Plataformas espaciales para la investigación astrobiológica y astroquímica. Los experimentos de exposición espacial requieren plataformas adecuadas para proporcionar niveles de radiación y microgravedad. La ubicación de la plataforma determina la duración de la misión, la exposición a la radiación, la capacidad de devolver 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 difícil. Préstamo: por ejemplo, microgravedad (2023). DOI: 10.1038/s41526-023-00292-1
Aunque técnicamente desafiantes, los experimentos espaciales son un aspecto científicamente importante de la investigación en astrobiología y astroquímica. La Estación Espacial Internacional (ISS) es un excelente ejemplo de una plataforma de investigación a largo plazo que orbita la Tierra, con avances muy exitosos en la implementación de experimentos en el espacio, lo que ha contribuido a una gran cantidad de datos científicos en las últimas décadas. Las futuras plataformas espaciales ofrecen posibilidades adicionales para experimentos en astrobiología y astroquímica.
En un nuevo informe publicado en por ejemplo, microgravedad, 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 analizaron varios temas clave. Estos análisis cubrieron los temas clave de la comunidad de Astrobiología y Astroquímica del Equipo Tópico de la Agencia Espacial Europea (ESA), resumidos por “Comunidad de investigación Scispace de la ESA“papel blanco.
Los científicos enfatizaron las recomendaciones para el diseño y la implementación de futuros experimentos, llenaron las lagunas de conocimiento y desarrollaron conceptos científicos para futuras plataformas de exposición espacial, que ahora se encuentran en etapas avanzadas de planificación. Además de la ISS, las plataformas de investigación también incluyen CubeSats Y Pequeños satélites y Portal orbital lunar. Este trabajo destaca los experimentos in situ realizados en la Luna y Marte para apoyar la búsqueda de exoplanetas y firmas biológicas extraterrestres en el Sistema Solar y más allá.
Fundamentos de la exploración espacial.
Unas dos décadas de experimentación en la Estación Espacial Internacional proporcionaron a los científicos conocimientos en evolución que les permitieron determinar impacto a largo plazo en las ciencias de la vida. Los campos de la astrobiología y la astroquímica son fundamentales para estudiar el origen de la vida en la Tierra y comprender la presencia de vida en este universo, mientras se exploran y colonizan planetas extraterrestres. Aunque los dispositivos de laboratorio pueden simular entornos espaciales, es difícil recrear fielmente dichos entornos en tierra. La ISS y otros satélites proporcionan una plataforma excelente para realizar experimentos de irradiación fuera de la atmósfera terrestre. Las capacidades de navegación de la plataforma se basan en algoritmos de aprendizaje automático e inteligencia artificial reparación en vuelo equipo.
Como se describe en el Informe técnico de la comunidad científica SciSpacE de la ESA de 2021 (esamultimedia.esa.int/docs/HRE/10_Biology_Astrobiology.pdf), los temas clave de la astrobiología y la astroquímica son: A) comprender el origen de la vida, B) comprender las posibilidades de vida en vida, y C) comprensión de signos de vida. Préstamo: por ejemplo, microgravedad (2023). DOI: 10.1038/s41526-023-00292-1
La comunidad de investigación de astrobiología y astroquímica en Europa ha desarrollado una hoja de ruta científica actualizada para 2020 para su uso en plataformas espaciales actuales y futuras. Para determinar el mejor uso de las plataformas espaciales, examinaron varios objetivos científicos importantes para resaltar la interdisciplinariedad del campo. Los temas iniciales incluyeron:
- (A) Comprender el origen de la vida
- (B) Estudio de habitabilidad dentro de los límites de la vida y
- (C) Comprender las señales de vida
Los comienzos de la vida
Elsaesser y sus colegas discutieron el origen 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 entorno de la Tierra mantiene una superficie líquida estable, actualmente exclusiva del Sistema Solar, aunque no siempre ha sido así. Durante el surgimiento de la vida en la Tierra, el entorno probablemente era similar al de los primeros planetas terrestres como Marte y Venus. El agua líquida del subsuelo también está presente en las lunas heladas. Europa de Júpiter Y Encelado de Saturnoque 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 terrestre proviene de meteoritos y micrometeoritos que se formaron a partir de asteroides y cometas carbonosos, allanando vías de investigación para estudiar el viaje de tales objetos antes de llegar a la Tierra. El equipo enfatizó el origen de la vida en relación con abiogénesispasar de una fase puramente química a una prebiótica molecular para llegar a una sistema de replicación vivo.
Un océano global en la luna Encelado 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. Los espesores de capa que se muestran aquí no están a escala. Créditos: NASA/JPL-Caltech
Señales y límites de la vida.
El equipo exploró aún más la habitabilidad y los límites de la vida. adaptarse a condiciones extremas e improbables en la Tierra primitiva. Estudiaron signos de firmas biológicas de vida en el sistema solar y más allá, centrándose en células, moléculas bioquímicas y estructuras de biomedios. Investigaron los cambios ambientales subyacentes a las misiones para buscar evidencia de vida entre las especies extraterrestres que han regresado a la Tierra. Desarrollaron métodos para explorar más allá del sistema solar y simular condiciones potenciales de exoplanetas para decodificar firmas espectrales para comprender e interpretar su formación y evolución.
Este trabajo exploró temas que respaldan la búsqueda de vida existente al identificar la presencia de moléculas clave como aminoácidos, lípidos y carbohidratos, así como componentes específicos de organismos terrestres como esteroles, quinonas y porfirinas.
Experimentos en el espacio
Elsaesser y su equipo demostraron cómo el espacio proporciona un entorno único para realizar experimentos de astrobiología y astroquímica. Las exploraciones planificadas pueden apoyar la búsqueda de signos de vida en cuerpos extraterrestres como Marte al descubrir procesos de biomineralización y fosilización a través de varios experimentos en tierra. La distancia y la duración de las plataformas satelitales a la Tierra respaldaron estas posibilidades al garantizar que las muestras se correlacionaran con el tipo y la cantidad de radiación y la exposición a la microgravedad para devolver con éxito la muestra. El equipo también notó cómo algunas 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 energía solar en comparación con el entorno terrestre.
Estudiaron el marco de tiempo óptimo de la misión para evaluar la productividad de los experimentos. Para obtener los mejores resultados, los satélites espaciales deben durar décadas. Sin embargo, SmallSats y CubeSats ahora cuestionan esta suposición porque experimentos de exposición a corto plazo. Parece que la miniaturización de 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 probablemente se rompieron y “flotaron” hacia nuevas posiciones. Estas imágenes fueron tomadas por la nave espacial Galileo de la NASA en 1996 y 1997 desde una distancia de 417 489 millas (677 000 kilómetros). Crédito: NASA/JPL/Universidad de Arizona
Conceptos básicos y estrategias experimentales
Los investigadores estudiaron más a fondo el modo de funcionamiento de los satélites espaciales, centrándose principalmente en los experimentos con muestras de retorno y el potencial para realizar análisis de muestras mediante PCR cuantitativa, secuenciación de alto rendimiento y técnicas de microscopía subcelular.
La ISS sigue siendo la principal plataforma de exposición para experimentos a corto y largo plazo, con la capacidad de devolver muestras. El equipo también discutió la posibilidad de reutilizar plataformas adicionales para ejecutar múltiples experimentos.
perspectivas
Estos son tiempos emocionantes para la ciencia y la exploración espacial con un número sin precedentes de misiones desplegadas y en curso para crear plataformas que expongan el espacio. Andreas Elsaesser y sus colegas discutieron las posibilidades de realizar experimentos científicos complejos utilizando inteligencia artificial, aprendizaje automático y herramientas robóticas para hacer y responder preguntas clave en astrobiología y astroquímica.
El trabajo tiene como objetivo investigar el origen de la vida y las firmas biológicas en la Tierra, más allá de la Tierra a nivel interplanetario, así como en el Sistema Solar y dentro del campo en rápida expansión de la ciencia de los exoplanetas.
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