เคมีและกล้องถ่ายภาพ

ชุดอุปกรณ์เคมีและกล้อง ( ChemCam ) เป็นชุดเครื่องมือตรวจวัดระยะไกล บน ดาวอังคารสำหรับยานสำรวจ คิวริโอซิตีตามชื่อที่บ่งบอก ChemCam ประกอบด้วยเครื่องมือสองชนิดที่รวมกันเป็นหนึ่งเดียว ได้แก่สเปกโทรสโกปีการแตกตัวด้วยเลเซอร์ (LIBS) และกล้องโทรทรรศน์ไมโครอิมเมจเจอร์ระยะไกล (RMI) จุดประสงค์ของเครื่องมือ LIBS คือการให้ข้อมูลองค์ประกอบทางเคมีของหินและดิน ในขณะที่ RMI จะให้ภาพความละเอียดสูงของพื้นที่เก็บตัวอย่างของหินและดินที่ LIBS กำหนดเป้าหมายแก่เหล่านักวิทยาศาสตร์ ChemCam ^{[ 1 ]}เครื่องมือ LIBS สามารถกำหนดเป้าหมายตัวอย่างหินหรือดินได้จากระยะไกลถึง 7 เมตร (23 ฟุต) โดยทำให้ตัวอย่างปริมาณเล็กน้อยระเหยด้วยพัลส์ 5 นาโนวินาทีประมาณ 30 ครั้งจาก เลเซอร์ อินฟราเรด 1067 นาโนเมตร จากนั้นสังเกตสเปกตรัมของแสงที่ปล่อยออกมาจากหินที่ระเหย^[²^]

ภาพรวม

ChemCam มีความสามารถในการบันทึกความยาวคลื่นแสงอัลตราไวโอเลต แสงที่มองเห็นได้ และแสงอินฟราเรดได้มากถึง 6,144 ความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน^{[ 3 ]}การตรวจจับลูกบอลพลาสมาเรืองแสงทำได้ในช่วงแสงที่มองเห็นได้ ใกล้ UV และใกล้อินฟราเรด ระหว่าง 240 นาโนเมตรถึง 800 นาโนเมตร^{[ 1 ]}การทดสอบเลเซอร์ครั้งแรกของ ChemCam โดยCuriosityบนดาวอังคารได้ดำเนินการกับหินN165 ("หินโคโรเนชั่น")ใกล้กับBradbury Landingเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม 2012 ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

RMI ใช้เลนส์รับภาพแบบเดียวกันเพื่อสร้างภาพบริบทของจุดวิเคราะห์ LIBS โดย RMI สามารถแยกแยะวัตถุขนาด 1 มม. (0.039 นิ้ว) ที่ระยะ 10 ม. (33 ฟุต) และมีขอบเขตการมองเห็นครอบคลุม 20 ซม. (7.9 นิ้ว) ที่ระยะดังกล่าว^{[ 1 ]}นอกจากนี้ RMI ยังถูกใช้เพื่อถ่ายภาพลักษณะทางธรณีวิทยาและภูมิทัศน์ที่อยู่ไกลออกไปอีกด้วย^{[ 7 ]}

ชุดเครื่องมือ ChemCam ได้รับการพัฒนาโดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอะลาโมสและห้องปฏิบัติการCESR ของฝรั่งเศส ^{[ 1 ]}^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}แบบจำลองการบินของหน่วยเสาถูกส่งมอบจากCNES ของฝรั่งเศส ไปยังห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอะลาโมส^{[ 10 ]}

เครื่องมือวัด

สเปกโทรสโกปีการแตกตัวที่เกิดจากเลเซอร์

ChemCam ถือเป็นการใช้ Laser Induced Breakdown Spectroscopy ( LIBS ) ครั้งแรกในภารกิจวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}เลเซอร์ถูกติดตั้งบนเสาของ ยานสำรวจ Curiosityและโฟกัสโดยกล้องโทรทรรศน์ซึ่งอยู่บนเสาเดียวกัน ในขณะที่สเปกโตรมิเตอร์ถูกติดตั้งอยู่ภายในตัวยานสำรวจ โดยทั่วไป เลเซอร์จะยิง 30 ครั้งไปยังจุดเดียว เพื่อรวบรวมค่าสเปกโทรสโกปีจากหินที่ระเหยเป็นไอสำหรับแต่ละครั้งที่ยิงเลเซอร์ และเก็บตัวอย่างจากหลายจุดบนเป้าหมายที่เลือก สำหรับการสังเกตหินฐาน การยิง 5 ครั้งแรกของจุดหนึ่งจะถูกทิ้ง เนื่องจากถือว่าปนเปื้อนด้วยฝุ่นดาวอังคาร^{[ 13 ]}การยิงที่เหลือของจุดหนึ่งจะถูกนำมาหาค่าเฉลี่ยร่วมกันเพื่อคำนวณองค์ประกอบทางเคมี^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}^{[ 14 ]}โดยทั่วไปแล้วจะมีจุดวิเคราะห์ 9 หรือ 10 จุดบนเป้าหมายใด ๆ แต่ก็ไม่เสมอไป เป้าหมายบางข้อมีคะแนนเพียง 4 คะแนน ในขณะที่บางข้อมีคะแนนถึง 20 คะแนน

เครื่องถ่ายภาพไมโครระยะไกล

เครื่องสร้างภาพไมโครระยะไกล (Remote Micro-Imager) ส่วนใหญ่ใช้เพื่อจับภาพขาวดำความละเอียดสูงของเป้าหมาย ChemCam สำหรับบริบทและเอกสาร^{[ 14 ]}โดยปกติแล้ว ภาพของเป้าหมายที่สนใจจะถูกบันทึกก่อนและหลังการยิงเลเซอร์ บ่อยครั้งที่เลเซอร์จะสร้าง "หลุม LIBS" ที่สามารถมองเห็นได้ใน RMI เพื่อแสดงว่าเลเซอร์สุ่มตัวอย่างที่ใดบนเป้าหมายเฉพาะ ความละเอียดของ RMI สูงกว่ากล้องนำทางขาวดำ (navcam) และกล้องเสาสี (mastcam)

การถ่ายภาพระยะไกล

RMI ส่วนใหญ่ใช้เพื่อถ่ายภาพระยะใกล้ของเป้าหมายที่สุ่มตัวอย่างโดย ChemCam แต่ยังสามารถใช้เพื่อรวบรวมภาพความละเอียดสูงของหินโผล่และภูมิประเทศที่อยู่ไกลออกไปได้^{[ 7 ]} RMI มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงกว่ากล้อง mastcam M100 ซึ่งเป็นกล้องสีที่สามารถถ่ายภาพวัตถุใกล้เคียงหรือลักษณะทางธรณีวิทยาที่อยู่ไกลออกไปได้เช่นกัน^{[ 7 ]}ภารกิจได้ใช้ RMI เพื่อสำรวจภูมิประเทศที่จะมาถึง รวมถึงการถ่ายภาพลักษณะที่อยู่ไกลออกไป เช่น ขอบของปล่องภูเขาไฟ Gale

ผลงานทางวิทยาศาสตร์

ChemCam has been used, in conjunction with other instruments of the Curiosity rover, to make advancements in understanding the chemical composition of rocks and soils on Mars. LIBS makes it possible to detect and quantify the major oxides: SiO₂, Al₂O₃, FeO_T, MgO, TiO₂, CaO, Na₂O, and K₂O of bedrock targets.^[11]^[12]^[14] There are distinguishable geologic units determined from orbital analyses that have been confirmed by averaged bedrock compositions determined from ChemCam and other instruments aboard Curiosity.^[15] The identification is based on multivariate PLS and PCA models classified using SIMCA with calibration models made using "The Unscrambler" software.^[16] ChemCam has also quantified soil chemistry. ChemCam has seen two distinct soil types at Gale crater: a fine-grained mafic material that is more representative of global Martian soils or dust and a coarse-grained felsic material that originates from local Gale crater bedrock.^[13] ChemCam has the capability to measure minor or trace elements such as lithium, manganese, strontium, and rubidium.^[17]^[18] ChemCam has measured MnO up to 25 wt% in fracture fills that suggests Mars was once a more oxygenating environment.^[17]