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 siano state ancora trovate prove di vita al di fuori della Terra, la ricerca continua ad essere una parte importante del Programma di esplorazione planetaria della NASA.
I ricercatori del NASA Langley Research Center e della University of Hawaii hanno sviluppato il nuovo strumento, che migliora su una tecnica analitica nota come microspettroscopia Raman. Questa tecnica utilizza l'interazione tra luce laser e un campione per fornire informazioni sulla composizione chimica su scala microscopica. Può rilevare composti organici come gli aminoacidi 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 affermato M. Nurul Abedin del NASA Langley Research Center, che ha guidato il team di ricerca. "Supera alcuni dei limiti chiave dei tradizionali strumenti micro Raman ed è progettato per fungere da strumento ideale per future missioni che usano rover o lander per esplorare la superficie di Marte o la luna ghiacciata di Giove, Europa".
Nella rivista The Optical Society Applied Optics, i ricercatori riportano che il loro nuovo sistema Raman (SUCR), è il primo a eseguire analisi micro-Raman di campioni a 10 centimetri dallo strumento con 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 alimentare come la misurazione della caffeina nelle bevande", ha affermato Abedin. "Il nostro sistema potrebbe essere utilizzato per queste applicazioni e altri per fornire analisi chimiche veloci che non richiedono l'invio di campioni a un laboratorio."
Progettato per lo spazio
Dimensioni e peso erano importanti da considerare quando si progettava lo strumento SUCR per l'esplorazione dello spazio. "Dovevamo assicurarci che lo strumento fosse molto piccolo e leggero, così da poter viaggiare a bordo di una piccola astronave a basso consumo di carburante per un viaggio di nove mesi su Marte o di sei anni in Europa", ha affermato Abedin. "Lo strumento deve anche lavorare con altri strumenti a bordo di un rover o lander e non risentire dell'irradiamento radioattivo che si verifica su altri pianeti".
"Le limitazioni dei sistemi attuali abbasserebbero significativamente il numero di campioni e la quantità di informazioni che potrebbero essere acquisite da una missione su Marte, ad esempio", ha affermato Abedin. "Abbiamo progettato attentamente l'ottica del nostro sistema per consentire un'analisi rapida in condizioni di luce diurna e per produrre un segnale Raman forte che non sia incline alle interferenze dei sistemi tradizionali".
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. Inoltre hanno ridotto ulteriormente l'impronta del sistema, utilizzando uno spettrometro miniaturizzato di soli 16,5 centimetri di lunghezza, 11,4 centimetri di larghezza e 12,7 centimetri di altezza.
Il passaggio della luce da un laser a impulsi 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 usando una lente cilindrica con una lunghezza focale di 60 millimetri.
"Ora stiamo cercando di aumentare l'area di analisi utilizzando la scansione", ha affermato Abedin. "A causa della velocità del nostro sistema, pensiamo che sarà possibile creare una mappa Raman di un'area da 5 a 5 millimetri in un solo minuto. Fare questo 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 riproducono quelli trovati su Marte e altri pianeti. Inizieranno quindi il processo di convalida per dimostrare che il dispositivo funzionerà correttamente in condizioni che si trovano nello spazio.
Crediti:
Adattamento e traduzione a cura di Vito Di Paola
Originale a cura di The Optical Society
Immagine: M. Nurul Abedin, NASA Langley Research Center
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