Для поиска внеземной жизни разработали компактный лазер

По мере того как космические миссии в поиске внеземной жизни следуют все глубже во внешнюю Солнечную систему, острее становится потребность в более компактных, ресурсосберегающих и точных аналитических инструментах.

Группа специалистов под руководством ученых Университета Мэриленда разработала новый прибор, специально предназначенный для нужд космических миссий НАСА. Их мини-анализатор с лазерным источником энергии значительно компактнее и более ресурсоэффективен, чем его предшественники — и все это без ущерба для качества анализа образцов планетарного материала и потенциальной биологической активности на месте.

Работа команды об этом новом устройстве опубликована в журнале Nature Astronomy 16 января 2023 года.

Прибор весит всего 17 фунтов и представляет собой физически уменьшенную комбинацию двух важных инструментов для обнаружения признаков жизни и определения состава материалов: импульсного ультрафиолетового лазера, который извлекает небольшое количество материала из планетарного образца, и анализатора OrbitrapTM, который предоставляет данные о химическом составе исследуемых материалов с высоким разрешением.

Orbitrap изначально был создан для коммерческого использования, — объяснил Рикардо Аревало, ведущий автор статьи и доцент геологии в UMD.

Вы можете найти их в лабораториях фармацевтической, медицинской и протеомной промышленности. Тот, что стоит в моей лаборатории, весит чуть меньше 400 фунтов, так что они довольно большие, и нам потребовалось восемь лет, чтобы создать прототип, который можно было бы эффективно использовать в космосе — значительно меньший по размеру и менее ресурсоемкий, но при этом способный выполнять передовые научные задачи.

Новый гаджет — это уменьшенная копия Orbitrap, объединенная с лазерной десорбционной масс-спектрометрией (LDMS) — технологией, которую еще предстоит применить во внеземной планетарной среде. По словам Аревало, новый прибор обладает теми же преимуществами, что и его более крупные предшественники, но он оптимизирован для исследования космоса и анализа планетарных материалов на месте.

Благодаря своей небольшой массе и минимальным требованиям к питанию, мини-прибор Orbitrap LDMS можно с легкостью размещать и обслуживать на борту космических аппаратов. Анализ планетарной поверхности или вещества с помощью этого прибора также гораздо менее интрузивен и, следовательно, гораздо меньше вероятность загрязнения или повреждения образца, чем при использовании многих современных методов, с помощью которых пытаются идентифицировать неизвестные соединения.

Лазерный источник хорош тем, что все, что может быть ионизировано, может быть проанализировано. Если мы направим лазерный луч на образец льда, мы сможем определить состав льда и увидеть в нем биосигнатуры, — отметил Аревало.

Этот инструмент имеет такое высокое массовое разрешение и точность, что любые молекулярные или химические структуры в образце становятся гораздо более различимыми.

Лазерный компонент LDMS Orbitrap также позволяет ученым исследовать более крупные и сложные соединения, которые с большей вероятностью могут быть связаны с биологическими процессами. Более мелкие органические соединения, такие как аминокислоты, например, являются менее очевидными признаками форм жизни.

Аминокислоты могут быть получены абиотическим путем, то есть они не обязательно являются доказательством существования жизни. Метеориты, многие из которых полны аминокислот, могут упасть на поверхность планеты и доставить абиотическую органику на поверхность, — сказал Аревало.

Зато мы знаем, что более крупные и сложные молекулы, такие как белки, скорее всего, были созданы живыми системами или связаны с ними. Лазер позволяет нам изучать более крупную и сложную органику, которая точнее отражает биосигнатуры, чем более мелкие и простые соединения.

Аревало и его команда надеются отправить свое устройство в космос и установить его на интересующем их планетарном объекте в течение ближайших нескольких лет.

Я рассматриваю этот прототип как первопроходца для других будущих приборов на основе LDMS и Orbitrap, — заключил Аревало.

Наш мини-прибор Orbitrap LDMS способен значительно расширить возможности изучения геохимии или астробиологии планетарной поверхности.

Неизвестно, правда, насколько эта идея — ионизировать лазером следы жизни — воодушевила бы инопланетян, окажись они микроскопического размера.

16.01.2023