Анализатор органических молекул Mars - Mars Organic Molecule Analyser - Wikipedia

Анализатор органических молекул Mars
ПроизводительИнститут Макса Планка по исследованию солнечной системы, Центр космических полетов Годдарда, ЛИЗА и LATMOS
Тип инструментамасс-спектрометр с ионной ловушкой
Функцияищи органические соединения в почве Марса
Интернет сайтНабор инструментов ExoMars Rover
Характеристики
Масса11,5 кг (25 фунтов)
Разрешение10 частей на миллиард
Хост космический корабль
Космический корабльРозалинд Франклин марсоход
ОператорЕКА /Роскосмос
Дата запускаАвгуст – октябрь 2022 г.[1]
РакетаПротон-М /Бриз-М
Запустить сайтБайконур

В Анализатор органических молекул Mars (МОМА) это масс-спектрометр прибор на борту Розалинд Франклин марсоход будет запущен в августе – октябре 2022 г. до Марс на астробиология миссия.[2] Он будет искать органические соединения (углеродсодержащие молекулы) в отобранных образцах почвы. Определяя молекулярные структуры обнаруженных органических веществ, MOMA может дать представление о потенциальных молекулярных биосигнатуры. MOMA сможет обнаруживать органические молекулы при концентрациях до 10 частей на миллиард по весу (ppbw).[2] MOMA исследует исключительно твердые измельченные образцы; он не выполняет атмосферный анализ.

Главный следователь - Фред Гусманн из Институт Макса Планка по исследованию солнечной системы в Германия.[2]

Обзор

Цель MOMA - искать признаки прошлого жизнь на Марсе (биосигнатуры) путем анализа широкого диапазона органические соединения которые могут быть обнаружены в пробуренных образцах, полученных с 2-х метровой глубины марсианской поверхности Розалинд Франклин марсоход. MOMA исследует только твердые измельченные образцы; он не выполняет атмосферный анализ.

MOMA сначала испарит твердые органические соединения, чтобы их можно было проанализировать с помощью масс-спектрометр; это улетучивание органического материала достигается двумя разными способами: лазерная десорбция и термическое испарение с последующим разделением с использованием четырех ГХ-МС столбцы. Затем выполняется идентификация органических молекул с помощью масс-спектрометр с ионной ловушкой.[3][4]

Органические биосигнатуры

Хотя однозначной биосигнатуры Марса, которую нужно было бы искать, не существует, прагматический подход заключается в поиске определенных молекул, таких как липиды и фосфолипиды что может формироваться клеточные мембраны которые могут быть сохранены в геологических масштабах времени.[4] Липиды и другие органические молекулы могут проявлять биогенные свойства, которых нет в абиогенном органическом материале. Если они являются биогенными (синтезируются живой формой), такие соединения могут быть обнаружены в высоких концентрациях только в узком диапазоне молекулярных масс, в отличие от углеродистых метеоритов, где эти соединения обнаруживаются в более широком диапазоне молекулярных масс.[4] В случае сахаров и аминокислоты, чрезмерная молекулярная гомохиральность (асимметрия) - еще один важный ключ к их биологическому происхождению.[4] Предполагается, что жизнь на Марсе будет углеродной и клеточной, как на Земле, поэтому ожидаются общие строительные блоки, такие как цепочки аминокислот (пептиды и белки ) и цепочки азотистых оснований (РНК, ДНК, или их аналоги). Кроме того, некоторые изомеры органических веществ с высоким молекулярным весом могут быть потенциальными биосигнатурами, если их идентифицировать в контексте с другими подтверждающими доказательствами. Другие соединения, предназначенные для обнаружения, будут включать: жирные кислоты, стеролы, и гопаноиды.[4]

Фоновая органика

Ожидается, что на поверхности Марса скопилось значительное количество крупных органических молекул, доставленных межпланетными частицами пыли и углеродистыми метеоритами.[4] Характеристика этой фракции MOMA может определить не только количество этого потенциального фона для обнаружения следов биомаркеров, но также степень разложения этого вещества под действием излучения и окисления в зависимости от глубины.[4][5] Это важно для интерпретации происхождения образцов в местном геологическом и геохимическом контексте.[5]

Разработка

Компоненты MOMA, относящиеся к ГХ-МС, унаследованы от Викинг посадочные места, COSAC на борту спускаемого аппарата кометы Philae, и СЭМ на борту Любопытство вездеход.[2] Но методы, применявшиеся в прошлом на борту Викинг посадочные места и Любопытство вездеходы в основном разрушительны (пиролиз), и, следовательно, важная информация об органическом материале теряется. Кроме того, могут быть обнаружены только летучие молекулы, и только неполярные молекулы могут пройти через колонки для ГХ к детектору. MOMA будет сочетать пиролиз-дериватизацию с менее деструктивным методом: LDMS (лазерная десорбционная масс-спектрометрия), который позволяет обнаруживать большие и неповрежденные молекулярные фрагменты и характеризовать их с помощью масс-спектрометра (MS).[2][6] На методику LDMS эти недостатки не влияют, и на нее не влияет наличие перхлораты, известных в изобилии на поверхности Марса.[2][5] Затем тандемная масс-спектрометрия может быть использована для дальнейшей характеристики этих молекул.[2]

В Институт Макса Планка по исследованию солнечной системы ведет разработку. Международные партнеры включают НАСА.[7] В масс-спектрометр (MS) и основная электроника MOMA предоставлены НАСА Центр космических полетов Годдарда, в то время как газовая хроматография (GC) предоставляется двумя французскими институтами ЛИЗА и LATMOS. УФ-лазер разрабатывается Laser Zentrum Hannover.[4] MOMA не представляет собой единого компактного устройства, а представляет собой модульное устройство с многочисленными механическими и тепловыми интерфейсами внутри марсохода. Окончательная интеграция и проверка будут выполнены на Thales Alenia Space в Италии.

ПараметрЕдиницы / производительность[8]
Масса11,5 кг (25 фунтов)
МощностьВ среднем: 65 Вт
Максимум: 154 Вт
Оперативный
температура		От −40 ° C до +20 ° C
ЧувствительностьОрганические вещества присутствуют в концентрации ≥10 частей на миллиард [2]
Духовки GC32 (20 для пиролиз /EGA, 12 для дериватизации)
Максимальная температура: 850 ° C для пиролиза / EGA, 600 ° C для дериватизации
Объем образцадо 200 мм3 измельченный образец на печь
ЛазерУФ (λ = 266 нм)
Энергия в импульсе: 13–130 мкДж
Длительность импульса: <2,5 наносекунды
Размер пятна: ≈400 мкм
Масс-спектрометр (МС)Диапазон масс: 50–1000ты
Изоляция по массе: ± 5 ед.

Рекомендации

  1. ^ «№ 6–2020: ExoMars отправится на Красную планету в 2022 году» (Пресс-релиз). ЕКА. 12 марта 2020 г.. Получено 12 марта 2020.
  2. ^ а б c d е ж грамм час MOMA - Анализатор молекул Mars Organics. Европейское космическое агентство. 25 августа 2017.
  3. ^ Ваго, Хорхе; Витассе, Оливье; Бальони, Пьетро; Хальдеманн, Альберт; Джанфильо, Джачинто; и другие. (Август 2013). "ExoMars: следующий шаг ЕКА в исследовании Марса" (PDF). Бюллетень. Европейское космическое агентство (155): 12–23.
  4. ^ а б c d е ж грамм час Goesmann, Фред; Бринкерхофф, Уильям Б .; Раулин, Франсуа; Гетц, Вальтер; Данелл, Райан М .; Гетти, Стефани А .; Сильестрем, Сандра; Миссбах, Хельге; Штайнингер, Харальд; Arevalo, Ricardo D .; Бух, Арно; Фрейсине, Кэролайн; Грубишич, Андрей; Meierhenrich, Uwe J .; Пинник, Вероника Т .; Сталпорт, Фабьен; Сопа, Кирилл; Ваго, Хорхе Л .; Линднер, Роберт; Schulte, Mitchell D .; Брукато, Джон Роберт; Glavin, Daniel P .; Гранд, Ноэль; Ли, Сян; Van Amerom, Friso H.W .; Научная группа Moma (2017). «Прибор Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA): характеристика органического материала в марсианских отложениях». Астробиология. 17 (6–7): 655–685. Bibcode:2017AsBio..17..655G. Дои:10.1089 / ast.2016.1551. ЧВК  5685156. PMID  31067288.
  5. ^ а б c Обнаружение органических веществ с помощью анализатора органических молекул Mars (MOMA) на вездеходе ExoMars 2018 (PDF). Х. Штайнингер, Ф. Гесманн, Ф. Раулин, В. Б. Бринкерхоф, команда MOMA.
  6. ^ Анализатор органических молекул Mars (MOMA) на борту ExoMars 2018 (PDF). Харальд Штайнингер.
  7. ^ Кларк, Стивен (21 ноября 2012 г.). «Европейские государства принимают Россию как партнера ExoMars». Космический полет сейчас.
  8. ^ Таблица 1. Основные характеристики прибора Mars Organic Molecule Analyzer. ЕКА. 2017 г.

внешняя ссылка