Belgische geologen maken gesteentescanner voor NASA

De SpectroGRID

De ruimtevaartorganisatie wil met de scanner bestuderen of het leven op aarde is ontstaan rond zogenoemde hydrothermale bronnen in de diepzee. NASA’s Jet Propulsion Laboratory test ook uit of soortgelijke technologie gebruikt kan worden tijdens ruimtemissies.

Geologen Christian Burlet en Yves Vanbrabant (KBIN) hebben samen met Pablo Sobron (SETI-Impossible Sensing LLC) een spectrometer ontwikkeld voor NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL). De "SpectroGRID" is gemaakt om de chemische samenstelling van het oppervlak van kleine gesteentestalen te analyseren in het lab. Bijzonder aan de SpectroGRID is dat hij uit weinig bewegende onderdelen bestaat. Daardoor is hij heel robuust en betrouwbaar. Het "Origins and Habitability Laboratory" van JPL wil met de laserscanner de samenstelling bestuderen van gesteenten rond hydrothermale bronnen in de diepzee. Dat zijn spleten in de zeebodem waar geothermisch verwarmd water uit opwelt. Wetenschappers vermoeden dat daar de eerste levensvormen op aarde zijn ontstaan, gevoed door de chemische elementen die in de opborrelende vloeistoffen zijn opgelost. JPL zal ook testen of soortgelijke technologie kan worden gebruikt tijdens ruimtemissies, bijvoorbeeld naar Mars.

Geochemische kaart van de Aluminiumconcentratie op het oppervlak van een geologische sample

De eerste in zijn soort

De SpectroGRID is een LIBS (laser-geïnduceerde afbraakspectroscopie) micro-imager. LIBS is een chemische analysetechnologie die gebruik maakt van een korte (maar zeer krachtige) laserpuls om een kleine fractie van het monster te vernietigen, met lichtproductie als gevolg. Omdat elk element licht uitzendt met een karakteristieke golflengte, kan een spectrometer de elementen waaruit het monster is samengesteld identificeren. Om dit te visualiseren wordt met speciale software een 'geochemische kaart' gemaakt, die de ruimtelijke verdeling van elementen op het oppervlak van het stukje gesteente weergeeft.

Maar de SpectoGRID is niet zomaar een LIBS-scanner! Hij bevat een minimaal aantal  bewegende delen. "Het maakt van de SpectroGRID een heel robuust en betrouwbaar instrument", legt Yves Vanbrabant uit. "NASA zal de SpectroGRID testen, om na te gaan of soortgelijke technologie gebruikt kan worden op ruimtemissies, bijvoorbeeld naar Mars. Daar vormen zandstormen een groot probleem. De zandkorreltjes komen in de machines vast te zitten. Een apparaat met weinig bewegende delen is in zulke omgevingen een troef.” Een ander voordeel: je kunt de stenen vanop afstand scannen. “Dat verkleint de kans op contaminatie", vult Christian Burlet aan. "Dit is natuurlijk belangrijk als je onderzoek doet naar omgevingen die relatief geïsoleerd en onaangeroerd zijn, zoals Mars en de diepzee.”

Pablo Sobron test de veiligheidsschakelaar

Race tegen de tijd

Het avontuur begon een jaar geleden, toen de twee geologen besloten de handen ineen te slaan met 'Impossible Sensing', een Amerikaans bedrijf gespecialiseerd in technologie voor het meten van de verstrooiing en absorptie van licht. Samen ontwierpen zij de SpectroGRID. "In de VS is het veel gemakkelijker om fondsen te vinden voor de ontwikkeling van een nieuw instrument. Ik vond ‘the American way of working' interessant: dynamischer, en ze durven te kiezen voor innovatie", zegt Yves Vanbrabant. Ze stelden hun ontwerp voor aan JPL, en het lab besloot ervoor te gaan. "Dat was geweldig nieuws voor ons. We waren zo enthousiast", zegt Christian Burlet.

Maar na de vreugde kwam de volgende uitdaging. "In minder dan twee maanden moesten we het concept omtoveren tot een echt werkend instrument, een zeer kort tijdsbestek voor zo'n delicate machine en complexe software.” Met maar liefst vier 3D-printers slaagden ze erin alle nodige onderdelen te verzamelen, net op tijd om ze naar de VS over te vliegen. "De eindmontage in de laboratoria van Impossible Sensing was een race tegen de klok", zegt Christian Burlet. "Zonder de hulp van het team daar hadden we het niet gehaald". Maar ze deden het, precies op tijd om het bij de JPL af te leveren. "Deze spectrometer is natuurlijk een prototype en zal evolueren, maar ze zijn erg blij met hun nieuwe speeltje”, lacht Christian. Het team werkt nu aan een eerste upgrade van het instrument om de gevoeligheid te verbeteren en verschillende atmosferische composities in de samplekamer te simuleren.

Leven bij 100°C (en meer)

De SpectroGRID is gemaakt voor het "Origins and Habitability Laboratory", een sub-lab van JPL dat de geologische context onderzoek waarin leven ontstaat. Een van hun onderzoeksterreinen is de diepzee, waar het leven gedijt rond hydrothermale bronnen met temperaturen van 60°C tot meer dan 400°C. Daar vormen niet de planten, maar chemo-synthetische bacteriën de basis van de voedselketen. Zij vormen het voedsel voor heel wat grotere organismen, ver weg van alle zonlicht.

Maar waarom interesseert dit NASA, een ruimtevaartorganisatie? Een van de meest veelbelovende hypothesen is dat het leven is ontstaan rond die hydrothermale bronnen. De chemische stoffen die in deze openingen worden gevonden en de energie die ze leveren kunnen veel van de chemische reacties hebben aangewakkerd die nodig zijn voor het ontstaan van het leven. NASA-onderzoekers denken dat sommige ijsmanen in ons zonnestelsel, zoals Jupiters Europa, ook hydrothermale bronnen kunnen hebben in de oceanen onder hun bevroren korst. De astrobiologen van het "Origins and Habitability Laboratory" simuleren deze hydrothermale schoorsteensystemen in het lab, en bestuderen zo de chemie van elementen die cruciaal zijn voor de oorsprong van het leven. De SpectroGRID zal hen helpen bij het onderzoek van de gesteentestalen. Benieuwd of het apparaat enkele mysteries kan ontrafelen.