Uzayda yaşam izlerini aramak için minyatür lazer sistemleri

Mars’ta hayat var mıydı? Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) ExoMars misyonuyla yanıtlamaya çalıştığı soru bu. Rusya’nın da yer aldığı misyonun bu sonbaharda başlaması planlanıyor, ancak son siyasi gelişmeler bunun mümkün olup olmayacağına dair soruları gündeme getirdi. Görevin bir parçası, uzayda çalışmak üzere tasarlanmış ve Fraunhofer Uygulamalı Optik ve Hassas Mühendislik IOF Enstitüsü’nde yürütülen araştırma çalışmasının bir parçası olarak oluşturulmuş heyecan verici bir analitik sistemdir. Jena merkezli araştırmacılar, ExoMars Rover’ın mobil laboratuvarı için minyatür lazer modülünü geliştirdi. Enstitü, diyot pompalı katı hal lazeri ile donatılmış ve 50 sentlik madeni para büyüklüğündeki bu Raman spektrometresini 26-29 Nisan tarihleri ​​arasında Münih’teki Laser World of Photonics’te sergileyecek.

“Rosalind Franklin” gezgini, gezegende dünya dışı yaşamın izlerini aramak için, Dünya’dan yaklaşık 56 milyon kilometre uzaktaki Mars yüzeyindeki mineralojik bileşikleri analiz edecek. Bunu başarmak için araçta yerleşik bir tatbikat ve bir dizi bilimsel araç bulunur. Bu araçlardan biri, Raman spektrometresi adı verilen bir cihazdır. Örneğin atmosferdeki moleküllerden veya kaya örnekleri gibi katılardan ışığın difüzyonunu analiz etmek için kullanılabilir. Spektrometrenin büyük ölçüde küçültülmüş ve uzaya değer lazer kaynağının en önemli parçası, Jena’daki Fraunhofer IOF’de inşa edilmiş, frekansı iki katına çıkaran diyot pompalı bir katı hal lazeridir.

Raman spektrometresi şu şekilde çalışır: Analiz edilecek malzeme ile etkileşime giren lazer ışığı yayılır. Bu, “Raman etkisi” olarak bilinen şeye neden olur. Işıktan gelen enerji malzemeye geçer ve geri döner. Bu, ışık enerjisini değiştirerek dalga boyunu değiştirir. Işık daha sonra dalga boyundaki değişikliklerin analiz edildiği spektrometreye geri yayılır. Yeni frekans ve yayılan ışığın orijinal frekansı arasındaki farklar, malzemenin bileşimi hakkında sonuçlar çıkarmak için kullanılabilir.

Küçük bileşenler ancak inanılmaz derecede sağlam

Jena’da inşa edilen yeşil lazer, 532 nanometre dalga boyunda ve 100 megavattan fazla çalışıyor. Fraunhofer IOF’deki ExoMars lazerin proje yöneticisi Dr. Erik Beckert, “Araştırmacılarımız, modülü uzayda çalışmanın belirli zorluklarına uyarlamak için toplamda yedi yıllık geliştirme süresi harcadılar” diye açıklıyor. Uzayda yürütülen projelerin ortak zorluklarından biri, bileşenlerin özellikle küçük ve hafif olması ihtiyacıdır. Örneğin lazer, muhafazası da dahil olmak üzere, geziciye yalnızca yarım bar çikolatayla aynı 50 gram ağırlık ekler.

Ancak minyatür olmasına rağmen aynı seviyede performans ve sağlamlık sunması gerekiyor. Hassas optik bileşenlerin ayrıca, -130 ile +24 derece arasındaki sıcaklık dalgalanmalarına ve uzayda önemli ölçüde radyasyona maruz kalmaya ve ayrıca gezici kalkış ve iniş sırasındaki ağır titreşimlere dayanacak şekilde inşa edilmesi gerekir.

Optik bileşenlerin montajına yönelik geleneksel yöntemler, bu tür aşırı koşullar için uygun değildir. Beckert, “İşte bu nedenle hassas lazer rezonatörünün tüm bileşenlerini ve ikincil optikleri lazer tabanlı bir lehimleme tekniği kullanarak birbirine bağladık” diye açıklıyor. “Bu, termal ve mekanik etkiler ve radyasyona yoğun maruz kalma karşısında özellikle güçlü stabilite sağlar.” İspanyol lazer üreticisi Monocrom ile birlikte çalışan Jena merkezli enstitü, Raman spektrometresinde kullanılmak üzere yıllar içinde toplam beş yapısal olarak özdeş lazer yarattı. Şimdi araştırmacılar, tekniklerinin yakında Mars göreviyle uzaya fırlatılabileceğini umuyorlar.