NASAs Curiosity Rover – Kohlenstoffisotopenverhältnis von Methan?

Ich kenne Chris Webster (bei JPL) gut und habe ausführlich über die von ihm gebauten TLS-Instrumente gesprochen. Sie haben mehr mit dem MIRO-Instrument der ESA-Raumsonde Rosetta gemeinsam (ich war Co-Forscher an diesem Instrument) als mit Sektor- oder Quadrupol-Massenspektrometern.

Massenspektrometer haben eine relativ schlechte Massenauflösung, können aber Atome oder Moleküle jeder Masse über ihren Designbereich messen. Daher werden sie als "Umfrage"-Instrumente bezeichnet. Wenn Sie sich nicht sicher sind, welche Art Sie finden werden, verwenden Sie eine davon, um einen breiten Einblick in die Zusammensetzung der Atmosphäre zu erhalten. Wenn Sie einen Pyrolyseur am Einlass anbringen, können Sie Flüssigkeiten verflüchtigen und diese messen oder Feststoffe thermisch zersetzen und ihre Zersetzungsprodukte messen. Es ist ein "breiter Pinsel"-Ansatz.

Das TLS untersucht, wie stark bestimmte Absorptionslinien bestimmter Moleküle einen Laserstrahl absorbieren, der sich durch eine Gasprobe ausbreitet. Die Absorptionsmenge gibt an, wie viel dieser Spezies in der Gasmischung enthalten ist. Sie müssen mehrere Linien für jede Spezies messen, um die molekulare Häufigkeit von der Temperatur zu unterscheiden. Die Temperatur beeinflusst die Population von Molekülen in den spezifischen Energiezuständen – Rotationsenergie oder Vibrationsenergie oder beides – die diese Linien hervorrufen.

Die Wellenlänge eines TLS-Laser-"Kanals" ist jedoch über einen begrenzten Bereich abstimmbar, und Sie können eine begrenzte Anzahl von Kanälen haben: Jeder Kanal fügt dem Instrument Masse hinzu und nimmt mehr Leistung auf. Wenn Sie also das Instrument entwerfen, müssen Sie die Kanäle abstimmen, die Sie sich leisten können (in Bezug auf Kosten, Masse, Leistung, Datenvolumen – all diese lästigen Einschränkungen!), um die Moleküle abzudecken, an denen Sie wirklich, wirklich interessiert sind und von denen Sie überzeugt sind wird tatsächlich sehen, wann Sie am Ziel ankommen.

Um Isotopenverhältnisse in etwas wie Methan zu messen, müssen Sie Kanäle haben, die mindestens ein paar CH4-Linien erhalten, wobei das C "normales" 12C ist und die H's "normaler" Wasserstoff sind, nicht Deuterium. Um Kohlenstoffisotope zu erhalten, müssen Sie die Abdeckung bei den Wellenlängen der 13C-H4-Linien, 14C-H4-Linien usw. (mindestens jeweils zwei Linien) hinzufügen, und diese Wellenlängen unterscheiden sich erheblich von denen der 12C-Moleküle. Um D/H zu erhalten, müssen Sie die Abdeckung bei den Wellenlängen von 12C-H3D-Linien hinzufügen. So können Sie schnell alle Masse-, Kraft- usw. Zuweisungen Ihres Instruments aufbrauchen, um dieses eine Ziel zu verfolgen. Wenn es wirklich, wirklich wichtig ist, kannst du das tun. Aber als Curiosity vor fast zehn Jahren entworfen wurde, wurde dem nicht so viel Bedeutung beigemessen.

Bisher deuten die im Science- Papier diskutierten Daten darauf hin, dass das Auffinden von Methan auf dem Mars sehr variabel und ziemlich unvorhersehbar ist, abgesehen von einer leichten saisonalen Korrelation. Zum Zeitpunkt der Entwicklung des Curiosity TLS war umstritten, ob überhaupt Methan nachgewiesen wurde. Und Kevin Zahnle von NASA Ames schlägt sogar vor, dass das entdeckte Methan von Curiosity selbst stammen könnte , obwohl Chris das bezweifelt. Aber die Ungewissheit darüber, ob man Methan überhaupt entdecken würde, ist ein weiteres Argument dagegen, dieses Ziel zu verfolgen.

Das mag jetzt anders sein.