När rymduppdrag rör sig djupare in i det yttre solsystemet, blir behovet av kompakta, resurseffektiva och exakta analysverktyg mer kritiskt. Särskilt eftersom forskare fortsätter att jaga utomjordiskt liv och beboeliga planeter eller månar.
Ett team från University of Maryland har utvecklat ett nytt instrument speciellt anpassat för rymduppdragens behov NASA. Deras laserbaserade minianalysator är betydligt mindre, men ändå resurseffektiv, utan att kompromissa med kvaliteten på dess förmåga att analysera prover av planetariskt material och potentiell biologisk aktivitet in situ.
Instrumentet väger mindre än 8 kg och är en fysiskt reducerad kombination av två viktiga verktyg för att upptäcka tecken på liv och bestämma materialets sammansättning: en pulsad ultraviolett laser, som tar bort små mängder material från ett planetprov, och Orbitrap-analysatorn, som levererar data om den kemiska sammansättningen av de studerade materialen från hög upplösning.
"Orbitrap byggdes ursprungligen för kommersiellt bruk", förklarade huvudforskaren Ricardo Arevalo. – Du kan hitta dem i medicinska och farmaceutiska laboratorier. Den i mitt eget labb väger över 180 kg, så den är ganska stor, och det tog oss 8 år att göra en prototyp som kunde användas effektivt i rymden. Det är mycket mindre och mindre resurskrävande."
Teamets nya enhet skalar ner den ursprungliga Orbitrap genom att kombinera den med Laser Desorption Mass Spectrometry (LDMS), en teknik som ännu inte har använts i en utomjordisk planetarisk miljö. Instrumentet har samma fördelar som sina större föregångare, men är förenklat för rymdutforskning och in-situ-analys av planetmaterial.
På grund av sin låga massa och minimala effektbehov kan den lagras och underhållas ombord på rymduppdrag, och analys ytan på en planet eller ett ämne kommer att bli mindre påträngande och därmed mycket mindre sannolikt att kontaminera eller skada provet. "Det som är bra är att allt som kan joniseras kan analyseras. Om vi riktar en laserstråle mot ett isprov kommer vi att bestämma dess sammansättning och se biosignaturer, sa Ricardo Arevalo. – Detta instrument har hög massupplösning och noggrannhet.
Laserkomponenten i miniversionen av LDMS Orbitrap ger också forskare tillgång till större och mer komplexa föreningar. Mindre organiska föreningar som aminosyror, till exempel, är tvetydiga markörer för livsformer. "Aminosyror kan produceras abiotiskt, vilket betyder att de inte nödvändigtvis är bevis på liv. Meteoriter, av vilka många är rika på aminosyror, kan falla till planetens yta och leverera abiotiska organiska ämnen till ytan, sa Arevalo. "Lasern tillåter oss att studera större och mer komplexa organiska ämnen som kan visa de mest sannolika biosignaturerna."
LDMS Orbitrap minisystem kommer att vara användbart i framtida uppdrag som syftar till att upptäcka liv (t.ex. Enceladus Orbilander), eller inom ytforskning månader (program NASA Artemis). Forskarna hoppas kunna skicka sin enhet ut i rymden och distribuera den vid anläggningen inom de närmaste åren. "Jag ser den här prototypen som en föregångare till andra framtida instrument baserade på LDMS och Orbitrap," sa Arevalo. "Vårt Orbitrap LDMS miniinstrument har potential att avsevärt förbättra sättet vi studerar planetarisk ytgeokemi och astrobiologi."
Också intressant: