Ekip, derin uzayda yaşam aramaya yardımcı olacak yeni araçlar geliştiriyor

Evrende yalnız mıyız? Bu asırlık sorunun cevabı, potansiyel olarak yaşanabilir yeraltı okyanuslarına sahip güneş sistemimizde buzla kaplı ayların keşfinden bu yana, cesaret verici bir şekilde ulaşılabilir görünüyordu. Ancak yüz milyonlarca mil ötedeki buz gibi bir denizde yaşam kanıtı aramak çok büyük zorluklar doğurur. Kullanılan bilim ekipmanı son derece karmaşık olmalı, ancak yoğun radyasyona ve kriyojenik sıcaklıklara dayanabilmelidir. Dahası, enstrümanlar birlikte bilimsel olarak savunulabilir yaşam kanıtı üretebilecek çeşitli, bağımsız, tamamlayıcı ölçümler yapabilmelidir.

NASA’nın Güney Kaliforniya’daki Jet Propulsion Laboratuvarı’ndaki bir ekip, gelecekteki yaşam tespit görevlerinin karşılaşabileceği bazı zorlukları gidermek için, diğerlerinden farklı olarak güçlü bir bilim araçları paketi olan OWLS’yi geliştirdi. Oceans Worlds Life Surveyor’ın kısaltması olan OWLS, sıvı numuneleri almak ve analiz etmek için tasarlanmıştır. Dünya üzerindeki bir laboratuvarda, birkaç düzine insanın çalışmasını gerektirecek, tümü otomatikleştirilmiş sekiz cihaza sahiptir.

OWLS için bir vizyon, onu Satürn’ün ayı Enceladus’tan çıkan bir buhar bulutundan gelen donmuş suyu analiz etmek için kullanmaktır. “Dünya’dan bir milyar mil uzakta bir tutam buz alıp -tek bir şansla, dünyadaki herkes nefesini tutarak beklerken- yaşam kanıtı olup olmadığına nasıl karar verirsiniz?” Projenin baş araştırmacısı ve bilim lideri Peter Willis dedi. “Hem kimyasal hem de biyolojik yaşam belirtileri aramak için bu durum için tasarlayabileceğiniz en güçlü enstrüman sistemini yaratmak istedik.”

Haziran ayında, yarım on yıllık bir çalışmanın ardından, proje ekibi, şu anda birkaç dosya dolabı büyüklüğünde olan ekipmanını Kaliforniya’nın Doğu Sierra’sındaki Mono Gölü’nün tuzlu sularında test etti. OWLS, insan müdahalesi olmadan bu kanıtı tanımlamak için yerleşik yazılımını kullanarak yaşamın kimyasal ve hücresel kanıtlarını buldu.

Willis, “OWLS paketinin ilk neslini gösterdik” dedi. “Bir sonraki adım, onu belirli görev senaryoları için özelleştirmek ve minyatürleştirmek.”

Zorluklar, çözümler

OWLS ekibinin karşılaştığı önemli bir zorluk, sıvı örneklerin uzayda nasıl işleneceğiydi. Dünya’da bilim adamları, numuneleri yerinde tutmak için yerçekimine, makul bir laboratuvar sıcaklığına ve hava basıncına güvenebilir, ancak bu koşullar güneş sisteminden geçen bir uzay aracında veya donmuş bir ayın yüzeyinde mevcut değildir. Böylece ekip, sıvı bir numuneyi çıkarabilen ve uzay koşullarında işleyebilen iki cihaz tasarladı.

Bir okyanus dünyasında yaşamın nasıl bir biçim alabileceği net olmadığı için, OWLS’nin ayrıca tek moleküllerden mikroorganizmalara kadar bir boyut aralığını ölçebilen mümkün olan en geniş araç dizisini içermesi gerekiyordu. Bu amaçla, proje iki alt sistemi birleştirdi: biri birden fazla enstrüman kullanarak çeşitli kimyasal analiz teknikleri kullanan ve diğeri görsel ipuçlarını incelemek için birkaç mikroskop içeren.

OWLS’ mikroskop sistemi, uzayda hücreleri görüntüleyebilen ilk sistem olacaktır. Oregon’daki Portland Eyalet Üniversitesi’ndeki bilim adamları ile birlikte geliştirilen bu cihaz, bir numunenin hacmi boyunca hücreleri ve hareketi tanımlayabilen dijital bir holografik mikroskobu, kimyasal içeriği ve hücresel yapıları gözlemlemek için boyalar kullanan iki floresan görüntüleyici ile birleştirir. Birlikte, tek bir mikrondan daha az veya yaklaşık 0.00004 inç çözünürlükte örtüşen görünümler sağlarlar.

Extant Life Volumetrik Görüntüleme Sistemi (ELVIS) olarak adlandırılan mikroskop alt sisteminde hareketli parça yoktur – nadirdir. Ve hem canlı organizmalarda doğal olarak meydana gelen ya da hücre parçalarına bağlı boyalar olarak floresan moleküller tarafından aydınlatılan nesneleri tespit etmek için hem gerçeğe yakın harekete odaklanmak için makine öğrenimi algoritmalarını kullanır.

Mikroskop ekibini yöneten baş araştırmacı Chris Lindensmith, “Her bir saman parçasını alıp incelemek zorunda kalmadan samanlıkta iğne aramak gibi” dedi. “Temelde kucak dolusu saman alıyoruz ve ‘Oh, burada, burada ve burada iğneler var’ diyoruz.”

Daha küçük kanıt biçimlerini incelemek için OWLS, sıvı numuneleri basınçla pişiren ve bunları yaşamın kimyasal yapı taşlarını arayan araçlara besleyen Organik Kapiler Elektroforez Analiz Sistemini (OCEANS) kullanır: tüm amino asit çeşitleri yağ asitleri ve organik bileşikler olarak. Sistem o kadar hassas ki, bilinmeyen karbon formlarını bile tespit edebiliyor. OCEANS’ın gelişimine öncülük eden Willis, onu bir milyar su molekülünde sadece bir molekül kanın kokusunu alabilen ve aynı zamanda kan grubunu söyleyebilen bir köpekbalığına benzetiyor. NASA’nın Phoenix Mars Lander’ındaki Mikroskopi, Elektrokimya ve İletkenlik Analiz Cihazı (MECA) cihazından sonra, uzayda sıvı kimyasal analizi gerçekleştiren yalnızca ikinci cihaz sistemi olacaktır.

OCEANS, kapiler elektroforez adı verilen bir teknik kullanır; temel olarak, bir numuneyi bileşenlerine ayırmak için bir elektrik akımı çalıştırır. Numune daha sonra organik bileşikleri tanımlamak için en güçlü araç olan kütle spektrometresi de dahil olmak üzere üç tip dedektöre yönlendirilir.

eve göndermek

Bu alt sistemler, 1980’lerden itibaren çevirmeli internetten daha sınırlı veri aktarım hızları nedeniyle, yalnızca tahmini olarak %0,0001’i uzak Dünya’ya geri gönderilebilecek çok büyük miktarda veri üretir. Yani OWLS, “yerleşik bilim aracı özerkliği” olarak adlandırılan şeyle tasarlanmıştır. Algoritmaları kullanarak bilgisayarlar, eve gönderilecek yalnızca en ilginç verileri analiz edecek, özetleyecek, önceliklendirecek ve seçecek ve aynı zamanda hala gemide bulunan bir bilgi “açıklaması” sunacaktır.

Projenin enstrüman özerkliği sistem mühendisi Lukas Mandrake, “Artık daha karmaşık enstrümanlar gerektiren sorular sormaya başlıyoruz” dedi. “Bu diğer gezegenlerden bazıları yaşanabilir mi? Yaşamın var olabileceğine dair bir ipucu yerine savunulabilir bilimsel kanıtlar var mı? Bu, çok fazla veri alan araçlar gerektirir ve OWLS ve onun bilim özerkliği bunu başarmak için kurulmuştur. ”