Espectrómetro de masas Dragonfly (DraMS)
El lanzamiento de una nueva misión de la NASA a la luna gigante de Saturno, Titán, está programado para 2027. Cuando llegue a mediados de la década de 2030, comenzará un viaje de descubrimiento que podría conducir a una nueva comprensión de la evolución de la vida en el universo.
Esta misión, llamada Dragonfly, llevará un instrumento llamado Dragonfly Mass Spectrometer (DraMS), diseñado para ayudar a los científicos a refinar la química del trabajo en Titán. También puede arrojar luz sobre los tipos de pasos químicos que tuvieron lugar en la Tierra que eventualmente llevaron a la formación de vida, llamada química prebiótica.
La química compleja y rica en carbono de Titán, los océanos interiores y la presencia pasada de agua líquida en la superficie lo convierten en un destino ideal para estudiar los procesos químicos prebióticos y la habitabilidad potencial de un entorno extraterrestre.
Espectrómetro de masas Dragonfly (DraMS) – NASA
DraMS permitirá a los científicos regresar a la Tierra para estudiar de forma remota la composición química de la superficie de Titanian. «Queremos saber si el tipo de química que podría ser importante para los primeros sistemas prebióticos de la Tierra ocurre en Titán», explica la Dra. Melissa Trainer del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.
Trainer es un científico planetario y astrónomo que se especializa en Titán y es uno de los investigadores principales adjuntos de la misión Dragonfly. También fue pionera en la herramienta DraMS, que escaneará mediciones de muestras del material de la superficie de Titán en busca de evidencia de química prebiótica.
Para lograr esto, el avión robótico Dragonfly aprovechará la baja gravedad y la densa atmósfera de Titán para volar entre diferentes puntos de interés en la superficie de Titán, separados por muchas millas de distancia. Esto permite que Dragonfly mueva su conjunto completo de instrumentos a una nueva ubicación cuando el sitio anterior se ha explorado por completo y da acceso a muestras en entornos con una variedad de historias geológicas.
En cada sitio, las muestras de menos de 1 gramo de tamaño se perforarán desde la superficie por medio de la barrena DraMS Adquisition of Complex Organic Matter (DrACO) y se llevarán dentro del cuerpo principal del módulo de aterrizaje, a un lugar llamado «ático» que alberga el Instrumento DraMS. Allí, será irradiado por un láser a bordo o vaporizado en un horno para ser medido por DraMS. Un espectrómetro de masas es un instrumento que analiza los diversos componentes químicos de una muestra separando estos componentes en sus moléculas básicas y pasándolos a través de sensores para su identificación.
«DraMS está diseñado para observar las moléculas orgánicas que pueden estar presentes en Titán, su composición y distribución en diferentes ambientes superficiales», dice Trainer. Las moléculas orgánicas contienen carbono y son utilizadas por todas las formas de vida conocidas. Están interesados en comprender la formación de la vida porque se puede crear a través de procesos vivos y no vivos.
Un espectrómetro de masas determina qué hay en una muestra ionizando el material (es decir, bombardeándolo con energía para que los átomos en él se carguen positiva o negativamente) y examinando la composición química de varios compuestos. Esto implica determinar la relación entre el peso y la carga de una molécula, que sirve como firma para el compuesto.
DraMS fue desarrollado en parte por el mismo equipo de Goddard que desarrolló el kit de herramientas de análisis de muestras para Marte (SAM) a bordo de Curiosity. DraMS está diseñado para examinar muestras de material de la superficie de Titanio in situ, utilizando técnicas probadas en Marte con la matriz SAM.
Cubra la configuración del prototipo de LDMS en GSFC (arriba a la izquierda) con una sección transversal de la región relacionada con LDMS que simula aspectos clave del diseño de vuelo ampliado (derecha). El modelo de copa de muestra DrACO LDMS utilizado en el ensayo informado aquí se muestra (abajo a la izquierda) con la ventana de cuadrícula a través de la cual un láser ultravioleta (normalmente 5 pulsos con una energía de pulso de 20 μJ) interroga la muestra. – NASA
El técnico destacó los beneficios de esta herencia. Los científicos de Dragonfly no querían «reinventar la rueda» cuando se trataba de buscar compuestos orgánicos en Titán, sino que confiaban en métodos bien establecidos que se han aplicado a Marte y otros lugares. «Este diseño nos dio una herramienta muy flexible, que puede adaptarse a diferentes tipos de muestras de superficie», dice Trainer.
Patrón de fragmentación de MS/MS del pico de fragmento de diagnóstico para la clorofila a am/z = 614 Da obtenido en un sistema DraMS que usa una mezcla de gas de CH4 al 2,9 % en N (arriba) y un sistema comercial Thermo MALDI LTQ XL que usa helio como gas de colisión ( abajo). NASA
El DraMS y otros instrumentos científicos en Dragonfly se están diseñando y construyendo bajo la dirección del Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins en Laurel, Maryland, que administra la misión de la NASA y diseña y construye el módulo de aterrizaje giratorio. El equipo incluye socios clave en Goddard, la Agencia Espacial Francesa (CNES, París, Francia), que proporciona un módulo de cromatografía de gases para DraMS que proporcionará una separación adicional después de salir del horno, Lockheed Martin Space, Littleton, Colorado, NASA Ames Research Center en el Aeropuerto Federal Moffett en Silicon Valley, California, el Centro de Investigación Langley de la NASA, Hampton, Virginia, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, Pasadena, California, la Universidad Penn State, el State College, Pensilvania, Malin Space Science Systems, San Diego, California, Honeybee Robotics, Brooklyn, Nueva York, el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), Colonia, Alemania, y la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA), Tokio, Japón.
Dragonfly es la cuarta misión del programa New Frontiers de la NASA. New Frontiers administra el Marshall Space Flight Center de la NASA en Huntsville, Alabama, para el Science Mission Directorate en Washington.
Referencias adicionales
Espectrometría de masas por absorción láser en la luna Titán de SaturnoRevista Internacional de Espectrometría de Masas (acceso abierto).
Investigación del espectrómetro Dragonfly en Titán. Resumen de COSPAR 2022 (acceso abierto)
Desarrollo del espectrómetro de masas Dragonfly (DraMS) para Titán Resumen de LPSC 2021 (acceso abierto)
Identificación y rendimiento analítico de columnas de cromatografía de gases para un espectrómetro de masas Dragonfly para apoyar la búsqueda de moléculas orgánicas de interés astrobiológico en Titánastrobiología (muro de pago)
Astrobiología
«Solucionador de problemas. Gurú de los zombis. Entusiasta de Internet. Defensor de los viajes sin disculpas. Organizador. Lector. Aficionado al alcohol».