La NASA ha sviluppato un nuovo strumento di spettroscopia innovativo per aiutare la ricerca di vita extraterrestre. Il nuovo strumento è progettato per rilevare composti e minerali associati all'attività biologica più rapidamente e con maggiore sensibilità rispetto agli strumenti precedenti. Sebbene non sia stata ancora trovata alcuna prova di vita al di fuori della Terra, la ricerca di prove di vita presente o passata su altri pianeti continua a essere una parte importante del Programma di esplorazione planetaria della NASA.

I ricercatori del Langley Research Center della NASA e dell'Università delle Hawaii hanno sviluppato il nuovo strumento, che migliora una tecnica analitica nota come spettroscopia micro Raman. Questa tecnica utilizza l'interazione tra la luce laser e un campione per fornire informazioni sulla composizione chimica su scala microscopica. Può rilevare composti organici come gli amminoacidi presenti negli esseri viventi e identificare i minerali formati da processi biochimici sulla Terra che potrebbero indicare la vita su altri pianeti.

"Il nostro strumento è uno degli spettrometri Raman più avanzati mai sviluppati, " ha detto M. Nurul Abedin del NASA Langley Research Center, che ha guidato il gruppo di ricerca. "Supera alcune delle limitazioni chiave dei tradizionali strumenti micro Raman ed è progettato per fungere da strumento ideale per missioni future che utilizzano rover o lander per esplorare la superficie di Marte o la gelida luna Europa di Giove".

Nella rivista The Optical Society Ottica applicata , i ricercatori riferiscono che il loro nuovo sistema, che chiamano strumento micro Raman (SUCR) ultracompatto di standoff, è il primo a eseguire analisi micro-Raman di campioni a 10 centimetri di distanza dallo strumento con una risoluzione di 17,3 micron. Il nuovo spettrometro è significativamente più veloce di altri strumenti micro Raman ed estremamente compatto. Queste caratteristiche sono importanti per le applicazioni spaziali e potrebbero anche rendere lo strumento utile per analisi biomediche e alimentari in tempo reale.

"La spettroscopia Micro Raman viene esplorata per rilevare il cancro della pelle senza una biopsia e può essere utilizzata per applicazioni di analisi degli alimenti come la misurazione della caffeina nelle bevande, " ha affermato Abedin. "Il nostro sistema potrebbe essere utilizzato per queste applicazioni e altre per fornire analisi chimiche rapide che non richiedono l'invio di campioni a un laboratorio".

Progettare per lo spazio

Le dimensioni e il peso erano importanti da considerare durante la progettazione dello strumento SUCR per l'esplorazione dello spazio. "Dovevamo assicurarci che lo strumento fosse molto piccolo e leggero in modo che potesse viaggiare a bordo di un piccolo, astronave a basso consumo di carburante che farebbe il viaggio di nove mesi verso Marte o il viaggio di sei anni verso l'Europa, " ha detto Abedin. "Lo strumento deve funzionare anche con altri strumenti a bordo di un rover o di un lander e non essere influenzato dalle dure condizioni di radiazione che si trovano su altri pianeti."

Il nuovo strumento offre diversi importanti miglioramenti ai precedenti strumenti di spettroscopia micro Raman, che richiedono che i campioni siano raccolti prima dell'analisi e che le misurazioni avvengano al buio. Gli strumenti micro Raman tradizionali sono anche soggetti a interferenze dovute alla fluorescenza minerale naturale.

"Le limitazioni dei sistemi attuali ridurrebbero significativamente il numero di campioni e la quantità di informazioni che potrebbero essere ottenute da una missione su Marte, Per esempio, " ha affermato Abedin. "Abbiamo progettato con cura l'ottica del nostro sistema per consentire un'analisi rapida in condizioni di luce diurna e per produrre un forte segnale Raman che non è così soggetto a interferenze come i sistemi tradizionali".

Lo strumento SUCR utilizza il design del sistema Raman ad accoppiamento diretto precedentemente sviluppato presso l'Università delle Hawaii per il rilevamento chimico remoto di campioni a oltre 100 metri di distanza dallo strumento alla luce del giorno (A.K. Misra et al, Spectrochim Acta A 2005). Lo strumento compatto dell'Università delle Hawaii collega tutte le ottiche direttamente allo spettrometro, che ha notevolmente migliorato le prestazioni rispetto ai sistemi Raman accoppiati in fibra perché viene perso meno segnale.

Per creare lo strumento SUCR, i ricercatori hanno modificato l'ottica di raccolta del sistema precedentemente sviluppato per acquisire spettri di campioni più vicini allo strumento. Hanno inoltre ridotto ulteriormente l'ingombro del sistema utilizzando uno spettrometro miniaturizzato lungo solo 16,5 centimetri, 11,4 centimetri di larghezza e 12,7 centimetri di altezza.

Il passaggio della luce da un laser pulsato compatto attraverso una lente cilindrica con una lunghezza focale di 100 millimetri ha permesso ai ricercatori di ottenere una risoluzione di 17,3 micron per l'analisi di campioni a 10 centimetri di distanza. Hanno anche dimostrato una risoluzione di 10 micron per campioni a 6 centimetri di distanza utilizzando una lente cilindrica con una lunghezza focale di 60 millimetri.

Analisi rapida nella luce della stanza accesa

Nei test di laboratorio, i ricercatori hanno utilizzato il loro strumento SUCR per misurare con successo gli spettri Raman da campioni a 10 centimetri di distanza con un'area di analisi di 17,3 micron per 5 millimetri. In condizioni di luce ambiente accesa, hanno usato SUCR per analizzare minerali e composti organici che potrebbero essere associati alla vita su altri pianeti, incluso zolfo incluso, naftalene, campioni misti, marmo, acqua, minerali di calcite e amminoacidi.

"Stiamo ora cercando di aumentare l'area di analisi utilizzando la scansione, " ha detto Abedin. "A causa della velocità del nostro sistema, pensiamo che sarà possibile creare una mappa Raman di un'area di 5 per 5 millimetri in un solo minuto. Farlo con un sistema micro Raman tradizionale richiederebbe diversi giorni".

Come passo successivo, i ricercatori hanno in programma di testare il loro strumento SUCR in ambienti che imitano quelli trovati su Marte e su altri pianeti. Inizieranno quindi il processo di convalida per dimostrare che il dispositivo funzionerebbe con precisione nelle condizioni trovate nello spazio.