火星有機分子分析儀
火星有機分子分析儀（Mars Organic Molecule Analyser）英文簡稱「MOMA」是一台基於質譜儀的儀器，它將搭載在羅莎琳德·富蘭克林號探測車上，於2022年8月至10月發射到火星執行天體生物學任務[2]。該設備將在收集的火星土壤樣本中尋找有機化合物，通過描述檢測到的有機物分子結構，它可深入了解潛在的分子生命印跡。火星有機分子分析儀將能檢測到濃度低至億分之一（ppbw）的有機分子[2]，專門檢測固體粉末樣品，但不進行大氣分析。
| 製造商 | 馬克斯·普朗克太陽系研究所 戈達德太空飛行中心 法國國家科學研究中心 法國大氣、介質和空間觀測實驗室 |
|---|---|
| 設備類型 | 離子阱質譜儀 |
| 功能 | 搜尋火星土壤中的有機化合物 |
| 網站 | 火星地外生物探測車儀器組件 |
| 設備參數 | |
| 質量 | 11.5千克 |
| 解析度 | 10 ppb |
| 太空飛行器 | |
| 太空飛行器 | 羅莎琳德·富蘭克林號探測車 |
| 運營方 | 歐空局/俄羅斯航天國家集團 |
| 發射日期 | 2022年8月至10月[1] |
| 火箭 | 質子M型/Briz-M運載火箭 |
| 發射地點 | 拜科努爾航天發射場 |
該設備的首席研究員為來自德國馬克斯·普朗克太陽系研究所的弗雷德·戈斯曼（Fred Goesmann）[2].
概述
火星有機分子分析儀的目標是：分析羅莎琳德·富蘭克林號探測車鑽取的火星表面下2米深處樣本中的各種有機化合物，以尋找過去火星生命的跡象。它只檢測固體粉末樣品，它不進行大氣分析。
火星有機分子分析儀將首先蒸發固體有機化合物，以便通過質譜儀進行分析。有機物質的蒸發通過雷射解吸和熱揮發兩種不同技術實現，然後再使用四台氣相色譜-質譜儀柱進行分離，最後通過離子阱質譜儀對有機分子進行鑑定[3][4]。
有機生命印跡
雖然沒有明確的火星生命印跡可供尋找，但較務實的方法是尋找某些分子，如脂質和磷脂，它們可形成能跨地質年代保存下來的細胞膜[4]。脂質和其他有機分子可能表現出非生物有機物質中不存在的生物特徵。如果是由生命形式合成，則此類化合物可能僅在較窄分子量範圍內高濃度地被發現，不像碳質隕石中檢測到的較寬分子量範圍內的化合物[4]。在糖和胺基酸的情況下，過多同手性的分子是其生物起源的另一條重要線索[4]。假設火星上的生命像地球一樣為碳基和細胞生命，則預計會有共同的組成部分，如胺基酸鏈和核鹼基鏈（核糖核酸、脫氧核糖核酸或它們的類似物）。此外，在已鑑定出的其它支持證據背景下，一些高分子量的異構體有機物 可能也是潛在的生命印跡。其他檢測的目標化合物還包括脂肪酸、甾醇和霍烷（hopanoid）[4]。
背景有機物
預計火星表面會積聚大量由星際塵埃顆粒和碳質隕石輸送的大有機分子[4]，火星有機分子分析儀對該部分的描述，不僅可以確定痕量生物標記物的潛在背景豐度，還可以測定通過作為深度函數的輻射和氧化對該物質的分解程度[4][5]，為在當地地質和地球化學背景下解釋樣本的來源，這一點至關重要[5]。
開發
火星有機分子分析儀與氣相色譜-質譜儀相關的組件分別源自海盜號著陸器、菲萊著陸器上的彗星採樣與成分實驗件（COSAC）以及好奇號探測車上的火星樣本分析設備[2]。但過去海盜號著陸器和好奇號探測車使用的方法大多具有破壞性（熱解），因此，造成了有機物質的重要信息丟失。此外，這些原來的儀器只能檢測到揮發性分子，並且只有非極性分子才可通過色譜儀柱到達檢測器。火星有機分子分析儀將熱解衍生與破壞性較小的方法相結合：雷射解吸質譜法（LDMS），它允許通過質譜儀（MS）檢測和描述大而完整的分子片斷[2][6]，該技術不受上述缺點的影響，且不受已知在火星表面分布豐富的高氯酸鹽的影響 [2][5]。串聯質譜儀則可用來進一步描述這些分子的特點[2]。
馬克斯·普朗克太陽系研究所正在牽頭此項開發，國際合作夥伴包括美國宇航局[7]。火星有機分子分析儀的質譜儀（MS）和主要電子設備由美國宇航局戈達德太空飛行中心提供，兩家法國研究所國家科學研究中心和法國大氣、介質和空間觀測實驗室負責研製氣相色譜儀（GC），而紫外雷射器則由德國漢諾威雷射研究中心開發[4]。火星有機分子分析儀並非一台單一的緊湊型儀器，而是在探測車內留有許多機械和熱能接口的模塊化結構設備，最後由義大利泰雷茲阿萊尼亞宇航公司進行總裝和驗證。
| 技術參數 | 單位/性能[8] |
|---|---|
| 質量 | 11.5千克 |
| 電源 | 平均：65瓦 最大154瓦 |
| 運行 溫度 |
攝氏−40度攝氏+20度 |
| 靈敏度 | 現存有機物≥10 ppb [2] |
| 氣相色譜烘箱 | 32隻（20隻用於熱裂解/逸出氣體分析；12隻用於衍生反應） 最高溫攝氏850度適用於熱裂解/逸出氣體分析；攝氏600度用於衍生反應 |
| 樣本容量 | 每隻烘箱最多200毫米3粉末樣本 |
| 雷射 | 紫外 （λ = 26納米） 脈衝能量：13–130 微焦耳 脈衝時長：<2.5 奈秒 束斑尺寸：≈400微米 |
| 質譜儀（MS） | 質量範圍：50–1000 u 質量隔離: ±5 u |
參考文獻
- ^ N° 6–2020: ExoMars to take off for the Red Planet in 2022 (新聞稿). ESA. 12 March 2020 [12 March 2020]. （原始內容存檔於2021-03-30）.
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 MOMA - Mars Organics Molecule Analyser （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. European Space Agency. 25 August 2017.
- ^ Vago, Jorge; Witasse, Olivier; Baglioni, Pietro; Haldemann, Albert; Gianfiglio, Giacinto; et al. ExoMars: ESA's Next Step in Mars Exploration (PDF). Bulletin (European Space Agency). August 2013, (155): 12–23 [2022-02-20]. （原始內容 (PDF)存檔於2018-10-24）.
- ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Goesmann, Fred; Brinckerhoff, William B.; Raulin, François; Goetz, Walter; Danell, Ryan M.; Getty, Stephanie A.; Siljeström, Sandra; Mißbach, Helge; Steininger, Harald; Arevalo, Ricardo D.; Buch, Arnaud; Freissinet, Caroline; Grubisic, Andrej; Meierhenrich, Uwe J.; Pinnick, Veronica T.; Stalport, Fabien; Szopa, Cyril; Vago, Jorge L.; Lindner, Robert; Schulte, Mitchell D.; Brucato, John Robert; Glavin, Daniel P.; Grand, Noel; Li, Xiang; Van Amerom, Friso H. W.; The Moma Science Team. The Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA) Instrument: Characterization of Organic Material in Martian Sediments. Astrobiology. 2017, 17 (6–7): 655–685. Bibcode:2017AsBio..17..655G. PMC 5685156
. PMID 31067288. doi:10.1089/ast.2016.1551.
- ^ 5.0 5.1 5.2 Detecting Organics with the Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA) on the 2018 ExoMars Rover (PDF). H. Steininger, F. Goesmann, F. Raulin, W. B. Brinckerhoff, MOMA Team.
- ^ Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA) onboard ExoMars 2018 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (PDF). Harald Steininger.
- ^ Clark, Stephen. European states accept Russia as ExoMars partner. Spaceflight Now. 21 November 2012 [2022-02-20]. （原始內容存檔於2020-10-21）.
- ^ Table 1. Main Characteristics of the Mars Organic Molecule Analyzer Instrument （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. ESA. 2017.
外部連結
- YouTube上的Video (04:14) – 火星地外生物探測車/火星有機分子分析儀（MOMA） （美國宇航局 2018年5月24日）