9. december 2020

Niels Bohr Institutet udvikler kalibreringsudstyr, som nu er på vej til Mars

Mars 2020:

Forskere ved Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, har udviklet en farvereference til et af kameraerne på NASA’s nyeste Marsmission, robotbilen Perseverance. Køretøjet, eller roveren, som den også hedder, har adskillige kameraer installeret, men de atmosfæriske forhold på Mars ændrer på de farver, der optages, afhængigt af indholdet af støv i atmosfæren og tidspunktet for optagelserne. Derfor skal kameraerne have en reference at sammenligne eller kalibrere sine fotos efter. Denne reference er udviklet og fremstillet i et samarbejde mellem forskerne, værkstedet på Niels Bohr Institutet og lokale virksomheder, og støttet af en bevilling fra Carlsbergfondet.

kalibreringsenheden med farvereferencer og piktogrammer
Her ses kalibreringsenheden med farvereferencer og piktogrammer. Størrelsen er 45,5 mm høj (den lodrette del, som kaster skygge) og basen med referencer ville passe indeni en kvadratisk ramme med sider på 98 mm. Foto: NASA

Farverne skifter på Mars, og dermed også muligheden for at sammenligne optagelser

”Kalibreringsenheden består af en lille plade, som har forskellige, meget velkendte keramiske farvereferencer”, forklarer Kjartan Kinch, lektor ved Niels Bohr Institutet. ”Vi tager naturligvis mange billeder på Mars, og kameraet på roveren kan lidt mere end dit almindelige kamera. Det har forskellige, såkaldte smalbåndsfarvefiltre og kan lave mere farveanalyse end gul-rød-grøn-blå. Det kan fx ”se” UV-lys og bevæge sig ud i det infrarøde område. Når man tager et billede, er det farven på det fotograferede objekt gange farven på lyset, der afgør hvordan vi kan ”læse” fotografiet. Det, der sker, helt lavpraktisk, er at kameraet på roveren tager et billede af fx klipper eller sten og derefter, indenfor en halv times tid, drejer sig og tager et billede af kalibreringsenheden. Når vi har divideret den farve, lyset havde på optagelsestidspunktet ud, egner billedet sig langt bedre til sammenligning med tidligere optagelser, eller optagelser fra andre områder. Det er, helt kort fortalt, hvad vores kalibreringsudstyr gør”.

Hvad bruges billederne af sten og landskaber på Mars til?

Roveren har en robotarm, som har en række forskellige instrumenter til at undersøge elementer af Mars’ overflade. Når man har undersøgt fx en klippeformation for hvilke grundstoffer og mineraler den består af eller andre detaljer, kan de billeder, der er taget af den, anvendes til sammenligning. Så hvis man har denne information, fx tilstedeværelsen af et bestemt mineral i en enkelt sten og kobler den med billeder, der er taget i et meget bredere perspektiv ud i landskabet på Mars, kan man identificere andre sten, som har de samme farveegenskaber -men naturligvis kun hvis billederne er aflæst og tolket korrekt. Alternativt kan man også bruge kameraet til at identificere sten eller klipper som er anderledes, end hvad man tidligere har undersøgt. ”Hvis vi har den detaljerede information fra en enkelt sten eller et enkelt område, kan vi se på dens farveegenskaber og med rimelighed antage, at hvis de samme farveegenskaber optræder i landskabet, så finder vi den samme mineralogi her – vi kan ekspandere detaljeviden ud i landskabet”, siger Kjartan Kinch. ”Desuden binder vores fotografiske information an til den viden man har fra satellitter og andre instrumenter, fordi vi tager billeder bredt ud i landskabet”.

Instrumentet er en videreudvikling af tidligere kalibreringstargets fra Niels Bohr Institutet

Forskerne og de studerende ved Mars gruppen har deltaget i tidligere missioner, og har forbedret instrumentet. Undervejs er der fx kommet et magnetsystem til, som trækker det allestedsnærværende støv på Mars væk fra de referencefarver, man gerne vil have så rene som muligt (De farvede pletter på enheden). Støvet på Mars er magnetisk, så dét, der startede som et eksperiment på tidligere missioner, er nu blevet et indbygget element. ”Aluminiumsskiven er tegnet og skåret på værkstedet på Niels Bohr Institutet, magneterne og keramikkerne er bestilt fra internationale firmaer, pladen er forsølvet og forgyldt i Farum, indgraveret i Ishøj, og det hele samlet på Niels Bohr Institutets clean room”, forklarer Kjartan Kinch.

Piktogrammer på kalibreringsenheden

I samarbejde med teamet i USA, er mottoet og de piktogrammer, der kan ses på Niels Bohr Institutets target blevet til. Der står en pind i midten som kaster skygge, ligesom et solur, og solur har traditionelt et motto, så det har instrumentet også fået: ”Two worlds, one beginning” (To verdener, én begyndelse). Piktogrammerne viser livets udvikling på Jorden fra bakterielt liv, over planter og dinosaurer, til folk, der sender raketter ud i rummet. ”Den bliver et af de mest fotograferede objekter på Mars, så vi syntes den gerne måtte have en dekoration”, siger Kjartan Kinch.

Marsmissionen Perseverance medvirker til at sende prøver tilbage til Jorden

Missionen ligner på mange måder den meget succesfulde mission, som roveren Curiosity stadig er på. Den landede på Mars i 2012. Den nye rover er grundlæggende bygget over samme læst. Det nye ved Perseverance er, at den dels skal køre i et andet område end Curiosity og dels samle en række prøver af sten og klipper, der senere skal samles op af en fælles ESA-NASA mission og returneres til Jorden. Der samles altså et sæt af prøver fra Mars, som senere skal kunne fortælle os en masse om Mars. ”Men først skal vi forstå landskabet”, siger Kjartan Kinch. ”Vi skal forstå hvilke steder vi får mest ud af at hente prøver, for at få maksimalt udbytte af missionen. Det er her vi på Niels Bohr Institutet har medvirket med en lille, men vigtig brik i et større, videnskabeligt puslespil”.

Videnskabelig artikel: https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-020-00774-8/