El potente Láser de Curiosity

El próximo rover de la NASA Curiosity (Mars Science Laboratory) contará con un potente instrumento láser para efectuar análisis de las rocas. Este instrumento tiene su origen en una demostración que Roger Wiens vio hace 13 años en la habitación de un colega del Laboratorio Nacional de Los Álamos.
El instrumento ChemCam del rover Curiosity dispara a las rocas con un rayo láser suficientemente potente para impactar en un punto del tamaño de una cabeza de alfiler y convertir los átomos de la roca en un gas brillante de partículas cargadas llamado plasma. A continuación ChemCam observará el destello a través de un telescopio y analizará su espectro de luz para identificar elementos químicos.
De esta manera el rover podrá obtener información de rocas o puntos del suelo hasta 7 metros de distancia del rover. Este tipo de análisis remoto aportará información al equipo de la misión para que pueda escoger un objetivo al que pueda dirigirse para estudiarlo de primera mano con los demás instrumentos del robot. Curiosity podrá buscar y estudiar posibles evidencias de vida microbiana presente o pasada. Curiosity será lanzado por un cohete Atlas V a finales de 2011, y debería aterrizar en Marte en agosto de 2012.
Roger Wiens, geoquímico del Departamento de Energía del Laboratorio Nacional de Los Alamos, es investigador principal de la ChemCam. En 2004, Wiens dirigía un equipo americano y francés, propuso el instrumento durante una competición de la NASA para participar en el proyecto Mars Science Laboratory, después llamado Curiosity.
En la imagen un grupo de investigadores se preparan para un ensayo del instrumento Chemistry and Camera (ChemCam) que viajará a Marte en la misión Mars Science Laboratory
La idea surgió varios años antes. En 1997, mientras trabajaba en una idea para el uso de láseres para investigación lunar, Wiens visitó un edificio del laboratorio de química donde un colega, David Cremers, había estado experimentando con una técnica láser diferente. Cremers había construído un láser del tamaño de un cigarro con una pequeña batería de 9 voltios y apuntó a una roca en el cuarto.
"La habitación estaba bien utilizada. Todas las superficies planas estaban cubiertas por instrumentos, lentes o monturas ópticas", recuerda Wiens. "Los archivadores parecían haber sufrido un caso grave de acné. Más tarde descubrí que se utilizaban para prácticas de tiro."
Cremers pulsó un botón. Entonces, un rayo invisible produjo un destello en una roca de la habitación. El destello era gas ionizado o plasma, generado al ser los átomos de la roca energéticamente excitados. Un espectrómetro que estaba apuntando hacia el plasma registró la intensidad de la luz en diferentes longitudes de onda para determinar la composición de la roca.
Los científicos han empleado láseres para inducir plasmas durante décadas. Pero lo que impresionó a Wiens fue la capacidad para conseguirlo con un voltaje muy bajo y mediante un instrumento muy compacto. El empleo de esta tecnología en un robot para estudiar otro planeta se convirtió en algo muy viable. Desde entonces ha habido más de una década de investigación y desarrollo, que resultó finalmente en el instrumento ChemCam que sería instalado en el rover Curiosity en septiembre de 2010.

Roger Wiens explica el funcionamiento de ChemCam y su láser
La colaboración internacional se concreto en 2001, cuando Wiens presentó el proyecto a un exinvestigador de Los Alamos, Sylvestre Maurice. La tecnología central de ChemCam es la espectroscopía inducida por láser, había sido usada en Francia y en Estados Unidos durante años, pero se desconocía su aplicación para la investigación espacial.
"El truco está en enviar ráfagas laser muy cortas", explicó Wiens. "Realmente arrojamos una gran cantidad de energía en un punto muy pequeño, del orden de megavatios por milímetro cuadrado, pero unicamente durante nanosegundos."
En el diminuto blanco del tamaño de la cabeza de un alfiler, se inyecta la energía equivalente a un millón de bombillas incandescentes durante 5 billonésimas de segundo. A continuación el destello de luz del impacto es captado por la ChemCam a través de un telescopio montado al lado del láser ubicado en el mástil de la cámara del rover. El espectrómetro registra intensidad en 6144 longitudes de onda distintas en el ultravioleta, óptico e infrarrojo. Los distintos elementos químicos presentes en el blanco emiten luz en longitudes de onda distintas.
Si la roca tiene una capa de polvo o su parte exterior está erosionada, múltiples disparos del láser pueden eliminar esas capas para dejar expuesta la parte más interna de la roca, menos alterada, para después disparar.
Las anteriores misiones marcianas han carecido de una forma para identificar los elementos ligeros como el carbono, el oxígeno, el hidrógeno, el litio y el boro. Estos elementos pueden dar importantes pistas para conocer las condiciones ambientales del Marte antiguo bajo las cuales las rocas se formaron o fueron alteradas. Después de que el rover Spirit examinara un afloramiento rocoso llamado "Comanche" en 2005 fueron necesario varios años de análisis de evidencias indirectas antes de que el equipo de la misión pudiera inferir con seguridad la presencia de carbono en la roca. Para detectar el carbono de forma directa ChemCam necesitará solamente una observación.
ChemCam podrá investigar diferentes objetivos en el mismo día, obteniendo valiosa información para que el equipo del rover seleccione dónde perforar o excavar, que de no existir este instrumento se necesitarían varios días de trabajo. ChemCam también podrá examinar la composición de objetivos que sean inaccesibles para el vehículo.
El telescopio del instrumento actúa como la parte óptica de la cámara de ChemCam, registrando imágenes en un detector de un megapíxel. La cámara telescópica mostrará en contexto los objetivos que sean alcanzados por el haz láser, además podrá utilizarse de forma independiente del láser.
Wiens dirige un equipo multidisplinar internacional para la ChemCam. La Agencia Espacial de Francia financia una parte del instrumento. El equipo de ChemCam está integrado por expertos en mineralogía, geología, astrobiología y otros campos.
Curiosity deberá aprovechar una ventana de lanzamiento entre el 25 de noviembre y el 18 de diciembre de 2011.
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Publicado en Odisea Cósmica¡Suscríbete Ya!