CheMin

CheMin ist das Chemistry and Mineralogy Instrument an Bord von NASAs Curiosity-Rover, ein Pulver-Röntgendiffraktometer (XRD) zur Bestimmung kristalliner Mineralphasen in Marsregolith und Gesteinsproben. Es ist das erste XRD-Instrument, das auf einem anderen Planeten arbeitet. Wenn Curiositys Bohrer oder Schaufel eine Probe sammelt, wird das Material in CheMin's Probenkammer geleitet, dort mit Röntgenstrahlen bestrahlt und das Beugungsmuster von einer Detektorreihe aufgezeichnet. Die resultierenden Daten werden zur Analyse auf die Erde übertragen.

Das Instrument funktioniert, indem pulverisierte Proben einer Kobalt-Röntgenquelle ausgesetzt werden und die Winkel gemessen werden, unter denen Röntgenstrahlen durch die Kristallgitterebenen in Mineralen abgelenkt werden. Jedes Mineral erzeugt eine charakteristische Beugungssignatur, die es Wissenschaftlern ermöglicht, festzustellen, welche Minerale vorhanden sind und ihre relative Häufigkeit. CheMin kann Minerale in Konzentrationen von wenigen Prozent nachweisen und Phyllosilikate, Karbonate, Oxide und andere Phasen identifizieren, die für das Verständnis der geologischen Geschichte und Bewohnbarkeit des Mars relevant sind.

Technische Beschränkungen und Anpassung

CheMin wiegt etwa 1 kg und verbraucht während des Betriebs erhebliche Leistung, was die Häufigkeit der Nutzung während eines Mission Sol begrenzt. Die Probenkammer muss vibriert werden, um eine gleichmäßige Körnergrößenverteilung zu gewährleisten, ein Prozess namens Rastering, der Zeit und Energie kostet. Das Instrument ist gegen Marsstaub abgedichtet und arbeitet im warmen Innenraum des Rovers, wodurch die extremen Kälte vermieden wird, die seine Leistung beeinträchtigen würde. Die Datenübertragung zur Erde unterliegt Verzögerungen von 3 bis 22 Minuten je nach Orbitalgeometrie, was autonomen Betrieb und Datenverarbeitung an Bord erfordert.

CheMin's Konstruktion basierte auf terrestrischen XRD-Instrumenten, benötigte aber Härtung gegen Strahlung und extreme Temperaturschwankungen. Die Kobaltquelle wurde gegenüber herkömmlichem Kupfer gewählt, weil ihre längere Wellenlänge bei niedrigeren Röntgenenergien eine bessere Auftrennung von Spitzen schwerer Elemente bietet und den Stromverbrauch senkt. Die Probenvorbereitung ist im Vergleich zu Labor-XRD minimal, die manchmal Mahlen, Pressen oder chemische Behandlung erfordert; Curiosity's Proben werden nahezu wie gesammelt verwendet.

Ergebnisse von CheMin haben Tonminerale, Hämatit, Magnetit und andere Phasen nachgewiesen, die auf antike wässrige Alteration auf dem Mars hindeuten. Das Instrument bestätigte die Suche der Mission nach habitablen Umgebungen und lieferte Bodendaten zur Kalibrierung von Orbitalspektroskopiedaten. Sein Erfolg hat die Konstruktion von Probenanalyseinstrumenten für zukünftige Mars-Missionen und Lander beeinflusst.