NASA-forsker bruger erfaring til at bygge oceanverdeners instrument

Et instrument, der oprindeligt blev udviklet til at søge efter organiske molekyler på Mars, bliver genbrugt til potentielt at jage efter liv på en håndfuld måner i det ydre solsystem, der ser ud til at være vært for oceaner, gejsere og udluftninger af isvulkaner.

Will Brinckerhoff, en NASA-forsker ved Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, hjalp med at bygge et massespektrometer til Den Europæiske Rumorganisations 2020 ExoMars Rover-mission. Han udnyttede derefter den samme model til at skabe et endnu mere dygtigt instrument til en fremtidig NASA Mars-mission. Han parlayerer nu disse erfaringer for at bygge endnu et instrument under en ny multi-million-dollar teknologiudviklingspris.

Den seneste inkarnation, Europan Molecular Indicators of Life Investigation, eller EMILI, ville søge overfladerne og undergrunden af ​​Jupiters måne Europa eller andre iskolde måner for molekylære biosignaturer:strukturer eller mønstre af organiske forbindelser, der indikerer tilstedeværelsen af ​​nuværende eller tidligere liv på disse spændende verdener.

Selvom mindst seks måner menes at rumme væske, Jupiters Europa har særlig appel blandt astrobiologer - så meget, at faktisk, at NASA er i gang med en tidlig gennemførlighedsundersøgelse for en dedikeret lander-mission, der ville følge den planlagte Europa Clipper-multi-by-mission i 2020'erne. En sådan lander ville studere overfladeprøver af isen, der ligger over Europas enorme underjordiske hav. Forskere mener, at havet kan have eksisteret i milliarder af år, tid nok til, at potentielle livsformer kan udvikle sig.

"Hvis der eksisterer liv i Europas underjordiske hav, dets molekylære tegn kan påvises i overfladeprøver, " sagde Brinckerhoff. "Vi taler om mikrobielle organiske koncentrationer på niveauer langt under en del pr. milliard efter vægt."

NASA's Concepts for Ocean Worlds Life Detection Technology-program, eller COLDTech, tildelt Brinckerhoff og hans team to-årig finansiering for at fremme EMILI som et potentielt instrument på en lander. Målet er at modne instrumentet til et teknologisk parathedsniveau på seks, eller TRL 6, hvilket betyder, at EMILI er klar til flyveudvikling og i stand til at detektere og analysere mikrobielle livsformer.

EMILI har et forspring, sagde Brincerkhoff.

Prototypen ville bære en lignende række af funktioner, der allerede er udviklet til Mars Organic Molecule Analyzer-Mass Spectrometer, eller MOMA-MS, og det lineære ionfælde-massespektrometer, eller LITMS.

MOMA-MS, som Brinckerhoffs team vil levere på mindre end et år til integration på ESA's 2020 ExoMars-mission, vil identificere organisk materiale ved at måle massen af ​​de individuelle molekyler, der er låst inde i knuste Mars-stenprøver. LITMS, under udvikling til en potentiel fremtidig Mars-mission med støtte fra NASA's Maturation of Instruments for Solar System Exploration-program, er næsten på TRL-6, afventer en sidste runde af Mars miljøtest.

Begge instrumenter detekterer og identificerer organisk materiale på Mars med to teknikker. I en, kaldet laserdesorptionsmassespektrometri, en indbygget højintensiv laser omdanner en prøves molekyler til ioner, som engang blev dannet, ledes ind i en masseanalysator, hvor de adskilles i henhold til deres masse-til-ladningsforhold. Resultatet er et spektrum, der afslører elementer og strukturelle detaljer, der udgør molekylerne.

Den anden teknik, kaldet gaskromatografi massespektrometri, indebærer opvarmning af pulveriserede prøver med en miniatureovn og analyse af de frigivne gasser. Alle disse muligheder er forbundet gennem en enkelt, meget miniaturiseret lineær ionfældeanalysator.

LITMS, imidlertid, tager disse evner til næste niveau. Ud over disse muligheder, LITMS bærer et præcist kerneprøvehåndteringssystem og kan analysere både positive og negative ioner, som udvider rækken af ​​molekyler instrumentet kan identificere.

"EMILI repræsenterer en ombygning af LITMS for Europa. I nogle henseender, EMILI er en mere ligetil implementering end MOMA eller LITMS på Mars, " sagde Brinckerhoff, tilføjer, at Europa ikke har en væsentlig atmosfære, eliminerer behovet for visse typer hardware, der tilføjer størrelse og kompleksitet til instrumentet.

"Det, vi har med EMILI breadboard, er langt nok i udviklingen til, at vi er sikre på, at vi kan bygge en flyversion, " tilføjede han. "COLDTech giver os en mulighed for at demonstrere, at vi kan foretage de kritiske biosignatur-detektionsmålinger på en havverden som Europa."