Plataformas espaciales para la investigación en astrobiología y astroquímica. Los experimentos de exposición espacial requieren plataformas adecuadas para proporcionar niveles de radiación y microgravedad. La ubicación de la plataforma dicta la duración de la misión, la exposición a la radiación, el potencial de retorno de la muestra y la necesidad de mediciones in situ. A medida que aumenta la distancia desde la Tierra, se vuelven disponibles diferentes entornos de radiación a costa de un retorno de muestra cada vez más desafiante. Crédito: microgravedad npj (2023). DOI: 10.1038 / s41526-023-00292-1
Aunque técnicamente desafiantes, los experimentos espaciales son un aspecto científicamente importante de las investigaciones de astrobiología y astroquímica. La estación espacial internacional (ISS) ofrece un excelente ejemplo de una plataforma de investigación a largo plazo que orbita la Tierra, con avances muy exitosos para implementar experimentos en el espacio, lo que ha contribuido a una gran cantidad de datos científicos en las últimas décadas. Las futuras plataformas espaciales presentan oportunidades adicionales para experimentos en astrobiología y astroquímica.
En un nuevo informe, ahora publicado en microgravedad npj, Andreas Elsaesser y un equipo de científicos interdisciplinarios internacionales en física, biología y astrobiología, el centro de investigación Ames de la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán examinaron algunos temas clave. Estos análisis incluyeron los temas clave de la comunidad de Astrobiología y Astroquímica del Equipo Tópico de la Agencia Espacial Europea (ESA), resumidos en el libro blanco de la «Comunidad Científica Scispace de la ESA».
Los investigadores enfatizaron las recomendaciones para desarrollar e implementar experimentos futuros y llenaron los vacíos en el conocimiento y los conceptos científicos avanzados para futuras plataformas de exposición espacial actualmente en desarrollo en una etapa avanzada de planificación. Aparte de la ISS, las plataformas de investigación también incluyen CubeSats y SmallSats y la puerta de enlace orbital lunar. Este trabajo destacó los experimentos in situ realizados en la Luna y Marte para apoyar la búsqueda de exoplanetas y firmas biológicas extraterrestres dentro y más allá del sistema solar.
Los fundamentos de la exploración espacial.
Aproximadamente dos décadas de experimentos en la Estación Espacial Internacional han brindado a los investigadores conocimientos en evolución para establecer un impacto duradero en las ciencias de la vida. Los campos de la astrobiología y la astroquímica son fundamentales para explorar el origen de la vida en la Tierra y comprender la presencia de vida dentro de este universo, mientras se exploran y colonizan planetas extraterrestres. Si bien las instalaciones en el laboratorio pueden simular entornos espaciales, es un desafío replicar fielmente dichos entornos en tierra. La ISS y otros satélites proporcionan una plataforma excelente para realizar experimentos de irradiación más allá de la atmósfera terrestre. La capacidad de navegación de la plataforma se basa en algoritmos de aprendizaje automático e inteligencia artificial para la reparación de hardware sobre la marcha.
Como se identifica en el Libro Blanco de la Comunidad Científica SciSpacE de la ESA de 2021 (esamultimedia.esa.int/docs/HRE/10_Biology_Astrobiology.pdf), los temas clave de astrobiología y astroquímica son A) comprender los orígenes de la vida, B) comprender la habitabilidad de la vida y C ) comprender las señales de vida. Crédito: microgravedad npj (2023). DOI: 10.1038 / s41526-023-00292-1
La comunidad científica de astrobiología y astroquímica en Europa desarrolló una hoja de ruta científica actualizada en 2020 para su uso en plataformas espaciales actuales y futuras. Para identificar el mejor uso de las plataformas espaciales, exploraron varios objetivos científicos principales para resaltar la interdisciplinariedad de este campo. Los temas preliminares incluyeron:
- (A) Comprender los orígenes de la vida
- (B) Explorar la habitabilidad de los límites de la vida, y
- (C) Entender las señales de vida
Los orígenes de la vida
Elsaesser y sus colegas discutieron los orígenes de la vida en la Tierra en el contexto de un análisis integral para comprender nuestra búsqueda de vida más allá de este planeta. El medio ambiente de la Tierra mantiene un líquido superficial estable, actualmente exclusivo del sistema solar, aunque no siempre fue así. Durante el origen de la vida en la Tierra, el entorno probablemente era similar al de los primeros planetas rocosos como Marte y Venus. El agua líquida del subsuelo también está presente en las lunas heladas de Europa de Júpiter y Encelado de Saturno, que se asemejan a los lagos antárticos subglaciales que se encuentran en la Tierra, lo que los convierte en candidatos interesantes en la búsqueda de vida.
También se sabe que gran parte de la materia orgánica del entorno de la Tierra se originó a partir de meteoritos y micrometeoritos que surgieron de asteroides y cometas carbonosos, allanando caminos de investigación para explorar el viaje de tales objetos antes de que llegaran a la Tierra. El equipo destacó el origen de la vida en relación con la abiogénesis, la transición de una fase puramente química a una prebiótica molecular para llegar a un sistema replicativo vivo.
Océano global en la luna Encélado de Saturno. Ilustración del interior de la luna Encelado de Saturno que muestra un océano global de agua líquida entre su núcleo rocoso y su corteza helada. El grosor de las capas que se muestra aquí no está a escala. Créditos: NASA / JPL-Caltech
Los signos y límites de la vida.
El equipo siguió explorando la habitabilidad y los límites de la vida para adaptarse al entorno extremo e improbable de la Tierra primitiva. Exploraron los signos de biofirmas de vida dentro y más allá de este sistema solar centrándose en células, moléculas bioquímicas y estructuras biomediadas. Exploraron las transformaciones ambientales subyacentes a las misiones que buscan evidencia de vida de especies extraterrestres que regresaron a la Tierra. Formaron métodos para explorar más allá del sistema solar y simular posibles condiciones exoplanetarias para decodificar firmas espectrales para comprender e interpretar su formación y evolución.
Este trabajo exploró temas que respaldan la búsqueda de vida existente, al tiempo que identificó la presencia de moléculas clave como aminoácidos, lípidos y carbohidratos, así como constituyentes específicos de organismos terrestres como esteroles, quinonas y porfirinas.
Experimentos en el espacio
Elsaesser y el equipo mostraron cómo el espacio proporciona un entorno único para realizar experimentos de astrobiología y astroquímica. Las exploraciones planificadas pueden respaldar la búsqueda de signos de vida en cuerpos extraterrestres como Marte al descubrir procesos de biomineralización y fosilización a través de diversos experimentos terrestres. La distancia y la duración de las plataformas satelitales a la Tierra respaldaron estas vías al garantizar que las muestras se correlacionaran con el tipo y la cantidad de exposición a la radiación y la microgravedad para lograr el retorno exitoso de la muestra. El equipo también notó cómo ciertas órbitas terrestres bajas o experimentos en la Luna y Marte permitieron el acceso a flujos más altos de fotones de alta energía, rayos cósmicos y energías solares en comparación con el entorno terrestre.
Examinaron el marco de tiempo óptimo de una misión para evaluar la productividad de los experimentos. Para obtener los mejores resultados, se requiere que la vida útil de los satélites espaciales dure décadas. Sin embargo, SmallSats y CubeSats actualmente están desafiando esta suposición como experimentos de exposición a corto plazo. Parece que miniaturizar la tecnología existente puede conducir a resultados de misión exitosos.
La imagen de la izquierda muestra una región de la corteza de Europa formada por bloques que se cree que se rompieron y se «desplazaron» a nuevas posiciones. Estas imágenes fueron obtenidas por la nave espacial Galileo de la NASA en 1996 y 1997 a una distancia de 417 489 millas (677 000 kilómetros). Crédito: NASA/JPL/Universidad de Arizona
Conceptos básicos y estrategias experimentales
Los investigadores exploraron más a fondo el modo de operación de los satélites espaciales, con un enfoque principal en los experimentos de devolución de muestras y el potencial para realizar análisis de muestras con PCR cuantitativa, secuenciación de alto rendimiento y técnicas microscópicas subcelulares.
La ISS sigue siendo una plataforma de exposición fundamental para experimentos a corto y largo plazo, con capacidad para el retorno de muestras. El equipo también discutió las posibilidades de reutilizar plataformas adicionales para albergar múltiples experimentos.
panorama
Estos son tiempos emocionantes para la exploración espacial y las ciencias espaciales con niveles sin precedentes de misiones implementadas y en marcha para lograr plataformas de exposición espacial. Andreas Elsaesser y sus colegas discutieron las posibilidades de realizar experimentos científicos complejos mediante el uso de herramientas de inteligencia artificial, aprendizaje automático y robótica para hacer y responder preguntas clave en los campos de la astrobiología y la astroquímica.
El trabajo tiene como objetivo explorar el origen de la vida y las firmas biológicas en la Tierra, más allá de la Tierra a nivel interplanetario, así como dentro del sistema solar y dentro del campo en rápida expansión de la ciencia exoplanetaria.
Más información:
Andreas Elsaesser et al, Futuras plataformas de experimentos espaciales para la investigación en astrobiología y astroquímica, microgravedad npj (2023). DOI: 10.1038 / s41526-023-00292-1
Alexandra Witze, La ciencia de la estación espacial aumenta, Naturaleza (2014). DOI: 10.1038 / 510196a
23 2023 Ciencia X Red
Citación: Desarrollo de futuras plataformas de experimentos espaciales para astrobiología y astroquímica (29 de junio de 2023) consultado el 4 de julio de 2023 en https://phys.org/news/2023-06-future-space-platforms-astrobiology-astrochemistry.html
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