Ich bin Sam

Porträt der Neugier, zusammengestellt aus Rohbildern, die mit MAHLI auf Sol 85 (Nov. 2012 UTC) aufgenommen wurden. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech / Malin Space Science Systems. Composite von Jason Major.

Der Hauptforscher des Mars Science Laboratory, John Grotzinger, hat gestern die gesamte Welt der Weltraumwissenschaften mit einem verlockenden Versprechen von "erderschütternden" Nachrichten am Horizont in Aufregung versetzt – wörtlich "eines für die Geschichtsbücher", wie er es in einem Interview mit NPR formulierte. Es scheint, dass eines der wichtigsten wissenschaftlichen Werkzeuge von Curiosity, das Instrument Sample Analysis at Mars (SAM), entdeckt hat, dass… etwas… In kürzlich gesammelten Proben, möglicherweise in windgeblasenem Material, das Anfang dieses Monats an einem Ort namens „Rocknest“ geschöpft wurde.

Im Moment schweigt sich das MSL-Team jedoch mit weiteren Details aus, bis es einigermaßen sicher ist, dass es weiß, was es hat. Spekulationen gibt es zuhauf – einige ernst, andere nicht – aber unter dem Strich müssen wir alle warten, bis die offiziellen Nachrichten veröffentlicht werden. In der Zwischenzeit haben Sie hier die Möglichkeit, etwas mehr über ein faszinierendes High-Tech-Gadget mit Mars-Geschmack namens SAM zu erfahren.

Das SAM-Instrument (Sample Analysis at Mars) ist etwa so groß wie eine Fensterklimaanlage und befindet sich im vorderen Bereich des Curiosity Rovers der NASA. SAM besteht aus drei Instrumenten und besteht aus einem Gaschromatographen (GC), einem Quadrupol-Massenspektrometer (QMS) und einem abstimmbaren Laserspektrometer (TLS) sowie Systemen zur Manipulation und Verarbeitung von Proben.

Kommentiertes Foto von SAM mit entfernten Seitenabdeckungen

Obwohl SAM größtenteils vollständig in Curiosity enthalten ist, verfügt es über zwei kleine Einlassrohre, die den Zugang für Bodenproben ermöglichen, die mit dem Arm des Rovers entnommen wurden, sowie für Einlässe für atmosphärische Gase.

Auf der Erde würden all diese verschiedenen Instrumente ein Labor füllen. Um sie alle in die Curiosity zu integrieren, die ungefähr die Größe eines Mini Cooper (aber nur die Hälfte der Masse) hat, wurden sie sorgfältig verkleinert, um in eine einzelne rechteckige Struktur von etwa 40 kg zu passen.

So funktionieren die SAM-Komponenten:

Der Gaschromatograph (GC)

Der GC hat sechs komplementäre Chromatographiesäulen. Die GC-Baugruppe sortiert, misst und identifiziert Gase, die sie von Gasgemischen trennt, indem sie die gemischten Gase mit einem Heliumgasstrom durch lange, gewickelte Rohre drückt. Es sortiert die Gasmoleküle nach Gewicht: Sie treten aus der Röhre in der Reihenfolge vom leichtesten (zuerst heraus) zum schwersten (zuletzt heraus) aus. Sobald die Gase sortiert sind, kann der GC Mengen der abgetrennten Gase zur weiteren Analyse in das QMS oder TLS leiten.

Das Quadrupol-Massenspektrometer (QMS)

Das QMS identifiziert Gase anhand des Molekulargewichts und der elektrischen Ladung ihrer ionisierten Zustände. Es feuert Hochgeschwindigkeitselektronen auf die Moleküle ab und zerlegt sie in Fragmente. Anschließend werden die Fragmente nach Gewicht mit elektrischen AC- und DC-Feldern sortiert. Die vom QMS-Detektor erzeugten Spektren identifizieren die Moleküle in den Gasen eindeutig.

Das abstimmbare Laserspektrometer (TLS)

Das TLS verwendet die Absorption von Licht bei bestimmten Wellenlängen, um Konzentrationen und Isotopenverhältnisse bestimmter lebenswichtiger Chemikalien zu messen: Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf. Isotope sind Varianten desselben Elements mit unterschiedlichen Atomgewichten, und ihre Verhältnisse können Informationen über die Geologie des Mars liefern – und möglicherweise bioLogik – Geschichte.

Das QMS und das GC können in einem GCMS-Modus zur Trennung und endgültigen Identifizierung organischer Verbindungen zusammenarbeiten. Das TLS erhält genaue Isotopenverhältnisse für C und O in Kohlendioxid und misst die Spuren von Methan und seinem Kohlenstoffisotop.

Zusätzlich zu diesen drei Analysegeräten verfügt SAM über mechanische Unterstützungsvorrichtungen: ein Probenmanipulationssystem (SMS) und ein Labor für chemische Trennung und Verarbeitung (CSPL). Die CSPL umfasst Hochleitfähigkeits- und Mikroventile, Gasverteiler mit Heizungen und Temperaturmonitoren, chemische und mechanische Pumpen, Trägergasspeicher und -regler, Druckmonitore, Pyrolyseöfen sowie chemische Gaswäscher und Getter.

Die SMS verfügt über ein Rad mit 74 kleinen Bechern, in denen die vom Curiosity-Roboterarm gesammelten Bodenproben für die Analyse vorbereitet werden. 59 sind Quarzbecher, kleine Öfen, die auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden können, um Gase aus den pulverförmigen Proben zu ziehen. 9 versiegelte Becher werden mit chemischen Lösungsmitteln für Niedertemperaturversuche zur Suche nach organischen Verbindungen gefüllt. Die anderen 9 Tassen enthalten Kalibriermaterialien.

Mit dieser Reihe von Präzisionswerkzeugen wurde SAM speziell entwickelt, um nach Beweisen für eine bewohnbare Umgebung auf dem Mars zu suchen, egal ob in der Vergangenheit oder Gegenwart. Da es mehr als die Hälfte der wissenschaftlichen Nutzlast des Rovers einnimmt, kann man sagen, dass Curiosity selbst speziell dafür ausgelegt ist, SAM auf dem Mars zu transportieren (obwohl wir dies den anderen Instrumenten nicht mitteilen werden!).

Wenn man nur weiß, dass die „aufregenden“ Nachrichten von Grotzinger und seinem Team von Daten stammen, die von SAM gesammelt wurden, könnte man davon ausgehen, dass dies etwas mit einer Entdeckung der organischen Chemie zu tun hat… aber wir müssen alle warten Noch ein paar Wochen, um es sicher zu wissen. Da dies das Hauptziel von MSL ist und Curiosity kaum mehr als 100 Mars-Tage in seiner Mission ist, hat selbst der kleinste Hinweis auf große Neuigkeiten die Aufmerksamkeit aller auf sich gezogen.

Wie jede große Institution würde die NASA gerne eine wichtige Erkenntnis trompeten, insbesondere in einer Zeit, in der Budgetentscheidungen getroffen werden.

– Joe Palca, NPR-Artikel

"Diese Daten werden eine für die Geschichtsbücher sein", sagte Grotzinger. "Es sieht wirklich gut aus." (Lesen Sie hier mehr.)

Erfahren Sie hier mehr über die anderen Instrumente von SAM und Curiosity und sehen Sie sich unten eine kurze Videoübersicht über SAM an:

(Um noch genauer zu sehen, wie SAM funktioniert, lesen Sie Emily Lakdawallas Artikel im Blog der Planetary Society hier.)

Als Ergebnis einer internationalen Anstrengung zwischen Wissenschaftlern und Ingenieuren wurde SAM im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, gebaut und getestet. Paul Mahaffy ist SAMs Principal Investigator.

Zusätzliche Quelle: SAM-Site des NASA Goddard Space Flight Center. Eingefügte Bilder: SAM-Baugruppe / SAM-Probeneinlässe. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech.

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AKTUALISIEREN: Anscheinend war der NPR-Artikel, der alle Gerüchte über große Entdeckungen von Curiosity auslöste, ein großes Missverständnis… während Daten vom Roverist "Eins für die Geschichtsbücher", so P.I. John Grotzinger, der sich auf die Mission als Ganzes bezog – nicht jeder individuelle Befund. Dennoch werden Nachrichten von der MSL-Mission am 3. Dezember auf der Konferenz der American Geophysical Union in San Francisco vorgestellt.

"Gerüchte und Spekulationen, dass es in diesem frühen Stadium wichtige neue Erkenntnisse aus der Mission gibt, sind falsch … Zu diesem Zeitpunkt in der Mission haben die Instrumente auf dem Rover keine endgültigen Beweise für Marsorganika gefunden." – JPL-Pressemitteilung vom 29. November 2012

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