JPL разрабатывает дополнительные инструменты для поиска жизни в глубоком космосе

Команда лаборатории JPL (Jet Propulsion Laboratory) изобрела новые технологии, которые могут быть использованы в будущих миссиях для анализа образцов водных миров и поиска признаков инопланетной жизни.

Мы одни во Вселенной?

Ответ на этот извечный вопрос казался мучительно доступным с тех пор, как в нашей Солнечной системе были обнаружены покрытые льдом луны с потенциально обитаемыми подземными океанами . Но поиск свидетельств жизни в холодном море в сотнях миллионов миль от нас сопряжен с огромными трудностями. Используемое научное оборудование должно быть чрезвычайно сложным, но способным выдерживать интенсивное излучение и криогенные температуры. Более того, инструменты должны быть в состоянии проводить разнообразные, независимые, взаимодополняющие измерения, которые вместе могли бы дать научно обоснованное доказательство жизни.

Чтобы решить некоторые трудности, с которыми могут столкнуться будущие миссии по обнаружению жизни, команда Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии разработала OWLS, мощный набор научных инструментов, не похожий ни на один другой. Сокращенно от Oceans Worlds Life Surveyor, OWLS предназначен для  анализа жидких проб. В нем есть восемь инструментов, все автоматизированные, что в лаборатории на Земле потребовало бы работы нескольких десятков человек.

Одно из видений OWLS — использовать его для анализа замерзшей воды из парового шлейфа, извергающегося из спутника Сатурна Энцелада .

Как взять крошку льда в миллиарде миль от Земли и определить — в тот единственный шанс, который у вас есть, пока все на Земле ждут, затаив дыхание, есть ли там признаки жизни?

OWLS финансируется JPL Next, программой ускорения технологий, которой руководит Управление космических технологий лаборатории. В июне, после пяти лет работы, проектная группа протестировала свое оборудование (в настоящее время размером с несколько картотечных шкафов)  в соленых водах озера Моно в Восточной Сьерре в Калифорнии. OWLS обнаружил химические и клеточные признаки жизни, используя встроенное программное обеспечение для идентификации этих свидетельств без вмешательства человека.

Проблемы, решения

Основная трудность, с которой столкнулась команда OWLS, заключалась в том, как обрабатывать жидкие образцы в космосе. На Земле ученые могут полагаться на гравитацию, разумную лабораторную температуру и давление воздуха, чтобы удерживать образцы на месте, но таких условий не существует на космическом аппарате, летящем через Солнечную систему, или на поверхности замерзшей Луны. Поэтому команда разработала два прибора, способных извлекать жидкий образец и обрабатывать его в условиях космоса.

Поскольку неясно, какую форму может принять жизнь в океаническом мире, OWLS также необходимо было включить как можно более широкий набор инструментов, способных измерять диапазон размеров от отдельных молекул до микроорганизмов. С этой целью в проекте были объединены две подсистемы: одна использует различные методы химического анализа с использованием нескольких инструментов, а другая с несколькими микроскопами для изучения визуальных подсказок.

Микроскопическая система OWLS станет первой в космосе, способной визуализировать клетки. Разработанный совместно с учеными из Портлендского государственного университета в Орегоне, он сочетает в себе цифровой голографический микроскоп, который может идентифицировать клетки и движение по всему объему образца, с двумя флуоресцентными формирователями изображений, которые используют красители для наблюдения за химическим составом и клеточными структурами. Вместе они обеспечивают перекрывающиеся виды с разрешением менее одного микрона или около 0,00004 дюйма.

Подсистема микроскопа, получившая название Extant Life Volumetric Imaging System (ELVIS), не имеет движущихся частей, что является редкостью. И он использует алгоритмы машинного обучения, чтобы отслеживать реалистичное движение и обнаруживать объекты, освещенные флуоресцентными молекулами, естественным образом встречающимися в живых организмах или добавленными красителями, связанными с частями клеток.

«Это все равно, что искать иголку в стоге сена без необходимости брать и исследовать каждый кусок сена», — сказал один из  исследователей Крис Линденсмит. «По сути, мы берем большие охапки сена и говорим: «О, здесь есть иголки, здесь и здесь».

Чтобы изучить гораздо более мелкие формы, OWLS использует свою систему анализа органического капиллярного электрофореза (OCEANS), которая, по сути, готовит жидкие образцы под давлением и подает их в инструменты, которые ищут химические строительные блоки жизни: все разновидности аминокислот, а также как жирные кислоты и органические соединения. Система настолько чувствительна, что может обнаруживать даже неизвестные формы углерода.

Уиллис, руководивший разработкой OCEANS, сравнивает ее с акулой, которая может учуять всего одну молекулу крови в миллиарде молекул воды, а также определить группу крови. Это будет всего лишь вторая система приборов для проведения химического анализа жидкостей в космосе после прибора Microscopy, Electrochemistry, and Conductivity Analyzer (MECA) на посадочном модуле Phoenix Mars Lander НАСА.