ابزار قدرتمند جدید برای جست و جوی حیات فرازمینی

ناسا برای رسیدن به هدف خود در مورد یافتن زندگی فرا‌زمینی، دستگاه طیف‌سنجی جدیدی ساخته است. این دستگاه قابلیت شناسایی ترکیبات و عناصر شرکت کننده در فرایند‌های زیستی را دارد. توانایی این دستگاه، بسیار حساس‌تر و سریع‌تر از ابزار‌ها‌ی قبلی مشابه است. با این‌که تا کنون نشانه‌ای از حیات فرا‌زمینی پیدا نشده است، جست‌و‌جو برای نشانه‌ها‌ی حیات در گذشته و حال روی سیارات دیگر، همچنان یکی از مهم‌ترین پروژه‌ها‌ی ناسا در زمینه‌ی بررسی دیگر سیاره‌ها است.

محققان مرکز تحقیقاتی ناسا به همراه دانشگاه هاوایی این دستگاه را که بر مبنا‌ی روش طیف‌سنجی میکرو رامان کار می‌کند را طراحی کرده‌اند. در این روش، از بر‌هم‌کنش نور لیزر و ماده‌ی نمونه برای شناسایی ترکیبات شیمیایی ماده‌ی نمونه در مقیاس میکروسکوپی استفاده می‌کنند. این دستگاه می‌تواند ترکیباتی مانند آمینو‌اسید‌ها در موجودات زنده و همچنین عناصر زمینی تشکیل شده در فرایند‌ها‌ی زیستی را شناسایی کند. این عناصر می‌توانند گویای وجود حیات بر دیگر سیارات باشند.

به گفته‌ی نورال عابدین، از مرکز تحقیقات ناسا و رهبر پروژه‌ی تحقیقاتی: دستگاه ما، پیشرفته‌ترین ابزار طیف‌سنجی رامان است که تا کنون ساخته شده است. این دستگاه بسیاری از محدودیت‌ها‌ی طیف‌سنجی رامان که در گذشته وجود داشته است را کنار گذاشته و برای پروژه‌ها‌ی آینده‌ی ناسا که از کاوشگر‌ها‌ی سیار یا ثابت برای بررسی سطح سیاره‌ها استفاده می‌کنند، بسیار ایده‌آل است.

محققان این پروژه در مجله‌ی Applied Optics گزارش کردند که این سیستم جدید که به آن ابزار بسیار کوچک میکرو رامان (SUCR) گفته می‌شود، اولین ابزاری است که توانایی انجام طیف‌سنجی میکرورامان در فاصله‌ی ۱۰ سانتی‌متری خود را با توانایی تفکیک ۱۷.۳ میکرون را دارد. این طیف‌سنج جدید مشخصا از دیگر طیف‌سنج‌ها سریع‌تر بوده و بسیار متراکم و کوچک است. این مشخه‌ها برای کاربرد‌ها‌ی فضایی و حتی بررسی مواد غذایی، بسیار مهم هستند.

به گفته‌ی عابدین: از طیف‌سنجی میکرو رامان در شناسایی سرطان پوست بدون نیاز به برداشتن بافت پوست و همچنین بررسی مواد غذایی از جمله اندازه‌گیری میزان کافئین در نوشیدنی‌ها استفاده می‌شود. دستگاه ما می‌تواند برای چنین منظور‌ها‌یی استفاده شود و برای بررسی نمونه، نیازی به فرستادن داده به آزمایشگاه نیست.

طراحی شده برای فضا

زمانی که SUCR برای کاربرد‌ها‌ی فضایی طراحی شود، اندازه و وزن آن مهم می‌شود. عابدین گفت: باید از کوچک و سبک بودن این ابزار اطمینان حاصل می‌کردیم تا برای سوار شدن روی یک فضا‌پیما‌ی کوچک که سفر آن به ماه ۹ ماه طول کشیده و سفر آن به اروپا(Europa)، ۶ سال طول می‌کشد، مناسب باشد. این ابزار می‌تواند روی کاوش‌گر‌ها‌ی سیار یا ثابت نیز سوار شده و از تابش‌ها‌ی شدید کیهانی در دیگر سیارات در امان بماند.

این ابزار جدید، قابلیت‌ها‌ی بسیار بیش‌تری نسبت به ابزار‌ها‌ی پیشین دارد. لازمه‌ی کار ابزار‌ها‌ی قبلی، انجام فرایند‌ها‌ی زیستی در تاریکی بوده است و مستعد تاثیر‌پذیری از تابش‌ها‌ی فلورسانس بوده‌اند.

عابدین گفت: محدودیت سیستم‌ها‌ی پیشین از تعداد نمونه‌گیری‌ها کم می‌کرد و محدودیت زیادی در جمع‌آوری داده‌ها در پروژه‌ها‌ی مریخ ایجاد می‌کرد. برای مثال اپتیک این سیستم را با دقت بسیار زیادی طراحی کرده‌ایم تا بتواند بسیار سریع‌تر از گذشته پردازش داده انجام دهد به طوریکه از تابش زمینه نیز تاثیر‌پذیر نباشد.

سیستم SUCR به صورت مستقیم از سیستم طیف‌سنجی رامان طراحی شده در دانشگاه هاوایی استفاده می‌کند. این سیستم قبلا برای شناسایی نمونه‌ها‌ی شیمیایی در فاصله‌ی ۱۰۰ متری از دستگاه طراحی شده بود. سیستم کوچک طراحی شده در دانشگاه هاوایی، تمامی سیگنال‌ها‌ی دریافتی را توسط رشته‌های جفت شده مستقیما به طیف‌سنج منتقل می‌کند. این روش باعث از دست رفتن کم‌تر سیگنال‌ها می‌شود.

محققان برای ساخت SUCR، قسمت اپتیکی سیستم قبلی طراحی شده در دانشگاه هاوایی را به منظور جمع‌آوری داده‌ها‌ی بیش‌ترتصحیح کرده و اندازه‌ی سیستم را نیز کوچک‌تر کردند. این دستگاه، ۱۶.۵ سانتی‌متر طول، ۱۱.۴ سانتی‌متر عرض و ۱۲.۷ سانتی‌متر ارتفاع دارد.

عبور نور لیزر از لنز استوانه‌ای با فاصله‌ی کانونی ۱۰۰ میلی‌متر، به محققان امکان دست‌یابی به توان تفکیک ۱۷.۳ میکرون  و بررسی داده‌ها در فاصله‌ی ۱۰ سانتی‌متری دستگاه را داده است. محققان همچنین به توان تفکیک ۱۰ میکرون برای بررسی نمونه در فاصله‌ی ۶ سانتی‌متری با استفاده از  لنز استوانه‌ای با فاصله‌ی کانونی ۶۰ میلی‌متر دست‌یافته‌اند.

پردازش سریع در روشنایی اتاق

محققان دستگاه SUCR را در روشنایی اتاق آزمایش کردند. آن‌ها نمونه‌ها‌یی از ترکیبات شیمیایی و عناصر حیاتی که امکان وجود آن‌ها در سیارات دیگر وجود دارد را در ۱۰ سانتی‌متری دستگاه در محیطی به ابعاد ۱۷.۳ میکرون و ۵ میلی‌متر را طیف‌سنجی کردند. نمونه‌ها‌یی از این مواد، سولفور، نفتالین، نمونه‌ها‌ی ترکیبی، مرمر، آب وآمینو‌اسید‌ها هستند.

عابدین گفت: سرعت سیستم ما در حدی است که امیدواریم بتوانیم مساحتی به ابعاد ۵ میلی‌متر در ۵ میلی‌متر را در زمان یک دقیقه طیف‌سنجی کنیم. این کار با استفاده از ابزار‌ها‌ی قدیمی طیف‌سنجی، چند روز طول می‌کشد.

در مرحله‌ی بعدی، محققان SUCR را در محیط‌ها‌ی دیگری مانند ماه و دیگر سیاره‌ها به کار خواهند گرفت.