Post-landing major element quantification using SuperCam laser induced breakdown spectroscopy - Sorbonne Université
Article Dans Une Revue Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy Année : 2022

Post-landing major element quantification using SuperCam laser induced breakdown spectroscopy

Ryan B. Anderson (1) , Olivier Forni (2) , Agnes Cousin (2) , Roger C. Wiens (3) , Samuel M. Clegg (3) , Jens Frydenvang (4) , Travis S. J. Gabriel (1) , Ann Ollila (3) , Susanne Schröder (5) , Olivier Beyssac (6) , Erin Gibbons (7) , David S. Vogt (5) , Elise Clavé (8) , Jose-Antonio Manrique (9) , Carey Legett (3) , Paolo Pilleri (2) , Raymond T. Newell (3) , Joseph Sarrao (3) , Sylvestre Maurice (2) , Gorka Arana (10) , Karim Benzerara (6) , Pernelle Bernardi (11) , Sylvain Bernard (6) , Bruno Bousquet (8) , Adrian J. Brown (12) , César Alvarez-Llamas (13) , Baptiste Chide (2) , Edward Cloutis (14) , Jade Comellas (3) , Stephanie Connell (14) , Erwin Dehouck (15) , Dorothea M. Delapp (3) , Ari Essunfeld (3) , Cecile Fabre (16) , Thierry Fouchet (11) , Cristina Garcia-Florentino (10) , Laura García-Gómez (13) , Patrick Gasda (3) , Olivier Gasnault (2) , Elisabeth M. Hausrath (17) , Nina L. Lanza (3) , Javier Laserna (13) , Jeremie Lasue (2) , Guillermo Lopez (9) , Juan Manuel Madariaga (10) , Lucia Mandon (11) , Nicolas Mangold (18) , Pierre-Yves Meslin (2) , Anthony E. Nelson (3) , Horton Newsom (19) , Adriana L. Reyes-Newell (3) , Scott Robinson (3) , Fernando Rull (9) , Shiv Sharma (20) , Justin I. Simon (21) , Pablo Sobron (22) , Imanol Torre Fernandez (10) , Arya Udry (17) , Dawn Venhaus (3) , Scott M. Mclennan (23) , Richard V. Morris (21) , Bethany Ehlmann (24)
1 USGS - US Geological Survey [Flagstaff]
2 IRAP - Institut de recherche en astrophysique et planétologie
3 LANL - Los Alamos National Laboratory
4 Globe Institute
5 IOSS - DLR Institute of Optical Sensor Systems
6 IMPMC - Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
7 McGill University = Université McGill [Montréal, Canada]
8 CELIA - Centre d'Etudes Lasers Intenses et Applications
9 UVa - Universidad de Valladolid [Valladolid]
10 UPV / EHU - Universidad del País Vasco [Espainia] / Euskal Herriko Unibertsitatea [España] = University of the Basque Country [Spain] = Université du pays basque [Espagne]
11 LESIA - Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
12 Plancius Research LLC
13 Universidad de Málaga [Málaga] = University of Málaga [Málaga]
14 University of Manitoba [Winnipeg]
15 LGL-TPE - Laboratoire de Géologie de Lyon - Terre, Planètes, Environnement
16 GeoRessources
17 WGU Nevada - University of Nevada [Las Vegas]
18 LPG - Laboratoire de Planétologie et Géosciences [UMR_C 6112]
19 The University of New Mexico [Albuquerque]
20 UHM - University of Hawai‘i [Mānoa]
21 JSC - NASA Johnson Space Center
22 SETI - Search for Extraterrestrial Intelligence Institute
23 SBU - Stony Brook University [SUNY]
24 Caltech Division of Geological and Planetary Sciences
Ryan B. Anderson
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US Geological Survey [Flagstaff]
Olivier Forni
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Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Agnes Cousin
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Roger C. Wiens
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Los Alamos National Laboratory
Samuel M. Clegg
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Los Alamos National Laboratory
Jens Frydenvang
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Globe Institute
Travis S. J. Gabriel
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US Geological Survey [Flagstaff]
Ann Ollila
Los Alamos National Laboratory
Susanne Schröder
  • Fonction : Auteur
DLR Institute of Optical Sensor Systems
Olivier Beyssac
Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
Erin Gibbons
  • Fonction : Auteur
McGill University = Université McGill [Montréal, Canada]
David S. Vogt
  • Fonction : Auteur
DLR Institute of Optical Sensor Systems
Elise Clavé
  • Fonction : Auteur
Centre d'Etudes Lasers Intenses et Applications
Jose-Antonio Manrique
  • Fonction : Auteur
Universidad de Valladolid [Valladolid]
Carey Legett
Los Alamos National Laboratory
Paolo Pilleri
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Raymond T. Newell
  • Fonction : Auteur
Los Alamos National Laboratory
Joseph Sarrao
  • Fonction : Auteur
Los Alamos National Laboratory
Sylvestre Maurice
  • Fonction : Auteur
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Gorka Arana
  • Fonction : Auteur
Universidad del País Vasco [Espainia] / Euskal Herriko Unibertsitatea [España] = University of the Basque Country [Spain] = Université du pays basque [Espagne]
Karim Benzerara
Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
Pernelle Bernardi
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
Sylvain Bernard
Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
Bruno Bousquet
  • Fonction : Auteur
Centre d'Etudes Lasers Intenses et Applications
Adrian J. Brown
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Plancius Research LLC
César Alvarez-Llamas
Universidad de Málaga [Málaga] = University of Málaga [Málaga]
CV
Baptiste Chide
  • Fonction : Auteur
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Edward Cloutis
  • Fonction : Auteur
University of Manitoba [Winnipeg]
Jade Comellas
  • Fonction : Auteur
Los Alamos National Laboratory
Stephanie Connell
  • Fonction : Auteur
University of Manitoba [Winnipeg]
Erwin Dehouck
Laboratoire de Géologie de Lyon - Terre, Planètes, Environnement
Dorothea M. Delapp
  • Fonction : Auteur
Los Alamos National Laboratory
Ari Essunfeld
  • Fonction : Auteur
Los Alamos National Laboratory
Cecile Fabre
  • Fonction : Auteur
GeoRessources
Thierry Fouchet
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
Cristina Garcia-Florentino
  • Fonction : Auteur
Universidad del País Vasco [Espainia] / Euskal Herriko Unibertsitatea [España] = University of the Basque Country [Spain] = Université du pays basque [Espagne]
Laura García-Gómez
  • Fonction : Auteur
Universidad de Málaga [Málaga] = University of Málaga [Málaga]
Patrick Gasda
  • Fonction : Auteur
Los Alamos National Laboratory
Olivier Gasnault
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Elisabeth M. Hausrath
  • Fonction : Auteur
University of Nevada [Las Vegas]
Nina L. Lanza
  • Fonction : Auteur
Los Alamos National Laboratory
Javier Laserna
  • Fonction : Auteur
Universidad de Málaga [Málaga] = University of Málaga [Málaga]
Jeremie Lasue
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Guillermo Lopez
  • Fonction : Auteur
Universidad de Valladolid [Valladolid]
Juan Manuel Madariaga
  • Fonction : Auteur
Universidad del País Vasco [Espainia] / Euskal Herriko Unibertsitatea [España] = University of the Basque Country [Spain] = Université du pays basque [Espagne]
Lucia Mandon
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
Nicolas Mangold
Laboratoire de Planétologie et Géosciences [UMR_C 6112]
Pierre-Yves Meslin
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Anthony E. Nelson
  • Fonction : Auteur
Los Alamos National Laboratory
Horton Newsom
  • Fonction : Auteur
The University of New Mexico [Albuquerque]
Adriana L. Reyes-Newell
  • Fonction : Auteur
Los Alamos National Laboratory
Scott Robinson
  • Fonction : Auteur
Los Alamos National Laboratory
Fernando Rull
  • Fonction : Auteur
Universidad de Valladolid [Valladolid]
Shiv Sharma
  • Fonction : Auteur
University of Hawai‘i [Mānoa]
Justin I. Simon
  • Fonction : Auteur
NASA Johnson Space Center
Pablo Sobron
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Search for Extraterrestrial Intelligence Institute
Imanol Torre Fernandez
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Universidad del País Vasco [Espainia] / Euskal Herriko Unibertsitatea [España] = University of the Basque Country [Spain] = Université du pays basque [Espagne]
Arya Udry
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University of Nevada [Las Vegas]
Dawn Venhaus
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Los Alamos National Laboratory
Scott M. Mclennan
  • Fonction : Auteur
Stony Brook University [SUNY]
Richard V. Morris
  • Fonction : Auteur
NASA Johnson Space Center
Bethany Ehlmann
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Caltech Division of Geological and Planetary Sciences

Résumé

The SuperCam instrument on the Perseverance Mars 2020 rover uses a pulsed 1064 nm laser to ablate targets at a distance and conduct laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) by analyzing the light from the resulting plasma. SuperCam LIBS spectra are preprocessed to remove ambient light, noise, and the continuum signal present in LIBS observations. Prior to quantification, spectra are masked to remove noisier spectrometer regions and spectra are normalized to minimize signal fluctuations and effects of target distance. In some cases, the spectra are also standardized or binned prior to quantification. To determine quantitative elemental compositions of diverse geologic materials at Jezero crater, Mars, we use a suite of 1198 laboratory spectra of 334 well-characterized reference samples. The samples were selected to span a wide range of compositions and include typical silicate rocks, pure minerals (e.g., silicates, sulfates, carbonates, oxides), more unusual compositions (e.g., Mn ore and sodalite), and replicates of the sintered SuperCam calibration targets (SCCTs) onboard the rover. For each major element (SiO2, TiO2, Al2O3, FeOT, MgO, CaO, Na2O, K2O), the database was subdivided into five "folds" with similar distributions of the element of interest. One fold was held out as an independent test set, and the remaining four folds were used to optimize multivariate regression models relating the spectrum to the composition. We considered a variety of models, and selected several for further investigation for each element, based primarily on the root mean squared error of prediction (RMSEP) on the test set, when analyzed at 3 m. In cases with several models of comparable performance at 3 m, we incorporated the SCCT performance at different distances to choose the preferred model. Shortly after landing on Mars and collecting initial spectra of geologic targets, we selected one model per element. Subsequently, with additional data from geologic targets, some models were revised to ensure results that are more consistent with geochemical constraints. The calibration discussed here is a snapshot of an ongoing effort to deliver the most accurate chemical compositions with SuperCam LIBS.

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Soumis le : lundi 7 novembre 2022-09:42:00

Dernière modification le : vendredi 15 novembre 2024-09:44:25

Archivage à long terme le : jeudi 9 février 2023-10:11:21

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insu-03663667 , version 1 (07-11-2022)

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Citer

Ryan B. Anderson, Olivier Forni, Agnes Cousin, Roger C. Wiens, Samuel M. Clegg, et al.. Post-landing major element quantification using SuperCam laser induced breakdown spectroscopy. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2022, 188, pp.106437. ⟨10.1016/j.sab.2021.106347⟩. ⟨insu-03663667⟩

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