Da Weltraummissionen tiefer in das äußere Sonnensystem vordringen, wird der Bedarf an kompakten, ressourceneffizienten und genauen Analysewerkzeugen immer kritischer. Zumal Wissenschaftler weiterhin nach außerirdischem Leben und bewohnbaren Planeten oder Monden suchen.
Ein Team der University of Maryland hat ein neues Instrument entwickelt, das speziell auf die Bedürfnisse von Weltraummissionen zugeschnitten ist NASA. Ihr laserbasierter Minianalysator ist deutlich kleiner, aber ressourceneffizient, ohne die Qualität seiner Fähigkeit zur Analyse von Proben planetaren Materials und potenzieller biologischer Aktivität in situ zu beeinträchtigen.
Das Instrument wiegt weniger als 8 kg und ist eine physikalisch reduzierte Kombination aus zwei wichtigen Werkzeugen zur Erkennung von Lebenszeichen und zur Bestimmung der Materialzusammensetzung: einem gepulsten Ultraviolettlaser, der kleine Materialmengen aus einer Planetenprobe entfernt, und dem Orbitrap-Analysator. die hochaufgelöste Daten über die chemische Zusammensetzung der untersuchten Materialien liefert.
„Orbitrap wurde ursprünglich für den kommerziellen Gebrauch gebaut“, erklärte der leitende Forscher Ricardo Arevalo. - Sie finden sie in medizinischen und pharmazeutischen Labors. Der in meinem eigenen Labor wiegt über 180 kg, ist also ziemlich groß, und wir haben 8 Jahre gebraucht, um einen Prototyp herzustellen, der effektiv im Weltraum eingesetzt werden kann. Es ist viel kleiner und weniger ressourcenintensiv."
Das neue Gerät des Teams verkleinert die ursprüngliche Orbitrap, indem es sie mit Laserdesorptions-Massenspektrometrie (LDMS) kombiniert, einer Technologie, die noch nicht in einer außerirdischen planetaren Umgebung eingesetzt wurde. Das Instrument hat die gleichen Vorteile wie seine größeren Vorgänger, ist jedoch für die Weltraumforschung und die In-situ-Analyse von Planetenmaterialien vereinfacht.
Aufgrund seiner geringen Masse und des minimalen Energiebedarfs kann es an Bord von Weltraummissionen gelagert und gewartet werden Analyse Die Oberfläche eines Planeten oder einer Substanz wird weniger aufdringlich und daher viel weniger wahrscheinlich, dass die Probe kontaminiert oder beschädigt wird. „Das Gute ist, dass alles analysiert werden kann, was ionisiert werden kann. Wenn wir einen Laserstrahl auf eine Eisprobe richten, werden wir ihre Zusammensetzung bestimmen und Biosignaturen sehen, sagte Ricardo Arevalo. – Dieses Instrument hat eine hohe Massenauflösung und Genauigkeit.
Die Laserkomponente der Mini-Version des LDMS Orbitrap ermöglicht Forschern auch den Zugang zu größeren und komplexeren Verbindungen. Kleinere organische Verbindungen wie zum Beispiel Aminosäuren sind mehrdeutige Marker für Lebensformen. „Aminosäuren können abiotisch hergestellt werden, sind also nicht unbedingt ein Lebensbeweis. Meteoriten, von denen viele reich an Aminosäuren sind, könnten auf die Oberfläche des Planeten fallen und abiotische organische Stoffe an die Oberfläche liefern, sagte Arevalo. „Der Laser ermöglicht es uns, größere und komplexere organische Substanzen zu untersuchen, die die wahrscheinlichsten Biosignaturen aufweisen können.“
Das LDMS Orbitrap-Minisystem wird bei zukünftigen Missionen nützlich sein, die darauf abzielen, Leben zu entdecken (z. Enceladus Orbilander) oder in der Oberflächenforschung Monate (Programm NASA-Artemis). Die Wissenschaftler hoffen, ihr Gerät in den nächsten Jahren in den Weltraum zu schicken und dort einzusetzen. „Ich sehe diesen Prototyp als Vorläufer für andere zukünftige Instrumente, die auf LDMS und Orbitrap basieren“, sagte Arevalo. „Unser Mini-Instrument Orbitrap LDMS hat das Potenzial, die Art und Weise, wie wir die Geochemie und Astrobiologie der Planetenoberfläche untersuchen, erheblich zu verbessern.“
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