Špičková technika pro výzkum vzorků z asteroidů

Americká sonda OSIRIS-REx se vloni vydala do vesmíru, momentálně se nachází cca. 70 milionů kilometrů od Země, se kterou se potká v září a půjčí si od ní trochu hybnosti. V srpnu 2018 pak dorazí ke svému cíli – asteroidu Bennu, který obsahuje větší množství uhlíkatých látek. V červenci 2020 dojde k pětisekundovému setkání povrchu asteroidu s odběrným zařízením, které se s pomocí stlačeného dusíku pokusí doslova vyluxovat okolní regolit – jemný prach, písek a malé kamínky na povrchu asteroidu. V roce 2023 pak návratové pouzdro přistane v pouštích amerického státu Utah a v tu chvíli začne další fáze této mise – analýza vzorků, tedy to hlavní, proč se celá mise realizuje. Už nyní se vědci na tuto výzvu pilně připravují.

Konstrukce návratového pouzdra

Konstrukce návratového pouzdra
Zdroj: http://spaceflight101.com/
Překlad: Autor

V návratovém pouzdru by se na Zemi mělo dostat 50 gramů až dva kilogramy vzorků, které jsou staré zhruba 4,5 miliardy let. Na první pohled je to jen obyčejná kupka prachu a písku, ale pro vědce má cenu mnohonásobně větší, než drahé kovy. Přistávací oblast Utah Test and Training Range leží zhruba 130 kilometrů západně od Salt Lake City, odkud návratové pouzdro zamíří do Houstonu. Na Johnson Space Center odborníci vzorky vyjmou z návratového pouzdra a předají je vědcům.

Jedním z prvních, kteří se ke vzorkům dostanou, bude Tom Zega, odborník přes analýzu vzorků na University of Arizona, který se přímo podílí na misi OSIRIS-REx. Hlavním úkolem této analýzy bude pochopení prvních fází existence sluneční soustavy a možná i zdrojů života. Vzorek z asteroidu má výhodu v tom, že je neovlivněný naší atmosférou, která dokáže přeměnit původní materiály na meteoritech, které přilétávají z vesmíru.

Princip fungování odběrné hlavy.

Princip fungování odběrné hlavy.
Zdroj: http://spaceflight101.com/
Překlad: Autor

„Mise dopravující vzorky na Zemi jsou poklady plné informací. Dostaneme se k materiálu, který je starší než naše Země. Můžu držet v rukou část původního materiálu, který tvořil naši sluneční soustavu a jehož původ se datuje daleko před začátek lidského pokolení, před vznik Země, prakticky před všechno, co známe,“ říká Zega a dodává: „Tyhle atomy byly spojeny do molekul před čtyřmi a půl miliardami let, načež se z nich staly stavební bloky planet.“

Analýza má odpovědět na dvě základní otázky – „Jak ten materiál vypadá?“ a „Z čeho je složený“. Při hledání odpovědí na tyto otázky tedy potřebujeme vytvořit snímky s opravdu hodně vysokým rozlišením a provést chemickou analýzu. „Jsme tak trochu jako kriminalisté,“ říká s úsměvem Zega: „Příroda vytvořila nějaký materiál a my jej nyní analyzujeme na jeho nejzákladnější úrovni, abychom zjistili, za jakých podmínek vznikal.“

Proč letí OSIRIS-REx právě k asteroidu Bennu?

Proč letí OSIRIS-REx právě k asteroidu Bennu?
Zdroj: https://scontent-fra3-1.xx.fbcdn.net/

Tom Zega bude vzorky analyzovat ve sklepě s rozlohou téměř 500 metrů čtverečních pod budovou Kuiper Space Sciences Building v Tucsonu. Tento sklep vznikl v roce 1964 s přispěním od NASA. V tomto prostředí nejprve vznikla laboratoř na výrobu zrcadel pro teleskopy a později trezor pro ukládání publikací. Ale teleskopy se postupem času zvětšovaly a tak se zvětšovala i laboratoř, která nyní zasahuje až pod Arizona Stadium. Postupně ale byla potřeba zrcadla tak velká, že prostor už přestal stačit a archivy se přesunuly na internet. Podzemní prostor tak nyní ukrývá hned několik mimořádně citlivých přístrojů, které budou analyzovat dopravený regolit z asteroidů.

Elektronové mikroskopy jsou velmi účinné přístroje, ale k provozu potřebují velmi stabilní prostředí. Jsou citlivé na vibrace, ale i na elektromagnetické nebo akustické rušení. Podzemní sklep je tedy pro jejich uložení ideální. Zdejší odborníci se už nemohou dočkat materiálu, který na Zemi dopraví OSIRIS-REx, ale už dnes se podílí na analýze vzácných zrníček, která na Zemi přivezla japonská sonda Hayabusa.

Tom Zega otevírá dvojité dveře s výplní z mléčného skla vedoucí do laboratoře a před ním se rozprostírá dlouhá, čistá chodba osvětlená zářivkami. Na jejím konci po levé straně najdeme místnost, kde skutečně začne vědecký výzkum vzorků. Malé množství materiálu se umístí na laboratorní sklíčko a jemně se vyleští. Následně jej vědec uloží do přístroje, který ukrývá elektronovou mikrosondu.

Chemická mapa marťanského meteoritu

Chemická mapa marťanského meteoritu
Zdroj: https://cdn.uanews.arizona.edu

„Mikrosonda nám prozradí nejvíce z hlediska celkového kontextu a položí základy, na kterých můžeme dál stavět,“ popisuje Zega. Tento přístroj dokáže pořizovat snímky celého vzorku s vysokým rozlišením a zároveň sleduje jeho složení. Jednotlivé prvky se ukazují jako různé barvy na monitoru počítače. „Pak bude potřeba se zastavit a opravdu zpracovat ta data,“ popisuje Zega a dodává: „Můžete si hrát s mapami chemického složení a překrývat je snímky s vysokým rozlišením, než se rozhodnete, jaký bude další krok – a to může chvíli trvat. Je ale potřeba dát si načas, než se přesuneme k detailnější úrovni analýzy.“

Na druhé straně dlouhé chodby, poblíž vstupních dveří, jsou dva skenovací elektronové mikroskopy. Podobně jako výše zmíněná mikrosonda dokáží snímkovat vzorky a mapovat jejich chemické složení, ale s mnohem větší přesností. Odborníci se zde mohou na materiál dívat s rozlišením mikrometrů až nanometrů – pro lepší představu – běžný list papíru je silný 100 000 nanometrů.

Skenovací elektronový mikroskop se zaměřeným iontovým paprskem, který dokáže do prachového zrnka doslova vyvrtat díru!

Skenovací elektronový mikroskop se zaměřeným iontovým paprskem, který dokáže do prachového zrnka doslova vyvrtat díru!
Zdroj: https://cdn.uanews.arizona.edu

Ani tady ale možnosti laboratoře nekončí. Ve vedlejší místnosti se nachází skenovací elektronový mikroskop se zaměřeným iontovým paprskem, který dokáže sledovat vzorek ještě podrobněji. To ale není jediná přednost – tím, že umí vystřelovat ionty gallia jako drobné náboje, dokáže do prachového zrnka doslova vyvrtat díru! Nás může velmi těšit, že tento přístroj označovaný jako Helios NanoLab 660 byl vyroben a také vyvinut v Brně ve firmě FEI.

„Každý atom nám může něco prozradit,“ vysvětluje Zega, když se blíží k závěrečnému stanovišti analýzy vzorků – transmisnímu elektronovému mikroskopu označovanému zkratkou TEM. Tento bílý přístroj s modrými prvky má tvar kvádru o výšce lehce přes tři a půl metru. Přístroj je sice hodně velký, ale právě díky tomu dokáže neuvěřitelné věci. Transmisní elektronový mikroskop je jediný přístroj na světě, který dokáže vidět útvary tak drobné, jako jsou jednotlivé atomy.

Tom Zega sedí u transmisního elektronového mikroskopu.

Tom Zega sedí u transmisního elektronového mikroskopu.
Zdroj: https://cdn.uanews.arizona.edu

Tento konkrétní TEM má označení HF5000 a pochází od japonské firmy Hitachi High Technologies, přičemž do Tucsonu dorazil před pár měsíci. Tým inženýrů z ředitelství firmy nedaleko Tokia tu byl od listopadu loňského roku, aby přístroj nainstalovali a řádně zkalibrovali. Zpátky do Japonska by se měli vracet v těchto dnech. „Pohled na mikrostrukturu nám pomůže při hledání našeho původu,“ vysvětluje Zega.

Díky tomuto přístroji můžeme zjistit, které prvky jsou blízko kterých, které jsou ve vrstvách nad nimi a podobně – všechny tyto informace jsou neskutečně cenné, kdy se vědci snaží zjistit, jak materiál vznikal. „Ať už jsme vědci, nebo ne, všichni se díváme na hvězdy a ptáme se „Jak?“ a „Proč?“ Zajímá nás, jak se to všechno stalo,“ říká Tom Zega a dodává: „Úkolem, který tady na University of Arizona, máme vyřešit obnáší odpovědi právě na tyhle otázky.“

Zdroje informací:
https://uanews.arizona.edu/

Zdroje obrázků:
https://www.lpl.arizona.edu/PMRG/sites/lpl.arizona.edu.PMRG/files/HF5000X_Overview.jpg
http://spaceflight101.com/osiris-rex/wp-content/uploads/sites/103/2016/08/osirisrex-14.jpg
http://spaceflight101.com/osiris-rex/wp-content/uploads/sites/103/2016/08/osirisrex-34.jpg
https://scontent-fra3-1.xx.fbcdn.net/…937251746387649_5336422222035198326_o.png
https://cdn.uanews.arizona.edu/…15070710.1570344724.1497299986-69734107.1497299986
https://cdn.uanews.arizona.edu/…8m1WwoI8RcLLOqedOy6MzClxcViCokQe&itok=jtySZN0v
https://cdn.uanews.arizona.edu/…55252168.1570344724.1497299986-69734107.1497299986

Špičková technika pro výzkum vzorků z asteroidů, 4.8 out of 5 based on 22 ratings
Pin It
(Visited 1 522 times, 1 visits today)
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 4.8/5 (22 votes cast)
(Visited 1 522 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


10 komentářů ke článku “Špičková technika pro výzkum vzorků z asteroidů”

  1. Lukáš Král napsal:

    Mimochodem ten skenovací elektronový mikroskop s fokusovaným iontovým svazkem se jmenuje Helios NanoLab 660 a byl vyroben v Brně ve firmě FEI (nyní po akvizici Thermo Fisher Scientific), kde mám tu čest pracovat 🙂
    Tady je obrázek z té arizonské univerzity jak celý ten mikroskop vypadá:
    https://www.lpl.arizona.edu/PMRG/facilities#FIB

    • Lukáš Král napsal:

      Ještě pro upřesnění – mikroskop byl v Brně nejen vyroben, ale i vyvinut.

      • Fntasta napsal:

        Úžasné věci umíme, i vymyslet, i vyrobit a prodat. A já se to náhodou dozvím v diskusi na Kosmonautixu. Díky. Bohužel TV je plná našich fantastických náctiletých i starších celebrit, které zvládli tetování a fitko. Jestli je tohle Matrix, tak hodně blbý softvér… 🙂

    • Dušan Majer napsal:

      To je velice zajímavá informace, kterou moc rád zařadím do článku!

  2. Jiný Honza napsal:

    Díky za článek.
    Čekal bych, že takhle cenné vzorky budou snažit držet celou dobu bez přístupu vzduchu. Kyslík je dost agresivní. Z článku ani z obrázků to tak nevypadá.
    Transmisní elektronový mikroskop rozhodně není jediné zařízení, které umí zobrazit atomy. Třeba STM to dělá běžně, AFM má podobné rozlišení.

    • Dušan Majer napsal:

      Vycházel jsem z informací obsažených v článku. Je možné, že část vzorků se bude zpracovávat bez přístupu vzduchu.

      • pbpitko napsal:

        Bolo by možné Lukáše Krále požiadať o viac informácií o FEI ?
        Kozmonautiky by sa to síce týkalo iba okrajovo, ale snáď by bolo možné to niekam napasovať aj sem.
        pb 🙂

    • Dušan Majer napsal:

      Ale kdepak fuj, používají se oba výrazy. Na wikipedii je u hesla Elektronový mikroskop i podheslo Rastrovací elektronový mikroskop (kde je proklik na Váš článek. U tohoto podhesla se píše, cituji: „Lze se setkat i s názvy řádkovací nebo skenovací elektronový mikroskop. Slovo „rastrovací“ v názvu je odvozeno z toho, že elektronový svazek se pohybuje po vzorku řádek po řádku v jakémsi neviditelném rastru a výsledný obraz se vytváří postupným skenováním.“ Správné jsou tedy tři názvy tohoto přístroje – námi použitý skenovací elektronový mikroskop, Vámi preferovaný Rastrovací elektronový mikroskop a také řádkovací elektronový mikroskop. 😉
      Ale abychom nepoužívali jen wikipedii, tady je odkaz na dokument uložený na webu Univerzity Palackého v Olomouci, jehož název je SKENOVACÍ (RASTROVACÍ) ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE.

      • Vít Výmola napsal:

        K tomu snad dodat jen to, že tento typ mikroskopu je označován zkratkou SEM (srovnejte s TEM v článku).

Zanechte komentář