Konstnärens intryck av ESA:s ExoMars-rover (förgrund) och Rysslands vetenskapsplattform (bakgrund) på Mars. Kredit:ESA/ATG medialab
I vardagen tittar och rör vi på saker för att ta reda på vad de är gjorda av. En kraftfull vetenskaplig teknik gör detsamma med laser – och om två år kommer den att flyga i rymden för första gången.
En forskare som arbetar med ESA har undersökt hur lasrar kan användas i framtida rymduppdrag.
"Vi avfyrar en laser mot ett material av intresse, " förklarar Melissa McHugh från Leicester University i Storbritannien, "och mät hur mycket färgen ändras när den sprids från ytan, för att identifiera de ansvariga molekylerna.
"Det här är en väletablerad teknik på jorden – som används inom alla typer av områden från säkerhet till farmakologi till konsthistoria – antingen i laboratorier eller med hjälp av handhållna enheter."
ESA:s ExoMars-rover kommer att bära den första sådan enheten ut i rymden 2020 för att hjälpa till att söka efter potentiella biomarkörer för tidigare eller nuvarande liv på Mars, och mineralrester av planetens varma, blött förbi.
"Min forskning har tittat på hur långt vi kan utöka tekniken i framtiden, ", tillägger Melissa.
"ESA:s rover kommer att avfyra sin laser mot krossade prover som har tagits inuti men vi kan också använda tekniken på större avstånd – det har redan gjorts över hundratals meter."
NASA:s egen Mars Rover 2020 kommer att bära ett liknande instrument på en extern mast för fjärranalys av lovande berghällar.
Analys på plats av basaltstenar vid vulkankomplexet Bjockfjord på Spetsbergen, Norge, under testning för ExoMars. Till vänster, en högupplöst bild av en basaltsten visar de fläckar som identifierats för vidare analys. Till höger, resultaten av laserbaserad Raman-spektroskopi som erhållits i några av dessa utvalda fläckar; på plats 5 och 6, Raman upptäckte organiskt b-karoten och pyroxen. Denna testning utfördes under utvecklingen av instrumentet Raman Laser Spectrometer, på grund av att flyga på ESA:s 2020 ExoMars-rover. Kredit:ESA - Raman Team, AMASE
"Det har varit mycket arbete här på jorden för att utöka denna teknik, säger Melissa, "för att hjälpa till att upptäcka sprängämnen, till exempel, eller kärnmaterial.
"Det kräver en kraftfull pulsad laser, plus en känslig synkroniserad kamera för att upptäcka det reflekterade ljuset – med tanke på att endast en av en miljon fotoner från lasern är utspridda."
Den indiska forskaren Chandrasekhara Raman tilldelades ett Nobelpris för att ha upptäckt effekten, följa sitt intresse av att förstå varför havet ser blått ut.
Med tekniken på väg att bevisas under flygning, uppdragsplanerare undersöker uppföljningsansökningar för rymden, och Melissas forskning fokuserar på att fastställa vad som kan och inte kan göras.
"Det finns mycket spänning i att ta denna kraftfulla teknik och använda den på andra planeter, " kommenterar hon, "men självklart finns det alla typer av massa, volym- och datareläbegränsningar.
Testning av laser Raman-spektroskopiprototyp för ESA:s ExoMars-rover, äger rum i Boulby saltgruva i North Yorkshire, som har geologiska likheter med Mars yta, inklusive klorid- och sulfatavlagringar. Kredit:Matthew Gunn
"En del av mitt arbete innebär att ge team en tillförlitlig uppskattning av hur väl deras enhet skulle prestera i olika konfigurationer:vilken typ av laser, vilken typ av prover, vilken typ av omgivande ljusförhållanden?
"Till exempel, det finns något som tyder på att snarare än att kräva sofistikerade instrument för fjärranalys, det finns sätt att optimera befintliga rymdkvalificerade CCD-kameror för att göra dem lämpliga."
Melissa gjorde flera besök på ESA:s tekniska center i Noordwijk, Nederländerna, att använda sina faciliteter. Till exempel, hon exponerade instrument för strålning för att bedöma hur deras prestanda skulle försämras under månens svåra förhållanden, Mars eller rymden.
