– Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Hvem, Hvad, hvor > > Jens Martin Knudsen > Mars-støvet analyseres

15. oktober 2014

Del 6 - Marsstøvet analyseres

I 1997 landede Mars Pathfinder på Mars med de dansk-udviklede instrumenter, der skulle undersøge det rustrøde Mars-støv, og sammen med resten af holdet kunne Jens Martin Knudsen nu begynde at analysere de billeder, der blev sendt til Jorden.

Det viste sig, at farven af støvet på de kraftigste magneter var omtrent den samme, som det luftbårne støv man ser, når man kigger på himlen.

Alene dette faktum tyder på, at de partikler, der blev fanget på magneterne, var blandede på en sådan måde at hver enkelt støvpartikel bestod af mange forskellige mineraler, hvoraf kun nogle få af dem er væsentligt magnetiske.

Det støv, som blev tiltrukket til de svagere magneter var gradvist mindre tæt og tilsyneladende også mindre rødt, jo svagere magneterne var i rækken. Dette hænger fint sammen med det faktum, at for at en støvpartikel kan blive tiltrukket til en svag magnet kræves det, at partiklen indeholder kraftigt magnetiserbart materiale - og det mest almindelige, naturligt forekommende magnetiske materiale er mineralet magnetit (som er sort eller mørkt gråt).

Jens Martin Knudsens sidste mission

Desværre mislykkedes de to missioner Mars Surveyor 1998: Mars Climate Orbiter og Mars Polar Lander. Disse tab førte til aflysning af 2001-landeren og en ændring af NASA's Mars Exploration Program: en par bestående af en orbiter (en kredsende satellit) og en landingsmission ved hver eneste opsendelsesmulighed, som forekommer ca. hvert andet år (der er ca. 26 måneder imellem at Mars og Jorden står fordelagtigt i forhold til hinanden).

Her har en kunstner, Dan Maas, forestillet sig en Mars Exploration Rover (Spirit og Opportunity er helt ens) på den røde planets overflade.

Til gengæld valgte NASA at udnytte den specielt gunstige opsendelsesmulighed i 2003 til at opsende to robotter, eller 'Mars Exploration Rovers', nemlig Spirit og Opportunity.

Disse rovers skulle medbringe en lille slibemaskine (et såkaldt 'rock abrasion tool') som kunne slibe en ren overflade på udvalgte sten, så man med mikroskopkamera, grundstofanalysator og Mössbauer-spektrometer kunne studere den rengjorte sten nu helt frigjort fra vejrnedbrydningsprodukter.

Denne slibemaskine havde små indbyggede magneter produceret i og leveret af Mars-gruppen ved Niels Bohr Institutet.

Meningen med disse små magneter var at tiltrække det støv, som blev produceret under slibningen. Hvis støvet indeholdt magnetiske mineraler, ville disse blive tiltrukket af magneterne, og magneternes overflader med støv ville kunne undersøges ved hjælp af missionenes videnskabelige hovedkameraer (Pancam) på toppen af kameramasten.

Det første Mössbauerspektrum fra rummet

Landing af en sammenfoldet rover på Mars er en kompliceret affære, og det tog da også næsten syv døgn på Mars, inden den første rover, Spirit, var fuldt udpakket og klar til at køre ned fra landeren.

Da det lykkedes at komme ned på overfladen, var det første, man valgte at gøre, at optage et nærbillede af Mars-jorden ved hjælp af robotarmens mikroskopkamera.

Billedet viser en solnedgang lige nord for de bakker, som lå cirka 900 meter vest for landingsstedet for Mars Pathfinder. Bakkerne fik navnet Twin Peaks. (Foto: University of Arizona og NASA/JPL)

At kalde dette et mikroskop er nok i virkeligheden lidt af en tilsnigelse, da opløsningen af instrumentet mest af alt svarer til hvad en person kan se igennem en kraftig lup. Ikke desto mindre blev der optaget nogle fine billeder af den porøse Mars-jord i den største opløsning nogensinde.

Herefter havde det højest prioritet at undersøge Mössbauer-spektret af Mars-jorden, og det blev gjort henover en nat.

Og da dette det første Mössbauer-spektrum, der nogensinde er blevet optaget på en anden planet, blev sendt tilbage til Jorden, var Jens Martin Knudsen blandt de allerførste, som fik det at se.

Flere magneteksperimenter om bord

Et andet af de danske magnet-eksperimenter om bord, 'støvsuger-magneten' (the 'sweep-magnet') viste, at det kun er overraskende lidt af det luftbårne støv, der er ikke-magnetisk. Det kunne man se, fordi det kun var ganske lidt støv, der var i stand til at nå ind til det centrale område af den lille, meget kraftige ringmagnet, der var indbygget i støvsuger-magnet-eksperimentet.

Eksperimentet viste også, at det ved hjælp af en meget kraftig ringmagnet vil være muligt til en vis grad at beskytte et lille område mod nedfald af magnetisk støv fra atmosfæren – og den effekt gjorde, at Danmark blev inviteret til at levere instrumenter til NASA's næste lander-mission, nemlig Phoenix.

De vigtigste magnet-instrumenter på Spirit og Opportunity var dog nok den såkaldte indfangnings-magnet ('capture magnet') og filter-magneten ('filter magnet'), som begge sad lige neden for kameramasten.

Her ses indfangnings- og filtermagneten som set fra toppen af kameramasten og fotograferet med de videnskabelige farvekameraer på masten. Farverne på det støv, som er blevet tiltrukket på overfladen af magneterne, skifter tydeligt i løbet af missionen som et resultat af, at kraftige vindstød er i stand til at fjerne noget af det mindre magnetiske støv fra magneterne. (Foto: NBI, Cornell University og NASA/JPL)

Magneterne var anbragt med en hældning på 45 grader med vandret, sådan at de både kunne ses med farvekameraerne, Pancam, og sådan at støvet ville kunne undersøges ved hjælp af alle de instrumenter, der sad for enden af robotarmen, mikroskopkameraet, grundstofanalysatoren og Mössbauer-spektrometeret.

Billeder optaget med Pancam i løbet af missionen viste, at netop disse magnet-eksperimenter var meget dynamiske, idet farven og tætheden af støvlaget på magneterne varierede kraftigt som resultat af vindstød, som var i stand til at fjerne de mindst magnetiske støvpartikler og på den måde forøge koncentrationen af mere kraftigt magnetiske partikler i det tynde støvlag.

Kostbare spektre

Mikroskopbilleder viste, at de kraftigt magnetiske partikler på indfangningsmagneten spontant kunne danne kæder mellem de underliggende ring-magneter. Det var en opførsel, som gruppen i simuleringseksperimenter kun havde set med forholdsvis rene magnetit-partikler.

Også undersøgelser af grundstofsammensætningen af støvet på magneterne reflekterede den dynamik, gruppen havde observeret med Pancam:

Igennem missionen sås et stigende eller konstant niveau af grundstofferne jern, titanium og chrom (alle grundstoffer, som findes i naturligt forekommende magnetiske mineraler), hvorimod grundstoffer som svovl og calcium varierede meget mere kraftigt efter vinden, fordi disse grundstoffer var tilknyttet svagt eller ikke-magnetiske mineraler, som kunne blæses væk af en kraftig vind.

Billedet viser et Mössbauer-spektrum af støvet på indfangningsmagneten optaget ved hjælp af missionens Mössbauer-spektrometer MIMOS-II. De rå data i spektret er vist med usikkerhedsbjælker, og den røde linje under spektret er et fit bestående af de komponenter, som er angivet separat under spektret. Spektret viser, at støvet indeholder mineralet magnetit, som er hovedårsagen til at støvet er magnetisk, og herudover mineralerne olivin og pyroxen og endelig en komponent, som her er markeret npOx for ”nanophase oxide” – en komponent som menes at være hovedansvarlig for støvets farve. (Foto: Mainz Universität, NBI, Cornell University og NASA/JPL.)

Mössbauer-spektroskopi af tynde støvlag som på magneterne er vanskeligt og tidkrævende at udføre på Mars, men det lykkedes faktisk at få forbavsende gode og yderst værdifulde Mössbauer-spektre af støvet på indfangningsmagneten på tidspunkter, hvor koncentrationen af magnetiske mineraler i støvet var forholdsvis høj.

Alene ét af disse spektre er lige så værdifuldt som hele investeringen i den danske deltagelse i missionerne ...

Det måske vigtigste resultat

Resultaterne viste, at det luftbårne støv på Mars er magnetisk, fordi det indeholder mineralet magnetit, men at også mineralerne olivin og pyroxen er til stede i det støv, som fastholdes på magneterne.

Det faktum, at det magnetiske mineral var magnetit og ikke maghemit, var et helt nyt og overraskende resultat. Maghemit er den højt oxyderede form af samme mineral.

Det, at hele Mars-overfladen var så rustrød eller gullig, fik alle til at tro, at rusten var mere omfattende, end den viste sig at være. Det var også det, som havde fået gruppen til at tro, at det magnetiske mineral måtte være maghemit og ikke magnetit.

Sammenholdt med grundstofanalyserne af det samme støv viste undersøgelserne, at de magnetiske mineraler er dannet ved, at klipper på overfladen af Mars er faldet fra hinanden, nedbrudt mekanisk eller ved frostsprængninger, men mineralerne viste kun en yderst ringe indflydelse af vand under dannelsen.

Stor glæde for Jens Martin Knudsen

Sammen med det tysk-byggede Mössbauer-spektrometer og grundstofanalysatoren viste magneterne altså, at det luftbårne støv på Mars ikke var domineret af mineraler dannet i vand, men tværtimod er et resultat af hovedsagelig tør nedbrydning.

Det var en stor glæde for Jens Martin Knudsen at opleve den succesfulde landing af de to rovere, Spirit og Opportunity - også selv om han på grund af sin svære kræft-sygdom ikke selv kunne være med i kontrolcenteret.

Men det var måske en lige så stor glæde for ham at se det første Mössbauer-spektrum af støvet på Mars.

Dette havde været et af hans helt store mål og udgjorde på den måde en form for kulmination af Jens Martins Knudsens engagement i udforskningen af Mars.

 

<< Forrige Næste >>