Dans cette illustration, Le rover Perseverance Mars de la NASA utilise l'instrument planétaire pour la lithochimie aux rayons X (PIXL). Situé sur la tourelle au bout du bras robotique du rover, le spectromètre à rayons X aidera à rechercher des signes de vie microbienne ancienne dans les roches. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Le rover Mars 2020 Perseverance de la NASA a une route difficile à parcourir:après avoir dû traverser l'entrée déchirante, descente, et la phase d'atterrissage de la mission le 18 février, 2021, il commencera à rechercher des traces de vie microscopique datant de milliards d'années. C'est pourquoi il emballe PIXL, un appareil à rayons X de précision alimenté par l'intelligence artificielle (IA).
Abréviation de Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry, PIXL est un instrument de la taille d'une boîte à lunch situé à l'extrémité du bras robotique de 7 pieds de long (2 mètres de long) de Perseverance. Les échantillons les plus importants du rover seront prélevés par un carottier au bout du bras, puis planqués dans des tubes métalliques que Persévérance déposera à la surface pour un retour sur Terre par une future mission.
Presque toutes les missions qui ont atterri avec succès sur Mars, des atterrisseurs vikings au rover Curiosity, a inclus un spectromètre à fluorescence X d'une certaine sorte. L'une des principales différences entre PIXL et ses prédécesseurs réside dans sa capacité à numériser la roche à l'aide d'un puissant, faisceau de rayons X finement focalisé pour découvrir où et en quelle quantité les produits chimiques sont distribués sur la surface.
"Le faisceau de rayons X de PIXL est si étroit qu'il peut identifier des caractéristiques aussi petites qu'un grain de sel. Cela nous permet de lier très précisément les produits chimiques que nous détectons à des textures spécifiques dans une roche, " a déclaré Abigail Allwood, Le chercheur principal de PIXL au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud.
Les textures rocheuses seront un indice essentiel pour décider quels échantillons valent la peine d'être renvoyés sur Terre. Sur notre planète, les roches distinctement déformées appelées stromatolites ont été fabriquées à partir d'anciennes couches de bactéries, et ils ne sont qu'un exemple de vie ancienne fossilisée que les scientifiques rechercheront.
PIXL a besoin de photos de ses cibles rocheuses pour se positionner de manière autonome. Des diodes lumineuses encerclent son ouverture et prennent des photos de cibles rocheuses lorsque l'instrument fonctionne la nuit. Grâce à l'intelligence artificielle, PIXL s'appuie sur les images pour déterminer à quelle distance il se trouve d'une cible à numériser. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Un oiseau de nuit alimenté par l'IA
Pour vous aider à trouver les meilleures cibles, PIXL repose sur plus qu'un simple faisceau de rayons X de précision. Il a également besoin d'un hexapode, un appareil doté de six pattes mécaniques reliant PIXL au bras robotique et guidé par l'intelligence artificielle pour obtenir la visée la plus précise. Une fois le bras du rover placé près d'un rocher intéressant, PIXL utilise une caméra et un laser pour calculer sa distance. Ensuite, ces jambes font de minuscules mouvements, de l'ordre de seulement 100 microns, ou environ deux fois la largeur d'un cheveu humain, afin que l'appareil puisse scanner la cible, cartographier les produits chimiques trouvés dans une zone de la taille d'un timbre-poste.
"L'hexapode découvre par lui-même comment pointer et étendre ses pattes encore plus près d'une cible rocheuse, " a déclaré Allwood. "C'est un peu comme un petit robot qui s'est installé au bout du bras du rover."
Ensuite, PIXL mesure les rayons X en rafales de 10 secondes à partir d'un seul point sur un rocher avant que l'instrument ne s'incline de 100 microns et prenne une autre mesure. Pour produire une de ces cartes chimiques de la taille d'un timbre-poste, il peut avoir besoin de le faire des milliers de fois en huit ou neuf heures.
Un appareil à six pattes mécaniques, l'hexapode est un élément essentiel de l'instrument PIXL à bord du rover Perseverance Mars de la NASA. L'hexapode permet à PIXL de ralentir, mouvements précis pour se rapprocher et pointer vers des parties spécifiques de la surface d'une roche. Ce GIF a été considérablement accéléré pour montrer comment l'hexapode se déplace. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Ce délai est en partie ce qui rend les ajustements microscopiques de PIXL si critiques :la température sur Mars change de plus de 100 degrés Fahrenheit (38 degrés Celsius) au cours d'une journée, provoquant l'expansion et la contraction du métal du bras robotique de Persévérance d'un demi-pouce (13 millimètres). Pour minimiser les contractions thermiques auxquelles PIXL doit faire face, l'instrument mènera sa science après le coucher du soleil.
"PIXL est un oiseau de nuit, " Allwood dit. " La température est plus stable la nuit, et cela nous permet également de travailler à un moment où il y a moins d'activité sur le rover."
Rayons X pour l'art et la science
Bien avant que la fluorescence X n'atteigne Mars, il a été utilisé par les géologues et les métallurgistes pour identifier les matériaux. C'est finalement devenu une technique muséale standard pour découvrir l'origine des peintures ou détecter les contrefaçons.
PIXL ouvre son couvercle anti-poussière lors des tests au Jet Propulsion Laboratory de la NASA. L'un des sept instruments du rover Perseverance Mars de la NASA, PIXL est situé à l'extrémité du bras robotique du rover. Crédit :NASA/JPL-Caltech
"Si vous savez qu'un artiste utilisait généralement un certain blanc de titane avec une signature chimique unique de métaux lourds, cette preuve pourrait aider à authentifier une peinture, " a déclaré Chris Heirwegh, un expert en fluorescence X de l'équipe PIXL du JPL. "Ou vous pouvez déterminer si un type particulier de peinture est originaire d'Italie plutôt que de France, le reliant à un groupe artistique spécifique de l'époque."
Pour les astrobiologistes, La fluorescence X est un moyen de lire les histoires laissées par le passé antique. Allwood l'a utilisé pour déterminer que les roches stromatolites trouvées dans son pays natal, l'Australie, sont parmi les plus anciens fossiles microbiens de la Terre, datant de 3,5 milliards d'années. Mapping out the chemistry in rock textures with PIXL will offer scientists clues to interpret whether a sample could be a fossilized microbe.
More About the Mission
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.
