ChemCam

ChemCam es un instrumento de espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS) montado en el rover Curiosity, desplegado en Marte en 2012. Dispara un láser infrarrojo enfocado a objetivos de roca y suelo a una distancia de hasta 7 metros, vaporizando una pequeña capa superficial y analizando la luz emitida por el plasma resultante para determinar la composición elemental. El instrumento combina una cámara de 1.3 megapíxeles con un espectrómetro que mide las líneas de emisión a través de longitudes de onda ultravioleta, visible y casi infrarroja, lo que permite a los geólogos en la Tierra analizar la geología marciana sin que el rover tenga que contactar físicamente o perforar muestras.

El láser en sí es un cristal de Nd:KDP (dihidrogenofosfato de neodimio y potasio) que opera a 1064 nanómetros en la banda del infrarrojo cercano. Cada pulso láser dura aproximadamente 5 nanosegundos y entrega aproximadamente 14 milijulios de energía enfocada en un punto de aproximadamente 400 micrómetros de diámetro a la distancia del objetivo. El espectrómetro detecta luz a través de tres canales: ultravioleta (240-340 nm), visible (390-600 nm) e infrarrojo (600-900 nm), con una resolución suficiente para distinguir elementos individuales desde el hidrógeno hasta el hierro en abundancia relativa.

Rendimiento en las condiciones de Marte

LIBS funciona eficazmente en la delgada atmósfera de Marte (aproximadamente 600 pascales, o menos del 1% de la presión de la Tierra) porque el láser crea su propio plasma localizado independientemente del aire circundante. Sin embargo, la acumulación de polvo marciano en la óptica ha degradado periódicamente el rendimiento; el rover lleva cepillos de limpieza para mantener la lente de la cámara. Las fluctuaciones de temperatura entre -125 grados Celsius por la noche y 20 grados Celsius al mediodía pueden afectar la estabilidad del haz láser, aunque el instrumento incluye sistemas de compensación térmica. Las tormentas de polvo y el regolito abrasivo con partículas de silicato afiladas presentan desafíos continuos de mantenimiento.

El instrumento proporciona un análisis elemental cualitativo en lugar de una cuantificación absoluta. Los operadores utilizan objetivos de calibración (estándares de roca ígnea) dejados en la plataforma del rover para normalizar las mediciones de la variación atmosférica y la deriva instrumental, luego comparan los objetivos desconocidos con estas líneas de base. La técnica sobresale en la detección de elementos ligeros como el carbono y el hidrógeno en formas oxidadas, y en la distinción de los principales tipos de rocas (basalto, andesita, composiciones ígneas versus sedimentarias), pero no puede medir directamente la abundancia de hidrógeno ni determinar la mineralogía precisa sin datos suplementarios de otros instrumentos del rover.

ChemCam funciona como una herramienta de reconocimiento que guía análisis que requieren más recursos. Cuando LIBS identifica un objetivo geológicamente interesante, el rover puede posicionar su taladro o el instrumento de contacto Espectrómetro de Rayos X de Partículas Alfa (APXS) para una medición de mayor precisión. Este enfoque jerárquico maximiza el rendimiento científico dadas las limitaciones de energía: una secuencia de análisis completa consume aproximadamente 10 vatios-hora por objetivo solo para ChemCam, en comparación con las demandas de energía significativamente más altas para la perforación y el calentamiento de muestras que necesitan otros instrumentos a bordo.