Les scientifiques du Southwest Research Institute ont augmenté la vitesse et la précision d'un instrument à l'échelle du laboratoire pour déterminer l'âge des spécimens planétaires sur place. L'équipe miniaturise progressivement la Chimie, Instrument Organics and Dating Experiment (CODEX) pour atteindre une taille adaptée aux missions de vol spatial et d'atterrisseur.

"Le vieillissement in situ est un objectif scientifique important identifié par le National Research Council's Decadal Survey for Mars and the Moon ainsi que les groupes d'analyse du programme d'exploration lunaire et martien, les entités chargées de fournir les données scientifiques nécessaires pour planifier et hiérarchiser les activités d'exploration, " a déclaré le Dr F. Scott Anderson, scientifique du SwRI, qui dirige le développement du CODEX. "Faire cela sur place plutôt que d'essayer de renvoyer des échantillons sur Terre pour évaluation peut résoudre des dilemmes majeurs en science planétaire, offre d'énormes économies de coûts et améliore les possibilités de retour éventuel d'échantillons."

CODEX sera un peu plus gros qu'un micro-onde et comprendra sept lasers et un spectromètre de masse. Les mesures in situ aborderont les questions fondamentales de l'histoire du système solaire, comme lorsque Mars était potentiellement habitable. CODEX a une précision de ±20-80 millions d'années, nettement plus précis que les méthodes de datation actuellement utilisées sur Mars, qui ont une précision de ± 350 millions d'années.

"CODEX utilise un laser d'ablation pour vaporiser une série de petits morceaux d'échantillons de roche, comme ceux à la surface de la Lune ou de Mars, " dit Anderson, qui est l'auteur principal d'un article du CODEX publié en 2020. « Nous reconnaissons certains éléments directement à partir de ce panache de vapeur, nous savons donc de quoi est fait un rocher. Ensuite, les autres lasers CODEX sélectionnent et quantifient sélectivement l'abondance de traces de rubidium (Rb) et de strontium (Sr) radioactifs. Un isotope de Rb se désintègre en Sr sur des périodes de temps connues, donc en mesurant à la fois Rb et Sr, nous pouvons déterminer combien de temps s'est écoulé depuis la formation de la roche."

Alors que la radioactivité est une technique standard pour dater des échantillons sur Terre, peu d'autres endroits dans le système solaire ont été datés de cette façon. Au lieu, les scientifiques ont largement limité la chronologie du système solaire interne en comptant les cratères d'impact sur les surfaces planétaires.

"L'idée derrière la datation des cratères est simple; plus il y a de cratères, plus la surface est ancienne, " dit le Dr Jonathan Levine, un physicien à l'Université Colgate, qui fait partie de l'équipe dirigée par SwRI. "C'est un peu comme dire qu'une personne devient plus mouillée plus elle se tient debout sous la pluie. C'est sans aucun doute vrai. Mais comme pour la pluie qui tombe, nous ne savons pas vraiment à quelle vitesse les météorites sont tombées du ciel. C'est pourquoi la datation par radio-isotope est si importante. La désintégration radioactive est une horloge qui tourne à un rythme connu. Ces techniques déterminent avec précision l'âge des roches et des minéraux, permettant aux scientifiques de dater des événements tels que la cristallisation, métamorphisme et impacts."

La dernière itération de CODEX est cinq fois plus sensible que sa version précédente. Cette précision a été largement obtenue en modifiant la distance de l'échantillon à l'instrument pour améliorer la qualité des données. L'instrument comprend également un laser pulsé ultrarapide et des rapports signal/bruit améliorés pour mieux contraindre la synchronisation des événements dans l'histoire du système solaire.

"Nous miniaturisons les composants du CODEX pour une utilisation sur le terrain lors d'une mission d'atterrisseur vers la Lune ou Mars, " a déclaré Anderson. " Développer des lasers compacts avec des énergies d'impulsion comparables à ce dont nous avons actuellement besoin est un défi considérable, bien que cinq des sept aient été miniaturisés avec succès. Ces lasers ont une fréquence de répétition de 10 kHz, qui permettra à l'instrument d'acquérir des données 500 fois plus rapidement que la conception technique actuelle."

Le spectromètre de masse CODEX, les alimentations et l'électronique de synchronisation sont déjà suffisamment petites pour les vols spatiaux. Les composants de l'instrument sont améliorés pour améliorer la robustesse, stabilité thermique, résistance aux radiations et efficacité énergétique pour supporter le lancement et les opérations autonomes étendues dans des environnements extraterrestres.

Ciblant plusieurs missions futures, SwRI développe deux versions de l'instrument, MANUSCRIT, qui est conçu pour Mars et peut mesurer les matières organiques, et CDEX, qui est conçu pour la Lune, et n'a pas besoin de mesurer les matières organiques. Les programmes Planetary Instrument Concepts for the Advancement of Solar System Observations (PICASSO) et Maturation of Instruments for Solar System Exploration (MatISSE) de la NASA financent le développement de l'instrument, avec un soutien antérieur pour CODEX/CDEX du Programme de définition et de développement d'instruments planétaires (PIDDP).

L'article intitulé "Dating a Martian Meteorite with 20 Ma Precision Using a Prototype In-Situ Dating Instrument" a été publié dans Sciences planétaires et spatiales le 15 juin, 2020.