Spectromètre de masse Dragonfly (DraMS)
La nouvelle mission de la NASA vers Titan, la lune géante de Saturne, devrait être lancée en 2027. Lorsqu’il arrivera au milieu des années 2030, il se lancera dans un voyage de découverte qui pourrait mener à une nouvelle compréhension de l’évolution de la vie dans l’univers.
Cette mission, appelée Dragonfly, transportera un instrument appelé Dragonfly Mass Spectrometer (DraMS), qui est conçu pour aider les scientifiques à approfondir la chimie de Titan. Cela peut également éclairer les étapes chimiques qui ont eu lieu sur Terre et qui ont finalement conduit à la formation de la vie, appelée chimie prébiotique.
L’abondante chimie complexe riche en carbone de Titan, l’océan interne et l’ancienne présence d’eau liquide à la surface en font un lieu idéal pour étudier les processus chimiques prébiotiques et l’éventuelle habitabilité des environnements extraterrestres.
Spectromètre de masse Dragonfly (DraMS) – NASA
DraMS permettra aux scientifiques sur Terre d’étudier à distance la chimie de la surface de Titan. “Nous voulons savoir si le type de chimie qui pourrait être important pour les premiers systèmes protochimiques sur Terre se produit sur Titan”, explique le Dr Melissa Trainor du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.
Trainor est un scientifique planétaire et astrobiologiste spécialisé dans Titan et est l’un des enquêteurs principaux adjoints de la mission Dragonfly. Il dirige également l’instrument DraMS, qui analysera des échantillons du matériau de surface de Titan à la recherche de preuves de la chimie prébiotique.
Pour ce faire, le giravion robotique Dragonfly utilisera la faible gravité et l’atmosphère dense de Titan pour voler entre divers points de repère à la surface de Titan, espacés de plusieurs kilomètres. Cela permet à Dragonfly de déplacer toute sa suite d’instruments vers un nouveau site une fois que le précédent est entièrement exploré, et donne accès à des échantillons dans des environnements avec des histoires géologiques différentes.
Sur chaque site, des échantillons de moins d’un gramme seront extraits de la surface par le Complex Organic Acquisition Drill (DrACO) et amenés à l’intérieur du corps principal de l’atterrisseur, un endroit appelé le “loft” qui abrite l’instrument DraMS. . Là, ils seront irradiés par un laser embarqué ou vaporisés dans un four pour être mesurés par DraMS. Un spectromètre de masse est un instrument qui analyse les différents composants chimiques d’un échantillon en séparant ces composants en leurs molécules de base et en les faisant passer par des capteurs pour les identifier.
“DraMS est conçu pour examiner les molécules organiques qui peuvent être présentes sur Titan, leur composition et leur distribution dans différents environnements de surface”, a déclaré Trainor. Les molécules organiques contiennent du carbone et sont utilisées par toutes les formes de vie connues. Ils sont intéressants pour comprendre la formation de la vie car ils peuvent être créés par des processus vivants et non vivants.
Les spectromètres de masse déterminent ce qu’il y a dans un échantillon en ionisant le matériau (c’est-à-dire en le bombardant d’énergie pour que ses atomes soient chargés positivement ou négativement) et en examinant la composition chimique de divers composés. Il s’agit de déterminer la relation entre le poids d’une molécule et sa charge, qui sert de signature au composé.
DraMS a été développé en partie par la même équipe de Goddard qui a développé la suite d’instruments Sample Analysis at Mars (SAM) sur le rover Curiosity. DraMS est conçu pour examiner in situ des échantillons de matériau de surface du Titanien à l’aide de techniques testées sur Mars avec le package SAM.
Installation du prototype DraMS LDMS au GSFC (en haut à gauche) avec une coupe transversale de la région LDMS correspondante simulant les aspects clés de la conception de vol agrandie (à droite). Le prototype de gobelet d’échantillon DrACO LDMS utilisé dans l’expérience présentée ici est illustré (en bas à gauche) avec la fenêtre de grille à travers laquelle le laser UV (généralement 5 impulsions à une énergie d’impulsion de 20 μJ) interroge l’échantillon. – NASA
Le formateur a souligné les avantages de cet héritage. Les scientifiques de Dragonfly ne voulaient pas “réinventer la roue” lorsqu’il s’agissait de rechercher des composés organiques sur Titan, et se sont plutôt appuyés sur des méthodes établies qui ont été utilisées sur Mars et ailleurs. “Cette conception nous a donné un outil très flexible et capable de s’adapter à différents types de motifs de surface”, déclare Trainor.
Schéma de fragmentation MS/MS du pic du fragment diagnostique de la chlorophylle a à m/z = 614 Da obtenu sur un système de planche à pain DraMS utilisant 2,9 % de CH4 dans un mélange gazeux N2 (en haut) et un système commercial Thermo MALDI LTQ XL, qui utilise l’hélium comme gaz de collision. (dessous). Nasa
DraMS et d’autres instruments scientifiques sur Dragonfly sont conçus et construits sous la direction du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory à Laurel, Maryland, qui gère la mission de la NASA et conçoit et construit l’atterrisseur de giravion. L’équipe comprend des partenaires clés de Goddard, l’Agence spatiale française (CNES, Paris, France), qui fournit le module de chromatographie en phase gazeuse pour DraMS qui fournira une séparation supplémentaire après la sortie du four, Lockheed Martin Space, Littleton, Colorado, NASA Ames. Centre de recherche de l’aéroport fédéral de Moffett dans la Silicon Valley, Californie, NASA Langley Research Center, Hampton, Virginie, NASA Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californie, Penn State University, State College, Pennsylvanie, Malin Space Science Systems, San Diego, Californie, Honeybee Robotique. , Brooklyn, New York, Centre aérospatial allemand (DLR), Cologne, Allemagne, et Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA), Tokyo, Japon.
Dragonfly est la quatrième mission du programme New Frontiers de la NASA. New Frontiers est géré par le Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, au sein de la direction des missions scientifiques de l’agence à Washington, DC.
Liens supplémentaires
Spectrométrie de masse à absorption laser sur la lune Titan de Saturne, International Journal of Mass Spectrometry (Open Access)
Une enquête par spectromètre de masse Dragonfly sur Titan. Résumé du COSPAR 2022 (accès libre)
Développement d’un spectromètre de masse Dragonfly (DraMS) pour Titan, LPSC 2021 Abstract (Open Access)
Sélection et performances analytiques des colonnes de chromatographie en phase gazeuse du spectromètre de masse Dragonfly pour soutenir la recherche de molécules organiques d’intérêt astrobiologique sur Titan Astrobiology (paywall)
Astrobiologie