La FCT viaja a Marte

Firma invitada

La Facultad de Ciencias de Bilbao comenzó su andadura en el curso 1968/69. 50 años después la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU celebra dicho acontecimiento dando a conocer el impacto que la Facultad ha tenido en nuestra sociedad. Publicamos en el Cuaderno de Cultura Científica y en Zientzia Kaiera una serie de artículos que narran algunas de las contribuciones más significativas realizadas a lo largo de estas cinco décadas.

Oxia Planum, lugar de aterrizaje de Exomars 2020. Fuente: NASA

El próximo año 2020 se lanzarán dos misiones a Marte en la que participan investigadores del Departamento de Química Analítica de la Facultad de Ciencia y Tecnología (FCT) de la UPV/EHU, la misión Exomars2020 de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la misión Mars2020 de la NASA. Ambas misiones comparten objetivos similares ya que van a estudiar la geoquímica de las zonas de aterrizaje, para entender cómo han sido los procesos de transformación de minerales volcánicos en filosilicatos debido a la acción del agua, cómo han sido los procesos de sedimentación y compactación de materiales alterados y cómo se han podido conservar moléculas orgánicas sean o no precursoras de formas de vida microbiana. Pero son misiones complementarias, no son misiones competidoras, ya que van a aterrizar en dos sitios geológicamente muy diferentes y los experimentos que van a realizar son distintos, aunque ambas pretender avanzar en el conocimiento de los tres aspectos mencionados.

Nosotros nos incorporamos al equipo de ciencia del instrumento Raman Laser Spectrometer (RLS), de la misión Exomars2020 en 2014, por invitación del Profesor Fernando Rull Pérez, de la Universidad de Valladolid, Investigador Principal del instrumento RLS. Este instrumento va en un Laboratorio Analítico Limpio, junto con un espectrómetro infrarrojo (micrOmega) y un cromatógrafo de gases con detección por espectrometría de masas (MOMA), instalado en el interior del rover al que llegarán las muestras que van a ser tomadas en superficie y en profundidad (desde 0 a 2 metros) mediante un taladro de perforación.

Exomars 2020 rover. Fuente: ESA/ATG medialab

Cuando la muestra llega al Laboratorio Analítico, se tritura hasta tener un tamaño de grano de 50 micras o menor. Antes de hacer la medida de espectroscopia Raman, el funcionamiento del RLS se optimiza con la muestra de calibrado. La definición y construcción de esa muestra de calibrado fue una de las primeras tareas que tuvimos en la Misión Exomars2020.

El instrumento de vuelo ya ha sido entregado a la ESA y ahora el equipo de ciencia del RLS estamos preparando las bases de datos espectroscópicas para poder interpretar la información que llegue desde Marte a partir de 2021. También estamos trabajando en un análogo de Marte que tenemos en Meñakoz y en Armintza. Son los restos de un volcán submarino que emergió a través de sedimentos marinos hace 100 millones de años y que tras la erupción continuaron los procesos de deposición de nuevos sedimentos. De modo que ahora tenemos estratos sedimentarios en la parte inferior, con capas volcánicas en la parte intermedia, y con otras capas sedimentarias en la parte superior, alcanzando una distancia vertical de unos 25 metros. Esa distribución es muy similar a la observada para Oxia Planum, el sitio de aterrizaje de la misión Exomars2020.

En ese análogo estamos estudiando en qué condiciones ambientales las fases minerales originales del volcán se han transformado a otros compuestos de alteración, en concreto a filosilicatos. Los filosilicatos, junto con fases minerales de origen volcánico, son los componentes principales de lo observado por los orbitadores al analizar espectroscópicamente la superficie de Oxia Planum. Pretendemos que los procesos que estudiemos en nuestros análogos sirvan para interpretar las observaciones experimentales que en su día nos envíe el rover desde Marte. Este trabajo se realizará dentro de un equipo multidisciplinar compuesto por grupos de investigación de España, Francia, Alemania, Inglaterra y Estados Unidos.

La otra misión en la que participamos es Mars2020, donde formamos parte desde 2015 del equipo de ciencia del instrumento SuperCam, un instrumento que integra cinco técnicas espectroscópicas: Visible, Infrarrojo Cercano, Raman, Fluorescencia Resuelta en el Tiempo (TRLS) y LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy). Los análisis con estas técnicas se van a hacer a distancia (entre 1 y 7 metros) mediante un conjunto de rayos láser que se envían desde el cabezal del rover a las zonas de interés. La interacción producida en la superficie es captada por detectores telescópicos, obteniéndose los espectros propios de cada técnica espectroscópica.

Mars 2020 rover. Fuente: NASA

Para el correcto funcionamiento de este instrumento multianalítico es necesario usar una tarjeta de calibrado compuesta por 27 muestras minerales (para calibrar las medidas LIBS, Raman y TRLS) más 8 muestras metálicas (para calibrar los espectrómetros, la cámara visible y el NIR). La construcción de esa tarjeta fue una labor encomendada por NASA al Profesor Fernando Rull para lo que se creó un equipo multidisciplinar en el que nos integramos. En los últimos dos años hemos estado estudiando diferentes candidatos a las muestras de calibrado. Nuestra misión ha sido verificar que las muestras candidatas cumplían los criterios de homogeneidad química establecidos, de modo que aquellas muestras candidatas que no eran homogéneas se descartaron.

Como todo el hardware de vuelo, se deben construir tres modelos hasta tener el elemento físico final que se integrará en el rover. Cada modelo debe superar una serie de tests físicos (resistencia a choques de 4000 G, resistencia termo-mecánica y ausencia de emisión de gases al pasar de 120ºC) y químicos (mantenimiento de las características químicas tras los tests físicos y ausencia de contaminación durante los mismos). El tercer diseño fue el que superó todos los tests físicos y químicos y ha sido la tarjeta de calibrado que se ha enviado en enero de 2019 a NASA.

En el mes de febrero hemos participado en un ejercicio de operaciones, simulando cómo se trabajaría con el rover y los distintos instrumentos durante seis días marcianos (unos doce días terrestres). En nuestro caso, hemos ayudado a tomar decisiones de dónde dirigir el rover y qué muestras analizar para el día siguiente en función de las respuestas espectroscópicas que “llegaban de Marte” del día anterior y de la interpretación que hacíamos en el día de hoy en cuanto a composición de fases minerales y compuestos orgánicos.

En estos meses, estamos concluyendo los test de calibrado del instrumento SuperCam. Dos de nuestros investigadores van a desplazarse al Laboratorio Nacional de Los Alamos para realizar las medidas de optimización de las distintas técnicas espectroscópicas a -10oC, temperatura promedio de Marte durante el día. Para validar el correcto funcionamiento de los espectrómetros de las cinco técnicas analíticas, se procesarán muestras reales que deberán de ser confirmadas con el conjunto de los resultados proporcionados por SuperCam.

A partir del segundo semestre de 2019 se iniciarán los trabajos de caracterización de análogos marcianos y de Meteoritos de Marte para tener los sistemas de interpretación a punto, de modo que, cuando llegue la información espectroscópica real a partir de 2021, seamos capaces de hacer unas correctas interpretaciones diarias y pasar las mejores ordenes de trabajo al rover para el día siguiente. Y todo ello, dentro de un amplio equipo multidisciplinar de Estados Unidos, Francia, Inglaterra, Canadá, Dinamarca y España.

Sobre el autor: Juan Manuel Madariaga es catedrático en el Departamento de Química Analítica de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU

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