2 PhD fellowships on Prebiotic Chemistry and Corrosion on Mars or the Moon

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Two four-year PhD contracts are offered within the María de Maeztu Excellence Program «Assesing the feasibility of life as a universal phenomenon through planetary exploration», at Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), in Torrejón de Ardoz, Madrid.

The thesis offered are the following:

  • PRE-MARÍA DE MAEZTU_00 (MdM_00): “Estudio experimenal de los procesos físico-químicos en polvo precometario cubierto de hielo”.

Dicho estudio tiene implicaciones en Química Prebiótica y Astrobiología. El hielo está compuesto de agua y otras moléculas como el CO, CO2, CH3OH, NH3, etc. Se estudiará en concreto el papel del nitrógeno en la formación de otras especies, y se buscarán los productos de la irradiación ultravioleta del hielo en los datos obtenidos por el telescopio en órbita JWST, un proyecto con una fuerte implicación del CAB. También seguiremos los procesos de desorción que permiten la eyección de moléculas del hielo a la fase gaseosa durante la irradiación, para justificar las observaciones de moléculas en regiones muy frías. Para ello las actividades a desarrollar por el becario son las siguientes:

  1. Introducción al tema de investigación. El becario deberá hacer un estudio de la literatura de este campo de investigación, proporcionándole artículos y textos de referencia y a través de seminarios. Se le solicitará que exponga oralmente un tema relacionado al Departamento.
  1. Formación técnica. Empleo de técnicas de ultra alto vacío, uso de fuentes de radiación ultravioleta y calentamiento controlado de muestras de hielo. Por efecto de la radiación ultravioleta, en los análogos de hielos precometarios compuestos de H2O, CO, CH3OH, CH4, NH3, etc. se generan radicales y especies reactivas como productos intermedios en la síntesis de especies de alto interés astrobiológico como aminoácidos, azúcares, nucleobases, etc. Además el estudiante se familiarizará con métodos de análisis de muestras sólidas in situ, principalmente espectroscopía en el rango infrarrojo y ultravioleta, y caracterización de la composición gaseosa con espectrometría de masas. Uso de software específico para la representación de resultados experimentales. Si procede, el becario participará en la interpretación de las futuras observaciones de hielos realizadas en el rango infrarrojo con el telescopio JWST.
  1. Formación científica. Una vez adquirida la formación técnica necesaria, el becario participará en los experimentos de simulación que se llevan a cabo en nuestro laboratorio, pudiendo contribuir al análisis de los datos obtenidos. Se le ayudará a relacionar los resultados experimentales con las observaciones del medio interestelar y circunestelar. El becario participará en la escritura de documentación científico-técnica y de artículos científicos, que junto a la presentación de los resultados en foros internacionales, es el objetivo final de nuestra actividad investigadora. Se espera del becario la asistencia e impartición de seminarios de grupo y del Centro, así como comunicaciones a congresos nacionales e internacionales.
  1. Tareas de divulgación inherentes a la ciencia.

More information: Guillermo Manuel Muñoz Caro munozcg@cab.inta-csic.es

  • PRE-MARÍA DE MAEZTU_01 (MdM_01): “Caracterización del daño producido en metales por corrosión, exposición a radicales libres y abrasión por polvo en condiciones espaciales de la superficie de marte o la luna”.

El contenido de esta tesis se engloba dentro de la línea de “Exploración in situ de objetos planetarios en el Sistema Solar: Marte, Europa, Mercurio” del proyecto de la Unidad de Excelencia María de Maeztu y también dentro del proyecto del Plan Nacional de Investigación CAMELIA (IP María Paz Zorzano), PID2019-104205GB-C21, dedicado al estudio del regolito marciano, el ciclo de aerosoles minerales de Marte y su implicación en la exploración humana de Marte.

Las condiciones ambientales en la superficie de Marte (y la Luna) pueden producir un daño irreversible en los materiales metálicos (corrosión, erosión, modificación de la estructura y aspereza de la superficie), lo que puede degradar las propiedades ópticas, térmicas, eléctricas y mecánicas de los materiales metálicos. El objetivo final de este trabajo es caracterizar el daño, el desgaste y el tiempo de vida útil de diferentes materiales metálicos en dichas condiciones espaciales y donde fuera posible sugerir tratamientos protectores.

Los planes presentes y futuros para la exploración de Marte y la Luna, que se describen en el Global Exploration Roadmap (2018) acordado por 50 países y 14 espaciales agencias, incluyen múltiples misiones de ciencia y demostración tecnológica, así como misiones de retorno de muestras (de las cuales NASA Mars 2020, Perseverance, es el primer paso). El objetivo final de este ambicioso plan es preparar, para la década de 2050, la exploración humana de Marte. Esta carrera de exploración espacial será desarrollada en paralelo por diferentes agencias espaciales nacionales y acompañada por iniciativas privadas. La implementación de este plan, irá inevitablemente acompañada de un creciente interés por el uso de materiales metálicos para construcción de instrumentos, contenedores, aeronaves, rovers, landers y hábitats. Estos materiales han de tener ciertas propiedades estructurales y al mismo tiempo sobrevivir a las condiciones abrasivas de Marte y la Luna, donde la continua exposición a polvo microscópico, con sales corrosivas, a radiación y a gases con radicales libres, puede producir un daño irreversible.

Las investigaciones previas de M.-P. Zorzano, una de las supervisoras de esta tesis, sugieren que la presencia de sales (como percloratos, cloruros, sulfatos) en el regolito Marciano, producen salmueras que pueden inducir corrosión en los metales de las ruedas de rovers como el Curiosity. Esta corrosión puede además acentuarse cuando se combina con fricción (que puede ocurrir por movimiento de una rueda con el suelo o por exposición al impacto continuo del polvo atmosférico) en lo que se conoce como tribocorrosión. Por otro lado, la atmósfera de Marte, y la exosfera de la Luna, están continuamente bombardeadas por radiaciones ionizantes que producen radicales libres y moléculas oxidantes como el peróxido de agua existente en la atmósfera de Marte. También el fino polvo, cargado electrostáticamente, del regolito lunar queda en suspensión sobre la superficie, en un entorno de moléculas gaseosas ionizadas que constituyen la exosfera y que afectan severamente a la exploración sostenida de su superficie. En resumen, el entorno de la superficie de Marte y la luna, incluye innumerables agentes degradantes tales como el oxígeno atómico, el peróxido de agua, la radiación ultravioleta (UV), la radiación ionizante, el ultra alto vacío (UHV), las partículas sólidas microscópicas cargadas, ciclos térmicos, radiación electromagnética y sales corrosivas.

En esta tesis doctoral se llevarán a cabo experimentos en condiciones de laboratorio y en cámaras de simulación de atmósferas similares a la de Marte o de vacío en condiciones similares a la de la Luna. Se caracterizarán materiales que hayan sido expuestos a radiación ionizante, o a radicales ionizados así como a salmueras de diferentes mezclas salinas existentes en Marte, a tribocorrosión y a diferentes mezclas de análogos de regolito marciano o lunar.

Las tareas a realizar por el contratado predoctoral serán:

  1. Búsqueda bibliográfica, comprensión de los ambientes esperables en la superficie de Marte.
  2. Preparación de muestras de materiales y diseño de experimentos.
  3. Ensayos de erosión y desgate en condiciones que simulen el entorno marciano
  4. Exposición de materiales a mezclas de gases en condiciones de presión y temperatura que simulan la atmósfera marciana. Estos ensayos incluirán muestras en contacto con salmueras y mezclas de regolitos similares a las que se encuentran en marte. Se emplearán también muestras previamente sujetas a ensayos de corrosión y desgate.
  5. Ensayos electroquímicos en condiciones que simulen el entrono marciano.
  6. Ensayos de exposición a radiación.
  7. Caracterización exhaustiva de las probetas ensayadas mediante microscopía confocal y electrónica de barrido y mediante análisis por difracción de rayos X y energía dispersa.
  8. Análisis e interpretación de datos.
  9. Asistencia a los seminarios que se imparten en el Centro de Astrobiología.
  10. Asistencia a cursos, congresos y seminarios relacionados con el tema de investigación.
  11. Redacción de documentos científicos.

More information: María-Paz Zorzano Mier zorzanomm@cab.inta-csic.es

The deadline for sending the applications is May 26th, 2021.

More information on application: https://www.inta.es/INTA/es/bolsa-de-empleo/oportunidad_1620731931129

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