NASAs rover-kjøretøy var utstyrt med en type røntgeninstrument som kunne fortelle hva slags mineraler som fins på den røde planeten. Men hvordan virker det egentlig, og hva kan det fortelle oss om livet på Mars?
NASAs rover-kjøretøy var utstyrt med en type røntgeninstrument som kunne fortelle hva slags mineraler som fins på den røde planeten. Men hvordan virker det egentlig, og hva kan det fortelle oss om livet på Mars?

Hvordan kan røntgen avdekke liv på Mars?

POPULÆRVITENSKAP: Røntgenstråler kan ikke bare avsløre kroppens hemmeligheter.

De fleste av oss forbinder gjerne røntgenteknologien med fremstilling av røntgenbilder for diagnostisering av pasienter. Da benyttes røntgenstråler som absorberes av forskjellig kroppsvev, til å få dannet et radiografisk bilde. Det kan blant annet avdekke om pasienter har fått et brudd eller ikke.

Også innenfor geovitenskapen benytter vi røntgenstråler. Vi bruker dem til å undersøke strukturen til ulike mineraler. Det kan hjelpe oss til å finne ut av hvilke mineraler som er til stede i en bergart. Men hvordan kan det gi oss svar på om det har vært liv på andre planeter?

«Life on Mars»?

I en tidligere Mars-ekspedisjon, tilbake i august 2012, landet roveren Curiosity på den røde planeten. Den skulle blant annet undersøke om Mars noen gang hadde hatt et miljø som kunne gi muligheter for liv. Roveren var blant annet utstyrt med et røntgeninstrument, med hensikt å undersøke hvilken rolle vann har hatt for dannelsen av mineraler på Mars. Vann er nemlig en svært viktig ingrediens for liv slik vi kjenner det. Blant mineralene som er identifisert på Mars finner vi blant annet olivin, pyroksen, hematitt og leirmineraler.

Leirmineraler er mineraler som dannes når bergarter utsettes for vær og vind. Vi benytter da begrepet forvitring. Leirmineraler er bygget opp av veldig tynne lag, og de har en stor evne til å binde vann mellom lagene i krystallstrukturen (se illustrasjon 1). Slike mineraler er svært små i partikkelstørrelsen, mindre enn 0,002mm. Det gjør at de er vanskelige å observere i optiske mikroskop. Derfor er et røntgeninstrumentet et nyttig hjelpemiddel for å identifisere ulike leirmineraler, både på Mars og her på Jorden.

Illustrasjon 1: Forenklet skisse av leirmineral. Leirmineraler er bygget opp av veldig tynne lag, og de har en stor evne til å binde vann mellom lagene i krystallstrukturen.
Illustrasjon 1: Forenklet skisse av leirmineral. Leirmineraler er bygget opp av veldig tynne lag, og de har en stor evne til å binde vann mellom lagene i krystallstrukturen.

For å få dannet leirmineraler spiller vann en viktig rolle. Hvis man kunne klare å identifisere leirmineraler på Mars, ville det vært en svært viktig indikator på at det en gang har vært vann på Mars.

Da Curiosity undersøkte en slamstein i bunnen av «Yellowknife Bay», fant den blant annet leirmineraler. Forskere konkluderte at disse leirmineralene hadde oppstått på grunn av en reaksjon mellom ferskvann og mineraler som olivin og pyroksen, mineraler som er viktige byggesteiner i bergarten basalt, som man finner på Mars (se illustrasjon 2).

Forskerne tror at vann har reagert med mineralene i basalten og fått dannet leirmineraler, og dermed løst opp bergarten. I tillegg fant de grunnstoffer som svovel, nitrogen, hydrogen, oksygen og karbon – som er svært viktige ingredienser for liv.

Illustrasjon 2: Forenklet skisse av hvordan forvitring foregår, med basalt som eksempel. Vann trenger inn i sprekker i bergarten, og kjemiske reaksjoner mellom mineralene fører til dannelse av leirmineraler. Bergarten brytes ned og vi får dannet et sediment – som er klar for videre transport.
Illustrasjon 2: Forenklet skisse av hvordan forvitring foregår, med basalt som eksempel. Vann trenger inn i sprekker i bergarten, og kjemiske reaksjoner mellom mineralene fører til dannelse av leirmineraler. Bergarten brytes ned og vi får dannet et sediment – som er klar for videre transport.

Det finnes mange indikatorer på at det en gang har vært vann på den røde planeten. Spørsmålet er om livet noen gang rakk å bli til.

Slik benyttes røntgeninstrumentet til å undersøke Mars

Det finnes mange måter å studere og analysere bergarter og mineraler på. Røntgeninstrumentet på Curiosity-roveren benytter samme teknologi og prinsipper som når vi identifiserer geologisk materiale ved røntgenanalyser på laboratoriet her på Jorden.

I starten av 1900-tallet ble røntgendiffraktometeret oppfunnet, et apparat som gjorde det mulig å bestemme bølgelengden til røntgenstråler. Røntgendiffraksjon (også kalt XRD) er en rask og effektiv metode for å identifisere ukjente mineraler i bergarter.

Røntgendiffraksjonsapparatet kan identifisere ulike mineraler.
Røntgendiffraksjonsapparatet kan identifisere ulike mineraler.

For å klargjøre en prøve for analyse, driller Curiosity inn i bergarter og samler opp det fine pulveret i en prøveholder. Deretter skytes en røntgenstråle mot pulveret som treffer og tas opp av atomene i mineralet.

Byggesteinene i mineraler er atomer. Atomene er satt sammen på en systematisk måte. Se for deg en kube der det er plassert et atom i hvert hjørne og i kjernen (Figur 3a). Det danner en kubisk krystallstruktur.

Når røntgenstrålen treffer disse atomene, blir strålen sendt av gårde i samme vinkel som da den traff mineralet (Figur 3b). Disse strålene registreres av en mottaker, og forskerne bruker vinkelen til å identifisere mineraler ved hjelp av enkle teknikker. Siden hvert mineral vil motta og sende ut bølger forskjellig vil det danne et karakteristisk mønster i diagrammet – nesten som et fingeravtrykk!

Illustrasjon 3: a) Eksempel på en romsentret, kubisk krystallstruktur, b) Røntgenstrålen treffer atomer i et krystallgitter, og strålen blir reflektert. En mottaker samler opp reflekterte stråler og viser hvor mye som blir reflektert av de ulike plansettene i krystallen, vinkelen θ kan måles og gitteravstanden d beregnes.
Illustrasjon 3: a) Eksempel på en romsentret, kubisk krystallstruktur, b) Røntgenstrålen treffer atomer i et krystallgitter, og strålen blir reflektert. En mottaker samler opp reflekterte stråler og viser hvor mye som blir reflektert av de ulike plansettene i krystallen, vinkelen θ kan måles og gitteravstanden d beregnes.

Samme kjemi, men ulik struktur

I tillegg til å bare identifisere mineraler kan man med røntgendiffraksjon også skille mineraler som har lik kjemi, men ulik struktur fra hverandre.

Her er grafitt og diamant et godt eksempel. Grafitt kjenner mange igjen fra blyanter, mens diamanter er ettertraktede edelstener. Begge er en form for grunnstoffet karbon. Lager vi pulver av grafitt og diamant og kjører røntgenanalyse på det, kan vi skille dem fra hverandre fordi de lager hvert sitt karakteristiske mønster (Figur 4).

Illustrasjon 4: Diagram til grafitt og diamant som viser hvordan røntgenstrålene reflekteres forskjellig, som gir et karakteristisk mønster.
Illustrasjon 4: Diagram til grafitt og diamant som viser hvordan røntgenstrålene reflekteres forskjellig, som gir et karakteristisk mønster.

Røntgenanalyser av mineraler gir oss altså svært nyttig informasjon om hvilke mineraler som er til stede i en bergart, enten om den er på Mars eller på Jorden. Hva slags mineral som bli identifisert gir forskere en ny, liten puslespillbit i det store bildet som skal løses.

Vi vil gjerne høre fra deg!

TA KONTAKT HER
Har du en tilbakemelding på denne artikkelen. Eller spørsmål, ros eller kritikk? Eller tips om et viktig tema vi bør dekke?

Forskersonen er forskning.nos side for debatt og populærvitenskap

Forskersonen er forskning.nos side for debatt og populærvitenskap

Powered by Labrador CMS