L'orientamento delle rocce può dirci qualcosa su qualsiasi campo magnetico che potrebbe essere esistito sul pianeta", aggiunge Benjamin Weiss, professore di scienze planetarie al MIT. "Puoi anche studiare come l'acqua e la lava scorrevano sul pianeta, la direzione dell'antico vento e i processi tettonici, come cosa si sollevò e cosa affondò. Quindi è un sogno poter orientare la roccia su un altro pianeta, perché sta andando per aprire così tante indagini scientifiche."
I coautori di Weiss e Mansbach sono Tanja Bosak e Jennifer Fentress del MIT, insieme a collaboratori di numerose istituzioni tra cui il Jet Propulsion Laboratory del Caltech.
Cambiamento profondo
Il rover Perseverance, soprannominato “Percy”, sta esplorando il fondo del cratere Jezero, un grande cratere da impatto stratificato con rocce ignee, che potrebbero essere state depositate da passate eruzioni vulcaniche, così come rocce sedimentarie che probabilmente si sono formate da un lungo periodo di essiccazione. fiumi che sfociavano nel bacino.
"Marte una volta era caldo e umido, e c'è la possibilità che un tempo lì ci fosse la vita", dice Weiss. "Ora fa freddo e è secco e sul pianeta deve essere successo qualcosa di profondo."
Molti scienziati, incluso Weiss, sospettano che Marte, come la Terra, un tempo ospitasse un campo magnetico che proteggeva il pianeta dal vento solare del sole. Le condizioni allora potrebbero essere state favorevoli per l'acqua e la vita, almeno per un certo periodo.
"Una volta che il campo magnetico scomparve, il vento solare solare - questo plasma che bolle dal sole e si muove più velocemente della velocità del suono - si schiantò contro l'atmosfera di Marte e potrebbe averlo rimosso nel corso di miliardi di anni", dice Weiss. "Vogliamo sapere cosa è successo e perché."
Le rocce sotto la superficie marziana probabilmente conservano una traccia dell'antico campo magnetico del pianeta. Quando le rocce si formano per la prima volta sulla superficie di un pianeta, la direzione dei loro minerali magnetici è determinata dal campo magnetico circostante. L'orientamento delle rocce può quindi aiutare a ricostruire la direzione e l'intensità del campo magnetico del pianeta e come è cambiato nel tempo.
Poiché il rover Perseverance stava raccogliendo campioni di substrato roccioso, insieme al suolo superficiale e all'aria, come parte della sua missione esplorativa, Weiss, che è un membro del team scientifico del rover, e Mansbach hanno cercato modi per determinare l'orientamento originale del substrato roccioso del rover. campioni come primo passo verso la ricostruzione della storia magnetica di Marte.
"Si trattava di un'opportunità straordinaria, ma inizialmente la missione non prevedeva l'orientamento del substrato roccioso", osserva Mansbach.
Rotola con esso
Per diversi mesi, Mansbach e Weiss si sono incontrati con gli ingegneri della NASA per elaborare un piano su come stimare l'orientamento originale di ciascun campione di roccia prima che fosse estratto dal terreno. Il problema era un po' come prevedere la direzione in cui punta un piccolo cerchio di sfoglia, prima di ruotare uno stampino per biscotti rotondo per estrarne un pezzo. Allo stesso modo, per campionare il substrato roccioso, Perseverance avvita una trivella a forma di tubo nel terreno con un angolo perpendicolare, quindi estrae direttamente la trivella, insieme a tutta la roccia in cui penetra.
Per stimare l'orientamento della roccia prima che fosse perforata dal terreno, il team si è reso conto che era necessario misurare tre angoli, l'hade, l'azimut e il rollio, che sono simili al beccheggio, all'imbardata e al rollio di una barca. L'hade è essenzialmente l'inclinazione del campione, mentre l'azimut è la direzione assoluta verso cui punta il campione rispetto al nord geografico. Il tiro si riferisce a quanto un campione deve girare prima di tornare nella sua posizione originale.
Parlando con gli ingegneri della NASA, i geologi del MIT hanno scoperto che i tre angoli richiesti erano legati alle misurazioni che il rover effettua da solo nel corso delle sue normali operazioni. Si sono resi conto che per stimare l'ade e l'azimut di un campione potevano utilizzare le misurazioni del rover dell'orientamento della trivella, poiché potevano supporre che l'inclinazione della trivella fosse parallela a qualsiasi campione estratto.
Per stimare il rotolamento di un campione, il team ha sfruttato una delle telecamere di bordo del rover, che scatta un'immagine della superficie su cui la trivella sta per campionare. Hanno pensato che avrebbero potuto utilizzare qualsiasi caratteristica distintiva sull'immagine della superficie per determinare quanto il campione avrebbe dovuto ruotare per tornare al suo orientamento originale.
Nei casi in cui la superficie non presentava caratteristiche distintive, il team ha utilizzato il laser di bordo del rover per lasciare un segno nella roccia, a forma di lettera "L", prima di estrarre un campione, una mossa a cui si è fatto riferimento scherzosamente all'epoca. tempo come i primi graffiti su un altro pianeta.
Combinando tutti i dati di posizionamento, orientamento e imaging del rover, il team ha stimato gli orientamenti originali di tutti i 20 campioni di roccia marziana raccolti finora, con una precisione paragonabile all'orientamento delle rocce sulla Terra.
"Conosciamo gli orientamenti con un margine di incertezza di 2,7 gradi, che è meglio di quello che possiamo fare con le rocce della Terra", afferma Mansbach. "Stiamo lavorando con gli ingegneri per automatizzare questo processo di orientamento in modo che possa essere eseguito con altri campioni in futuro."
"La fase successiva sarà la più entusiasmante", afferma Weiss. "Il rover uscirà dal cratere per recuperare le rocce più antiche conosciute su Marte, ed è un'incredibile opportunità poter orientare queste rocce e, si spera, scoprire molti di questi antichi processi."
Ulteriori informazioni: Benjamin P. Weiss et al, Campioni di roccia orientata perforati dal rover Perseverance su Marte, Scienze della terra e dello spazio (2024). DOI:10.1029/2023EA003322
Fornito dal Massachusetts Institute of Technology
Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca, l'innovazione e l'insegnamento del MIT.
