April 18, 2024

Een NASA-instrument op weg naar Titan zou de chemie kunnen onthullen die tot leven leidt

Een NASA-instrument op weg naar Titan zou de chemie kunnen onthullen die tot leven leidt

Deze illustratie toont een NASA Dragonfly-lander die een plek nadert op Titan, de buitenaardse maan van Saturnus. Door gebruik te maken van de dichte atmosfeer en de lage zwaartekracht van Titan, zal Dragonfly tientallen locaties in de ijzige wereld verkennen, de samenstelling van Titan’s organische oppervlaktematerialen bemonsteren en meten om de bewoonbaarheid van Titan’s omgeving te bepalen en de evolutie van zijn prebiotische chemie te onderzoeken. Credits: NASA/JHU-APL

Een nieuwe NASA-missie naar Titan, de gigantische maan van Saturnus, staat gepland voor lancering in 2027. Wanneer deze halverwege de jaren 2030 arriveert, zal het een ontdekkingsreis beginnen die zou kunnen leiden tot nieuwe inzichten in de evolutie van het leven in het universum. Deze missie, genaamd Dragonfly, zal een instrument dragen genaamd de Dragonfly Mass Spectrometer (DraMS), ontworpen om wetenschappers te helpen de chemie van het werk aan Titan te verfijnen. Het kan ook licht werpen op de soorten chemische stappen die op aarde plaatsvonden die uiteindelijk leidden tot de vorming van leven, de zogenaamde prebiotische chemie.

Titan’s complexe, koolstofrijke chemie, binnenoceanen en vroegere aanwezigheid van vloeibaar water aan het oppervlak maken het een ideale bestemming voor het bestuderen van prebiotische chemische processen en de potentiële bewoonbaarheid van een buitenaardse omgeving.

Met DraMS kunnen wetenschappers terug naar de aarde de chemische samenstelling van het oppervlak van Titanian op afstand bestuderen. “We willen weten of het soort chemie dat belangrijk zou kunnen zijn voor de vroege prebiotische systemen van de aarde, voorkomt op Titan”, legt Dr. Melissa Trainer van NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, uit.

Trainer is een planetaire wetenschapper en astronoom die gespecialiseerd is in Titan en een van de plaatsvervangende hoofdonderzoekers is van de Dragonfly-missie. Het was ook een pionier in de DraMS-tool, die monstermetingen van het oppervlaktemateriaal van Titan zal scannen op bewijs van prebiotische chemie.

Om dit te bereiken, zal het Dragonfly-robotvliegtuig profiteren van de lage zwaartekracht en de dichte atmosfeer van Titan om tussen verschillende interessante punten op het oppervlak van Titan te vliegen, die vele kilometers uit elkaar liggen. Hierdoor kan Dragonfly zijn volledige set gereedschappen naar een nieuwe locatie verplaatsen wanneer de vorige volledig is verkend, en biedt het toegang tot monsters in omgevingen met een verscheidenheid aan geologische geschiedenissen.

Op elke locatie zullen monsters met een grootte van minder dan 1 gram vanaf het oppervlak worden geboord door middel van de DraMS Acquisition of Complex Organic Matter (DrACO)-boor en in het hoofdlichaam van de lander worden gebracht, naar een plek die de “zolder” wordt genoemd en waar de DraMS-instrument. Daar wordt het bestraald door een ingebouwde laser of verdampt in een oven om te worden gemeten door DraMS. Een massaspectrometer is een instrument dat de verschillende chemische componenten van een monster analyseert door deze componenten te scheiden in hun basismoleculen en ze door sensoren te laten gaan voor identificatie.

De kleurrijke bol van de grootste maan van Saturnus, Titan, passeert voor de planeet en zijn ringen in deze natuurgetrouwe kleurenopname van NASA’s Cassini-ruimtevaartuig. Afbeelding tegoed: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

“DraMS is ontworpen om te kijken naar organische moleculen die aanwezig kunnen zijn op Titan, naar hun samenstelling en verspreiding in verschillende oppervlakte-omgevingen”, zegt Trainer. Organische moleculen bevatten koolstof en worden gebruikt door alle bekende levensvormen. Ze zijn geïnteresseerd in het begrijpen van de vorming van leven, omdat het kan worden gecreëerd door middel van levende en niet-levende processen.

Een massaspectrometer bepaalt wat er in een monster zit door het materiaal te ioniseren (dat wil zeggen, het te bombarderen met energie zodat de atomen erin positief of negatief geladen worden) en de chemische samenstelling van verschillende verbindingen te onderzoeken. Dit omvat het bepalen van de relatie tussen het gewicht en de lading van een molecuul, die dient als handtekening voor de verbinding.

DraMS is gedeeltelijk ontwikkeld door hetzelfde team van Goddard dat het heeft ontwikkeld Monsteranalyse bij Mars (SAM) aan boord van de Curiosity rover. DraMS is ontworpen om monsters van het oppervlaktemateriaal van Titanian te scannen Ter plekkegebruikmakend van technologieën die op Mars zijn getest met de SAM-groep.

De coach benadrukte de voordelen van dit erfgoed. Dragonfly-wetenschappers wilden niet “het wiel opnieuw uitvinden” als het ging om het zoeken naar organische verbindingen op Titan, maar vertrouwden op gevestigde methoden die zijn toegepast op Mars en elders. “Dit ontwerp gaf ons een zeer flexibele tool, een die zich kan aanpassen aan verschillende soorten oppervlaktemonsters”, zegt Trainer.

De DraMS en andere wetenschappelijke instrumenten op Dragonfly worden ontworpen en gebouwd onder leiding van het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland, dat de NASA-missie beheert en de draaiende lander ontwerpt en bouwt. Het team omvat belangrijke partners bij Goddard, het Franse ruimtevaartagentschap (CNES, Parijs, Frankrijk), dat een gaschromatograafmodule voor DraMS levert die zorgt voor extra scheiding na het verlaten van de oven, Lockheed Martin Space, Littleton, Colorado, NASA Ames Research Center op Moffett Federal Airport in Silicon Valley, Californië, NASA Langley Research Center, Hampton, Virginia, NASA Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californië, Penn State University, State College, Pennsylvania, Malin Space Science Systems, San Diego, Californië, Honeybee Robotics, Brooklyn, New York, het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (DLR), Keulen, Duitsland, en Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), Tokio, Japan.