Eine neue NASA-Mission zum Saturnmond Titan soll 2027 starten. Wenn sie Mitte der 2030er-Jahre ankommt, wird sie eine Entdeckungsreise beginnen, die zu einem neuen Verständnis der Entwicklung des Lebens im Universum führen könnte. Diese Mission mit dem Namen Dragonfly wird ein Instrument namens Dragonfly Mass Spectrometer (DraMS) tragen, das Wissenschaftlern dabei helfen soll, die Chemie bei der Arbeit auf Titan zu verfeinern. Es kann auch Aufschluss über die Arten chemischer Schritte geben, die auf der Erde stattfanden und letztendlich zur Entstehung von Leben führten, die als präbiotische Chemie bezeichnet werden.
Titans reichhaltige komplexe kohlenstoffreiche Chemie, das Innere des Ozeans und das frühere Vorhandensein von flüssigem Wasser an der Oberfläche machen es zu einem idealen Ziel, um präbiotische chemische Prozesse und die potenzielle Bewohnbarkeit einer außerirdischen Umgebung zu untersuchen.
DraMS wird es Wissenschaftlern auf der Erde ermöglichen, die chemische Zusammensetzung der Titanoberfläche aus der Ferne zu untersuchen. „Wir wollen wissen, ob die Art von Chemie, die für frühe präbiochemische Systeme auf der Erde wichtig sein könnte, auf Titan stattfindet“, erklärt Dr. Melissa, Trainerin vom Goddard Space Flight Center der NASA, Greenbelt, Maryland.
Trainer ist ein Planetenwissenschaftler und Astrobiologe, der sich auf Titan spezialisiert hat und einer der stellvertretenden Hauptermittler der Dragonfly-Mission ist. Sie leitet auch das DraMS-Instrument, das Messungen von Proben von Titans Oberflächenmaterial nach Hinweisen auf präbiotische Chemie durchsuchen wird.
Um dies zu erreichen, wird der Dragonfly-Hubschrauber die geringe Schwerkraft und die dichte Atmosphäre von Titan nutzen, um zwischen verschiedenen interessanten Punkten auf der Oberfläche von Titan zu fliegen, die mehrere Meilen voneinander entfernt sind. Dies ermöglicht es Dragonfly, seine gesamte Instrumentensuite an einen neuen Standort zu verlegen, wenn der vorherige vollständig erkundet wurde, und bietet Zugang zu Proben in Umgebungen mit einer Vielzahl von geologischen Vorgeschichten.
An jedem Standort werden mit dem Drill for Acquisition of Complex Organics (DrACO) Proben von weniger als einem Gramm aus der Oberfläche gebohrt und in den Hauptkörper des Landers gebracht, zu einem Ort namens „Dachboden“, der das DraMS-Instrument beherbergt . Dort werden sie von einem Bordlaser bestrahlt oder in einem Ofen verdampft, um von DraMS vermessen zu werden. Ein Massenspektrometer ist ein Instrument, das die verschiedenen chemischen Komponenten einer Probe analysiert, indem es diese Komponenten in ihre Basismoleküle zerlegt und sie zur Identifizierung durch Sensoren leitet.
„DraMS wurde entwickelt, um die organischen Moleküle, die möglicherweise auf Titan vorhanden sind, sowie ihre Zusammensetzung und Verteilung in verschiedenen Oberflächenumgebungen zu untersuchen“, sagt Trainer. Organische Moleküle enthalten Kohlenstoff und werden von allen bekannten Lebensformen verwendet. Sie sind für das Verständnis der Entstehung des Lebens von Interesse, da sie durch belebte und unbelebte Prozesse entstehen können.
Massenspektrometer bestimmen, was sich in einer Probe befindet, indem sie das Material ionisieren (d. h. mit Energie bombardieren, sodass die darin enthaltenen Atome positiv oder negativ geladen werden) und die chemische Zusammensetzung der verschiedenen Verbindungen untersuchen. Dabei wird das Verhältnis zwischen dem Gewicht des Moleküls und seiner Ladung bestimmt, die als Signatur für die Verbindung dient.
DraMS wurde teilweise von demselben Team bei Goddard entwickelt, das auch die entwickelt hat Probenanalyse auf dem Mars (SAM) Instrumentensuite an Bord des Curiosity Rovers. DraMS wurde entwickelt, um Proben von Titan-Oberflächenmaterial zu untersuchen vor Ortunter Verwendung von Techniken, die mit der SAM-Suite auf dem Mars getestet wurden.
Der Trainer betonte die Vorteile dieses Erbes. Die Wissenschaftler von Dragonfly wollten bei der Suche nach organischen Verbindungen auf Titan nicht „das Rad neu erfinden“, sondern bauten auf etablierten Methoden auf, die auf dem Mars und anderswo angewendet wurden. „Dieses Design hat uns ein sehr flexibles Instrument gegeben, das sich an die verschiedenen Arten von Oberflächenproben anpassen kann“, sagt Trainer.
DraMS und andere wissenschaftliche Instrumente auf Dragonfly werden unter der Leitung des Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland, entworfen und gebaut, das die Mission für die NASA verwaltet und das Drehflügler-Landegerät entwirft und baut. Das Team umfasst wichtige Partner bei Goddard, der französischen Raumfahrtbehörde (CNES, Paris, Frankreich), die das Gaschromatographenmodul für DraMS bereitstellt, das eine zusätzliche Trennung nach dem Verlassen des Ofens bietet, Lockheed Martin Space, Littleton, Colorado, NASA Ames Forschungszentrum am Moffett Federal Airfield im kalifornischen Silicon Valley, NASA Langley Research Center, Hampton, Virginia, NASA Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien, Penn State University, State College, Pennsylvania, Malin Space Science Systems, San Diego, Kalifornien, Honeybee Robotics , Brooklyn, New York, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Köln, Deutschland, und der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), Tokio, Japan.