|
Разработка платформ для экспериментов по астробиологии
|
|
|
|
Хотя космические эксперименты технически сложны, они являются важным с научной точки зрения аспектом астробиологических и астрохимических исследований. Международная космическая станция (МКС) представляет собой прекрасный пример долговременной исследовательской платформы, вращающейся вокруг Земли, с весьма успешными достижениями в области проведения экспериментов в космосе, что способствовало накоплению большого количества научных данных за последние несколько десятилетий. Будущие космические платформы открывают дополнительные возможности для экспериментов в области астробиологии и астрохимии.
|
|
|
|
В новом отчете, опубликованном в npj Microgravity, Андреас Эльзессер и группа международных междисциплинарных ученых в области физики, биологии и астробиологии, Исследовательский центр Эймса НАСА и Немецкий аэрокосмический центр рассмотрели несколько ключевых тем. Эти анализы включали ключевые темы сообщества астробиологии и астрохимии тематической группы Европейского космического агентства (ESA), кратко изложенные в официальном документе «ESA Scispace Science Community».
|
|
|
Исследователи подчеркнули рекомендации по разработке и реализации будущих экспериментов и восполнили пробелы в знаниях и продвинули научные концепции для будущих космических платформ, которые в настоящее время разрабатываются на продвинутой стадии планирования. Помимо МКС, исследовательские платформы также включают CubeSats и SmallSats, а также орбитальный шлюз Lunar. В этой работе освещаются эксперименты in situ, проведенные на Луне и Марсе для поддержки поиска экзопланет и внеземных биосигнатур внутри и за пределами Солнечной системы.
|
|
|
|
Приблизительно два десятилетия экспериментов на Международной космической станции предоставили исследователям новые идеи, чтобы установить долгосрочное влияние на науки о жизни. Области астробиологии и астрохимии имеют основополагающее значение для изучения происхождения жизни на Земле и понимания присутствия жизни в этой вселенной при изучении и колонизации внеземных планет. Хотя лабораторные объекты могут имитировать космическую среду, точно воспроизвести такую среду на суше сложно. МКС и другие спутники обеспечивают прекрасную платформу для проведения экспериментов по облучению за пределами атмосферы Земли. Навигационные возможности платформы основаны на алгоритмах машинного обучения и искусственном интеллекте для оперативного ремонта оборудования.
|
|
|
|
В 2020 году научное сообщество астробиологов и астрохимиков в Европе разработало актуальную научную дорожную карту для использования на текущих и будущих космических платформах. Чтобы определить наилучшее использование космических платформ, они изучили несколько основных научных задач, чтобы подчеркнуть междисциплинарный характер этой области. Предварительные темы включали:
|
|
|
|
- (А) Понимание происхождения жизни
|
|
- (B) Изучение обитаемости пределов жизни, и
|
|
- (С) Понимание признаков жизни
|
|
|
|
Эльзессер и его коллеги обсудили происхождение жизни на Земле в контексте всестороннего анализа, чтобы понять наши поиски жизни за пределами этой планеты. Окружающая среда Земли поддерживает стабильную поверхностную жидкость, в настоящее время уникальную для Солнечной системы, хотя так было не всегда. Во время зарождения жизни на Земле окружающая среда, вероятно, была похожа на ранние скалистые планеты, такие как Марс и Венера. Подповерхностная жидкая вода также присутствует на ледяных спутниках Европы Юпитера и Энцелада Сатурна, которые напоминают подледниковые антарктические озера, найденные на Земле, что делает их интересными кандидатами в поисках жизни.
|
|
|
|
Также известно, что большая часть органического вещества земной окружающей среды возникла из метеоритов и микрометеоритов, возникших из углеродистых астероидов и комет, что прокладывает исследовательские пути для изучения пути таких объектов до того, как они достигли Земли. Команда подчеркнула происхождение жизни относительно абиогенеза, перехода от чисто химической к молекулярной пребиотической фазе, чтобы прийти к живой репликативной системе.
|
|
|
|
Команда дополнительно исследовала обитаемость и пределы жизни, чтобы адаптироваться к экстремальным и невероятным условиям на ранней Земле. Они исследовали признаки биосигнатур жизни в этой солнечной системе и за ее пределами, сосредоточившись на клетках, биохимических молекулах и биоопосредованных структурах. Они исследовали изменения окружающей среды, лежащие в основе миссий по поиску свидетельств жизни внеземных видов, вернувшихся на Землю. Они разработали методы исследования за пределами Солнечной системы и моделирования потенциальных экзопланетных условий для расшифровки спектральных сигнатур, чтобы понять и интерпретировать их формирование и эволюцию. В этой работе были изучены темы, поддерживающие поиск существующей жизни, и выявлено присутствие ключевых молекул, таких как аминокислоты, липиды и углеводы, а также специфических для земных организмов компонентов, таких как стеролы, хиноны и порфирины.
|
|
|
|
Эльзессер и его команда показали, как космос обеспечивает уникальную среду для проведения астробиологических и астрохимических экспериментов. Запланированные исследования могут поддержать поиск признаков жизни на внеземных телах, таких как Марс, путем выявления процессов биоминерализации и окаменения с помощью различных наземных экспериментов. Расстояние и продолжительность спутниковых платформ до Земли поддерживали эти пути, гарантируя, что образцы коррелируют с типом и количеством радиации и воздействия микрогравитации для успешного возвращения образцов. Команда также отметила, как определенные низкие околоземные орбиты или эксперименты на Луне и Марсе позволили получить доступ к более высоким потокам высокоэнергетических фотонов, космических лучей и солнечной энергии по сравнению с земной средой.
|
|
|
|
Они изучили оптимальные временные рамки миссии, чтобы оценить продуктивность экспериментов. Для достижения наилучших результатов срок службы космических спутников должен составлять десятилетия. Однако в настоящее время SmallSats и CubeSats оспаривают это предположение в качестве экспериментов с кратковременным воздействием. Похоже, что миниатюризация существующей технологии может привести к успешным результатам миссии. Исследователи дополнительно изучили режим работы космических спутников, уделяя основное внимание экспериментам с возвратом образцов и потенциалу проведения анализа образцов с помощью количественной ПЦР, высокопроизводительного секвенирования и методов субклеточной микроскопии.
|
|
|
|
МКС остается основной платформой для проведения долгосрочных и краткосрочных экспериментов с возможностью возврата образцов. Команда также обсудила возможности перепрофилирования дополнительных платформ для проведения нескольких экспериментов. Это захватывающее время для исследования космоса и космических наук с беспрецедентным уровнем миссий, реализованных и находящихся в стадии реализации для создания космических платформ. Андреас Эльзессер и его коллеги обсудили возможности проведения сложных научных экспериментов с использованием инструментов искусственного интеллекта, машинного обучения и робототехники, чтобы задавать и отвечать на ключевые вопросы в области астробиологии и астрохимии. Работа направлена на изучение происхождения жизни и биосигнатур на Земле, за пределами Земли на межпланетном уровне, а также в Солнечной системе и в быстро расширяющейся области экзопланетной науки.
|
|
|
|
Источник
|
