Summary Gas chromatograph Quadrupole mass spectrometer Tunable laser spectrometer

Transkriptio

1 Summary Curiosity is a rover which contains SAM (Sample analysis at Mars). Curiosity is a size of small SUV, so it can climb over 1 meter tall rocks. It has 6 wheels and four of those have own motor. That allows curiosity to turn around in a complete circle. Curiosity s mission is to find out, if there has been any sort of life in the past, or could there be it in a future. Overall Curiosity is investigating Mars`s chemical and isotopic composition, both solid surface and atmosphere. It is searches organic compounds, which are the ingredients of life, as we know it. Curiosity is like a mobile high-tech laboratory. SAM contains three really sensitive instruments: a gas chromatograph, a quadrupole mass spectrometer, and a tunable laser spectrometer. Each instrument has it s own unique function analyzing a sample from the Mars. The sample may be analyzed by one, two or by all three SAM s instruments. Gas chromatograph heats a sample to vaporize it. Then it separates gases by weight for further analyzing. Quadrupole mass spectrometer breaks molecules with high-speed electrons. Smaller fragments are now able to be identified. Tunable laser spectrometer burns little holes to the soil, to find out, if it contains chemicals important to life: methane, carbon dioxide, and water vapor.

2 Sisällysluettelo: 1. Mars 2. Curiosity 3. SAM 4. Tulevaisuus

3 1.Mars Mars on aurinkokuntamme neljäs planeetta. Sen keskietäisyys auringosta on km. Marsissa on höyrynä, nesteenä ja jäänä esiintyvää vettä. Marsilla kestää noin 686 päivää kiertää aurinko. Marsin halkaisija on 6752,4 km, joka on noin puolet maapallon halkaisijasta. Marsin massa on 6, kg, joka on noin kymmenesosa maan massasta. Putoamiskiihtyvyys marsissa on 3,69 m/s 2 ja sen pyörähdysaika on 24, h. Marsin pinta on pölyä ja kiveä. Marsin pinnanmuodot muodostuvat meteoriittikraatereista, tulivuorista, repeämälaaksoista ja vanhoista joenuomista. Planeetassa sijaitsee myös pohjois- ja etelänapalakit, jotka koostuvat pääosin vesijäästä. 1.2 marsin kaasukehä Marsin kaasukehän paine on noin 6 millibaaria, mutta se vaihtelee vuodenajan mukaan. Kaasukehä muodostuu pääosin hiilidioksidista, typestä ja argonista. Marsin pinnan keskilämpötila on noin -50 astetta ja sen vuorokautinen vaihtelu on hyvin suurta, koska siellä ei ole kunnollista kaasukehää.

4 Marsin navoilla lämpötila voi laskea öisin jopa -130 C asteeseen, kun taas päiväntasaajalla se voi nousta päivisin jopa 25 C asteeseen. Marsissa siis on isot lämpötilanvaihtelut ja siksi se ei ole elämälle kelvollinen paikka. Marsista puuttuu suojaava magneettikenttä, jonka vuoksi kaasukehää karkaa avaruuteen. 2. CURIOSITY Curiosity on robottimönkijä, joka tutkii Marsin Gale-kraateria osana NASAn Mars Science Laboratory (MSL) tutkimusta. Curiosity lähetettiin matkaan maasta 26. marraskuuta 2011 ja laskeutui Marsiin 6. elokuuta Curiosityn on tarkoitus tutkia Marsin ilmastoa ja geologiaa. Se arvioi, onko valitulla koealueella Gale-kraaterin sisäpuolella koskaan ollut mikrobien kehitykselle myönteisiä olosuhteita ja veden roolia siinä sekä planeetan soveltuvuutta asumiseen tulevaisuuteen suunnitelluille miehitetyille tutkimusmatkoille. 2.1 Instrumentit Kuva: Wikipedia

5 KAMERAT Mastercam- kamera (MastCam) MastCam ottaa värikuvia ja ja 10 fps videoita Marsin maastosta. Kuvat ovat laadultaan melko samankaltaisia kuin maassa tavallisella digikameralla otetut kuvat, ja MastCam muodostaa niistä panoraamakuvia. MastCam tallentaa tuhansia kuvia ja monituntisia videoita Maapallolle lähettämistä varten. Mars Hand Lens Imager (MAHLI) MAHLI on Curiosityn robottikädessä oleva kamera, joka ottaa mikroskooppikuvia maaperästä ja kivistä. Vain noin 4 senttimetrin levyinen kamera pystyy ottamaan värikuvia jopa 12,5 mikrometrin kokoisista yksityiskohdista. Kamerassa on sekä valkoisen valon että ultraviolettivalon lähteet, mikä mahdollistaa kuvaamisen sekä päivällä että yöllä. Mars Descent Imager (MARDI) Mars Descent Imager kuvasi 4fps värivideota Curiosityn laskeutuessa Marsiin. Laskeutumisen jälkeen se lähetti datan maahan. Videokuva paitsi auttaa suunnittelemaan seuraavaa laskeutumista Marsiin, se myös antaa laajemman kuvan laskeutumispaikan ympäristöstä. ILMASIMET Radiation Assessment Detector (RAD) Säteilyn voimakkuutta tutkiva RAD mittaa Marsissa olevan säteilyn voimakkuutta ja arvioi sen vaikutusta ihmiselämälle. Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) Dan mittaa vedyn, jään ja veden pitoisuutta Marsin pinnalla. YMPÄRISTÖANTURIT Rover Environmental Monitoring Station (REMS) REMS mittaa Marsin ilmakehän kosteutta, painetta, lämpötilaa, tuulen nopeutta ja ultraviolettisäteilyä. Mars Science Laboratory Entry Descent and Landing Instrument (MEDLI) Ryhmä tunnistimia, jotka keräsivät tietoa Curiosityn laskeutumisesta. Tiedot auttavat suunnittelemaan Marsiin laskeutumisesta turvallisempaa tulevaisuudessa. SPEKTROMETRIT Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS)

6 Mittaa alkuaineiden määrää Marsin kivissä ja maaperässä. APXS on kosketuksissa maa- tai kivinäytteen kanssa ja ampuu siihen alfa-hiukkasia. Nämä röntgensäteet irrottavat näytteestä elektroneja, joiden energian APXS mittaa ja sen perusteella määrittää aineen koostumuksen. Chemistry & Camera (ChemCam) Analysoi haihtuvien materiaalien alkuainerakenteita. ChemCam kertoo uusia asioita mineraaleista ja kivien mikrorakenteista tutkimalla plasman rakennetta, jota syntyy, kun ChemCamin laseroidessa Marsin maaperää. Chemistry & Mineralogy X-Ray Diffraction (CheMin) CheMin tunnistaa ja mittaa eri mineraalien määriä. Mineraalit indikoivat ympäristöolosuhteita niiden syntymishetkellä, minkä vuoksi ne ovat tärkeitä Marsin historian tutkimisen kannalta. CheMinin avulla voidaan esimerkiksi tutkia laajemmin veden osuutta mineraalien syntymiseen. 2.2 Energianlähde Curiosityn energiantuotanto perustuu radioaktiivisen materiaalin hajoamiseen ja siitä seuraavaan lämmöntuottoon. Radioaktiivinen materiaalin hajoaminen tuottaa lämpöä ja tuotettu lämpö muutetaan sähkövirraksi puolijohdekomponenteilla.

7 SAM (The Sample Analysis at Mars) SAM on työkalusarja, mikä koostuu kolmesta mittauslaitteesta: massaspektrometristä, TSL-viritettävästä laserspektrometristä ja kaasukromatografiasta. Näiden mittauslaitteisen lisäksi SAM:ssa on muutakin elektroniikka ja monia muita komponentteja. Tämä työkalusarja on osa Curiosity-mönkijää, joka tutkii Marsia. SAM analysoi ja mittaa Mars-planeetan maaperää orgaanisia yhdisteitä ja kaasuja kuten vetyä, happea ja typpeä, jotka ovat elämälle välttämättömiä kaasuja. Samalla saadaan tietoa voisiko Marssiin joskus syntyä elämää ja onko siellä joskus sitä ollut. 3.1 Kvadrupoli- massaspektrometri (QMS)

8 Massaspektrometri on laite, jota käytetään esimerkiksi molekyylien massojen tutkimisessa. Massaspektrometri koostuu ionilähteestä josta tulleet ionit kiihdytetään sähkökentässä ja johdetaan magneettikentän läpi, jolloin magneettikentän voiman vaikutuksesta ionit kaartuu ja iskeytyy tietokoneeseen kytkettyyn ilmaisimeen, joka antaa informaatiota jatko analysointia varten. Datasta voidaan tunnistaa eri alkuaineet ja niiden isotoopit. Kvadrupoli-massaspektrometri mittaa Marsin maaperän ja ilmakehän alkuaineita ja niiden isotooppeja. 3.2 Viritettävä laserspektrometri (TLS) TLS-laserspektrometrin tehtävänä on suorittaa tarkkoja mittauksia hapen ja hiilen isotooppien suhdeluvuista hiilidioksidissa, metaanissa ja vedessä. Mittauksien avulla voidaan erottaa tarkasti niiden biologinen ja geokemiallinen alkuperä. Näin saadaan tietoa onko Mars ollut soveltuva elämälle ja onko se nykyäänkin soveltuva. Laserspektrometrillä mitataan valon absorboitumista tietyillä aallonpituuksilla ja TLS mittaa vesihöyryn, metaanin ja hiilidioksidin konsentraatiota Marsin ilmakehässä. Tämä laite sisältää kammion, joka koostuu kahdesta peilistä jotka heijastavat edestakaisin tietylle aallonpituudelle viritetyn lasersäteen. Näiden kahden vastakkaisen peilien välissä on analysoitavaa kaasua,

9 jonka absorboitumista on helpompi seurata kammiossa. Eri yhdisteet absorboivat eri aallonpituuksia, jolloin eri hiukkaset voidaan tunnistaa helposti. 3.3 Kaasukromatografi (GC) Kaasukromatografia käytetään haihtuvien yhdisteiden erotteluun, tunnistamiseen ja kvantitatiiviseen määrittämiseen. Erottelu perustuu kaasumaisen yhdisteen jakautumiseen liikkuvan kaasufaasin eli kantaja kaasun ja paikallaan pysyvän faasin välillä. Erottelu tapahtuu lämpötilakontrolloidussa uunissa olevassa kolonnissa, ohuessa putkessa, missä on paikallaan pysyvä faasi eli stationäärifaasi. Analysoitavilla yhdisteillä on erilaisa vuorovaikutuksia käytettävän stationäärifaasin kanssa, esimerkiksi näytteet kulkevät kolonnin läpi erilaisilla nopeuksilla. Täten yhdisteet voidaan tunnistaa erikseen. Curiosityssä tämä kyseinen kaasukromatografi tutkii ja kerää näytteitä Marsin maaperästä ja antaa tietoa analysoitavaksi QMS-massaspektrometrille. 3.4 Kiinteät näyteensyöttö putket (SSIT) Näytteensyöttöputkiin Curiosityn robottikäsivarret toimittaa maaperä- ja jauhettuakivinäytteitä analysoitavaksi muille SAM:in pääkomponenteille erilaisten siirtolinjojen avulla.

10 4. Tulokset Curiosityn tehtävä Marsissa on onnistunut erittäin hyvin ja sieltä ollaan saatu kerättyä erittäin hyödyllistä dataa analysointia varten. Esimerkiksi tutkijat ovat saaneet erittäin vakaita todisteita siitä, että Marsissa on ollut joskus vettä havainnekuvien ja datan avulla. Myös on havaittu, että Marsissa on orgaanisia aineita, mikä on mahdollistanut jonkinlaisen elämän. Näin ollen tutkijat ovat sitä mieltä, että Marsissa on ollut elämää joskus, mutta ajanjaksoa, jolloin elämää on ollut ei vielä tiedetä. On myös monia muita ilmiöitä, mitä ei voida vielä selittää nykyisten tietojen perusteella.

11 5. Tulevaisuus Curiosity-mönkijän jälkeen Marsiin on tarkoitus laskeutua ExoMars mönkijä Ensimmäisen vaiheen ExoMars laskeutujan on tarkoitus olla vain harjoituskappale ESA:lle laskeutumiseen ja vuonna 2020 laskeutuvan varsinaisen mönkijän on tarkoitus laskeutua onnistuneesti harjoituksen ansiosta. Lähiaikoina Marsin pinnalle laskeutuu vain Schiaparelli laskeutuja joka sisältää lähinnä laskeutumiseen tarkoitetun tekniikan ja vain muutamia pintaa analysoivia instrumentteja. Schiaparellin mukana lähettettiin myös Trace Gas Orbiter joka analysoi Marsin ohutta kaasukehää. Uuden mallin mönkijän on tarkoitus tutkia Marsia tarkemmin ja entistä puhtaammin, sillä ExoMars mönkijä on varustettu maksimissaan kahteen metriin poraavalla poralla joka edeltäjäänsä verraten ei polta näytteitä uunissa ja analysoi syntyvää kaasua vaan käsittelee näytteeen laserin avulla. Aiempaa syvemmälle menevän poran ansiosta myös tutkijat pääsevät tutkimaan aivan uutta alaa, sillä Auringon ionisoiva säteily tappaa Marsin maassa olevat eliöt jopa noin puolentoista metrin syvyyteen. Myös laitteen puhtauteen on panostettu aivan uudella tavalla, ilma jossa ExoMars on valmistettu sisältää vain noin kymmenestuhannes osan normaalista avaruusalusten puhdastiloista.

12 Lähteet =0ahUKEwi9_ZPxzMbPAhVJkCwKHf1SDKAQjRwIBw&url=http%3A%2F%2Fhighmars.org %2F&psig=AFQjCNFTVADEtmrZdmtVg7c93ErAaCwxOA&ust= Tieteen Kuvalehti 14/2016