лазерните лъчи и космическите изследвания са идеални един за друг техника наречена -laser-in
Мисия: Mars Science Laboratory

---

Лазерните лъчи и космическите изследвания са идеални един за друг. Техника, наречена "laser-induced breakdown spectroscopy" или LIBS включва нагряване на проба с концентриран лазерен импулс при който процес няколко нанограма се превръщат в разширяваща се искра от плазма. Плазмата е състояние на материята подобна на газ, но тя е толкова гореща, че електроните около атомите имат допълнителна енергия, а в някои случаи са отделени изцяло от ядрата на атомите. Тъй като плазмата се охлажда, бездомните електрони се събират отново с ядрата и отделят излишните си енергии под формата на светлина. Наподомявайки светлинни пръстови отпечатъци, специфичните цветове на светлината излъчена от всеки елемент са уникални. Затова чрез изследване на спектъра на плазмата, можем да кажем какви елементи са налице и следователно от какво е направена пробата.
Инструментът ChemCam на Куриозити използва импулсен лазерен лъч за да изпари проба с големина колкото глава на карфица, след което проблясъка се анализира, за да се идентифицират химичните елементи изграждащи целта. Това изображение показва как точка от плазма изригва от повърхността на кристала пирит. Камерата е разположена на около 3 метра от уреда, лазерният лъч е невидим. Credit: NASA / JPL

Само че, учените искат да направят повече, отколкото просто да видят какви елементи присъстват там. В идеалния случай, трябва да се определи каква част от всеки елемент присъства. Може би си мислим, че това би било просто: ако плазмата отделя повече фотони характеризиращи силиций, следователно има повече силиций? За съжаление това не е така, ако има двойно повече силиций, не е задължително яркостта на силициевите емисии да е два пъти по-голяма. Всички други фактори оказват влияние: колко добре целта е абсорбирала енергията на лазера? Какви са другите елементи са в пробата? Има ли такива емисии, които са абсорбирани от самата плазма, преди да са достигнали до спектрометъра?

За да избегнат тези усложнения, учените използват така наречената "многовариантна" техника. Вместо да гледат само специфичните дължини на вълната на светлината, които отговарят на отделните елементи, метода разглежда целия спектър на пробата, а математически модел свързва яркостта на всяка дължина на вълната със количеството на всеки елемент. Използването на спектъра от непозната проба и този модел, може да се получи прогноза за състава на непознатата проба. Тази тенденция дава по-точни резултати, отколкото да наблюдаваме само в една дължина на вълната на светлината, особено при непознати проби.

Голямото предимство на лазерната спектроскопия е, че не е нужно да се докосва целта. Например, инструмента "ChemCam" на Куриозити ще може да анализира скалите до 7 метра. Другия голям бонус е, че отнема само секунди, за да се съберат десетки спектри от LIBS на дадена цел. Освен това ударната вълна от плазмата издухва прах от повърхността на обекта, която за щастие няма да попадне върху отдалечения ровър. Всичко това означава, че LIBS запълва празнината между инструментите за дистанционно наблюдение като камерите и спектрометрите и инструментите, които обикновено изискват старателно позициониране на роботизираната ръка и дълъг период на събиране на данни. Трябва да се каже, че резултатите получени от LIBS не са толкова точни, колкото тези, които се получават от алфа-частици и рентгенов спектрометър намиращ се на върха на ръката на роувъра. Но наблюденията с LIBS са мигновени и могат да бъдат насочени към места, където роботизираната ръка никога не може да достигне, като например висока или отвесна скала. Освен това LIBS е чувствителна към леки елементи, които други инструменти не могат да видят, като например водорода.
Планетно общество

---

• 2319
• 0
• Mar 14, 2012

---

Коментар