space

Микроскоп поможет искать биологические образцы на Красной Планете

Категория: Поиск жизни

marsОдна из важных целей исследования Марса заключается в том, чтобы доставить образцы с поверхности Марса на Землю, особенно те, что могут доказать или опровергнуть теорию возможности жизни на Красной Планете.

Такое мероприятие будет дорогостоящим, а сами образцы будут под угрозой загрязнения во время полета на Землю. Поэтому, одно из решений этой проблемы заключается в изучении образцов прямо на Марсе, до того, как отправить их на землю. Марсианская научная лаборатория и другие марсоходы уже приступили к изучению образцов на месте с набором инструментов, которые моделируют и определяют химический состав различных образцов марсианской почвы. Однако, существует очень мало приспособлений, которые могут совершенно точно определить, существует ли жизнь на этой планете.

На Земле, инструментом, которым пользуются ученые во время исследований живых и других биологических материалов, является атмосферный или работающий в режиме естественной среды растровый электронный микроскоп (ASEM или ESEM). Микроскопы ESEM способны создавать изображения разрешением более 10 нанометров, или, грубо говоря, одну тысячную ширины человеческого волоса. Они также способны определять состав образца. Имеющиеся на рынке микроскопы ESEM обычно очень большие и потребляющие много энергии. Однако, одна команда ученых взялась за уменьшение микроскопа ESEM в размерах, чтобы сделать его подходящим для работы на Марсе.

Специальный проект НАСА по созданию компактного растрового электронного микроскопа, именуемый «The Miniaturized Variable Pressure Scanning Electron Microscope» (MVP-SEM), основывается на подходах, которые могут быть использованы на Международной космической станции и на Луне. Следующий шаг заключается в создании инструмента вроде ESEM, который позволит ученым исследовать геологию Марса и искать бактерии на его поверхности во время предстоящей миссии.

«Добавление этой технической возможности на марсоход или посадочный модуль позволит нам не только отобрать лучшие образцы, но главное получить изображения лучшего качества, таким образом изучить Марс без риска заражения образца по время полета на Землю» — сообщила Джессика Гаскин, главный исследователь проекта.

Проект был представлен на научной конференции по исследованию космоса (LPSC) ранее в 2016. Конференция проводилась благодаря вкладу программы НАСА по улучшению возможностей изучения космоса (PICASSO).

Развитие аппаратуры

Атмосферные микроскопы или растровые электронные микроскопы с возможностью выбора давления используются в лабораториях для исследования во многих областях, начиная с медицины заканчивая геологией. Аппарат, который создает НАСА будет исследовать геологические материалы таким образом, что оставит образцы нетронутыми. Из-за того, что процесс не разрушает образец, его можно будет исследовать с помощью другой аппаратуры, и благодаря этому можно будет более точно определить происхождение и эволюцию образца.

Этот аппарат позволит получать изображения высокого качества (более 50 нанометров), а также энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию, или определение химического состава. У микроскопов SEM больше вместимость, они могут работать и с большими частями земли, так что образцы не нужно готовить заранее, что значительно упрощает работу марсохода вдали от людей.

«Самое главное в этой технологии», — сообщила Гаскин, — «это то, что она будет использовать атмосферу Марса как наше топливо. Это позволит нам изучать настоящие, чистые образцы в их естественной среде обитания».

В астробиологии есть одна тенденция, которую часто критикуют. Она заключается в поиске схожей жизни, основанной на углероде, который может доказать наличие воды. Есть стратегия расширить границы поиска жизни путем поиска некой ненормальности в окружении, которую не могут объяснить ни физики, ни химики. Например, если где-то встретится огромное количество кремния, единственным объяснением может быть наличие жизни. Спектрометр будет способен находить такого рода ненормальности в окружающей среде.

«Этот прибор также позволит выводить изображения высокого качества, чтобы определять биологические признаки», — уточнила Дженифер Эдмунсон, ученый, работающий над проектом MVP-SEM.

Примером может послужить отделение белка от бактерий, таких как Pyrobaculum aerophilum, бактерий, которые развиваются в кипящей воде. «Одной из целей нашего проекта по модернизации оборудования является создание возможности различать такие составляющие как оксалат кальция (который может быть биологическим признаком) от карбоната кальция», — добавила Эдмунсон.

Бактерии, живущие в экстремальных условиях на Земле, иногда используются как теоретические модели, способные жить в холодных соленых водах Марса. Более того, в случае появления любой формы жизни на любой поверхности, например, споры, наше оборудование должно зафиксировать и дать изображение, чтобы его можно было изучать в дальнейшем.

Микроскоп MVP-SEM будет использовать вторичный электронный детектор, чтобы помочь ученым узнать больше о поверхности образца, а также отражающий детектор, чтобы предоставить информацию о текстуре и составе образца. Также будет использован детектор EDS, чтобы определить химический состав. Сейчас команда рассчитывает наиболее благоприятные условия для данных операций в марсианской, богатой углекислым газом, атмосфере. После этого, будет разработан прототип, который протестируют в помещении в Лаборатории реактивного движения, где воссозданы условия Марса. Главными участниками проекта помимо Космического центра Маршалла являются: Лаборатория реактивного движения, исследовательские компании Creare и Applied Physics Technologies, университет Кейс Вестерн Резерв и научный руководитель Доктор Г. Данилатос (первый исследователь, работающий над микроскопами SEM).

Когда работа над проектом PICASSO будет закончена, команда планирует продолжить разработку приборов с помощью гранта от НАСА «Maturation of Instruments for Solar System Exploration» (MatISSE), который является частью программы по исследованию возможностей в космосе и изучению Земли (программа ROSES).

Поделиться с друзьями: