Gibt es oder gab es jemals so etwas wie ein Elektronenmikroskop im Weltraum?

Im Allgemeinen ziehen wir es vor, Proben zur Analyse zur Erde zu schicken. Es gibt viele Vorteile: keine Notwendigkeit, Instrumente in den Orbit zu transportieren, viel Stauraum/Zeit/Personal/Ausrüstung für die Analyse und einfachere Modifikation oder Erweiterung von Experimenten. Wenn Instrumente in den Weltraum gebracht werden, geschieht dies typischerweise aus einer der folgenden Gründe:

• Es misst etwas an diesem bestimmten Ort (z. B. Strahlung, Bilder einer Planetenoberfläche), das nicht "zurückgebracht" werden kann.
• Es wird für oder von den Astronauten benötigt (z. B. Biotelemetrie, Überwachung der Kabinenbedingungen).
• Es misst den zeitlichen Verlauf eines Phänomens (z. B. Zellwachstum, Astronautengewicht).
• Eine Probe würde bei ihrer Rückkehr zur Erde verändert oder zerstört werden (z. B. Flüssigkeitsexperimente).

Skylab hatte ein tragbares optisches Mikroskop. Es wurde verwendet, um das Wachstum von Bakterien und Pilzen im Weltraum, das zytoplasmatische Strömen in Elodea und das Verhalten von Antikörpern in einer schwerelosen Umgebung zu untersuchen. Bei einigen Experimenten war eine Kamera am Mikroskop angebracht.

Es gibt Hinweise auf Mikroskope im Spacelab -Modul an Bord des Space Shuttles. Es werden jedoch nicht genügend Details angegeben, um die Arten dieser Instrumente zu bestimmen.

Die Internationale Raumstation hatte eine Vielzahl von Mikroskopen an Bord. Eines ist ein ziemlich traditionelles optisches Zielfernrohr:

Das Saibo Rack (Saibo) [JAXA] ist ein Mehrzweck-Rack, das aus zwei Hauptteilen besteht, der Clean Bench (CB) und der Cell Biology Experiment Facility (CBEF). Der Hauptzweck des Saibo Racks ist die Unterstützung von Zellkultur-, Pflanzenkultur- und Mausprojekten in einer Reihe von Bio- und Biowissenschaften. Das CB ist eine sterilisierte Glovebox, die mit einem Phasenkontrastmikroskop ausgestattet ist. Das Mikroskop verfügt über verschiedene Modi: Hellfeld-, Phasenkontrast- und Fluoreszenzmikroskop, und das Objektiv kann zwischen vier Vergrößerungsstufen umgeschaltet werden.

Ein zweites ist ein anspruchsvolleres Fluoreszenzmikroskop:

Das JAXA Microscope Observation System (Fluorescence Microscope) [JAXA] befindet sich im MSPR oder im Kabinenbereich. Es ist ein inverses Fluoreszenzmikroskop, ein Leica DMI 6000B. Es verfügt über 6 verschiedene Objektive mit einer monochromen CCD-Kamera. Das Mikroskop ist mit einer LED-Beleuchtungseinheit ausgestattet und kann Zeitraffer-Videomikroskopie durchführen. Es ist auch mit einer Tischheizung (bis zu 40 °C) ausgestattet, um die Zellkulturbeobachtung zu ermöglichen. Das Fluoreszenzmikroskop wird vom Boden aus gesteuert und ferngesteuert, sobald die Proben von der Bordbesatzung darin platziert werden. Es wurde für Biologie (Zellkulturen und Fischlarven) und Pflanzenexperimente an Bord der ISS/Kibo verwendet.

Ein drittes ist ein optisches Mikroskop, das hauptsächlich zum Beobachten von Flüssigkeiten entwickelt wurde, obwohl es für andere Zwecke verwendet wurde:

Fluids Integrated Rack (FIR) [NASA] ist eine Forschungseinrichtung für Fluidphysik für mehrere Benutzer, die entwickelt wurde, um eine Vielzahl von Fluidexperimenten in Mikrogravitation aufzunehmen und abzubilden. [...] Eine weitere Komponente des FIR, die selbst als Mehrzweckeinrichtung gilt, ist das Light Microscopy Module (LMM) [NASA], ein bodengesteuertes, automatisiertes Mikroskop, das eine flexible Bildgebung (Hellfeld, Dunkelfeld, Phasenkontrast) ermöglicht , etc.) sowohl für physikalische als auch für biologische Experimente.

Quelle: Einrichtungen der Internationalen Raumstation: Forschung im Weltraum 2017 und darüber hinaus

Ein konfokales/3D-Oszilloskop , das im April 2018 auf den Markt gebracht wurde, kommt dem, was Sie suchen, möglicherweise am nächsten:

Je nach Probe bietet Microscopy SpaceLab auch auswählbare spezialisierte Techniken zur Verbesserung des Probenkontrasts oder zur Hervorhebung spezifischer Strukturen unter Verwendung von Polarisation, Differential Interference Contrast (DIC) oder 3D-Funktionen in mehreren Beleuchtungsmodi. Mikroskopie SpaceLab ist mit 8 wählbaren Objektiven mit 2- bis 100-facher Vergrößerung, 7 wählbaren Laseranregungswellenlängen und einer Reihe von dichroitischen und Emissionsfiltern ausgestattet, um eine Vielzahl von Fluoreszenzbildgebungsoptionen zu ermöglichen. Die konfokale Funktionalität wird mit wählbaren Laserbeleuchtungsoptiken und Lochblendensystemen implementiert, die denselben wissenschaftlichen Kamerasensor wie die anderen Betriebsmodi verwenden, wodurch ein kompakter Formfaktor beibehalten wird. Zusätzlich,

Im Juli 2018 wurden zwei weitere Standard-Oszilloskope hinzugefügt:

Die NanoRacks-Mikroskope-Einrichtung umfasst handelsübliche optische und Reflexionsmikroskope. NanoRacks-Mikroskope verwenden Plug-and-Play-USB-Technologie und ermöglichen den Besatzungsmitgliedern, Bilder von Proben der Internationalen Raumstation (ISS) im Orbit zu analysieren und digital zu übertragen.

Alle ISS-Zielfernrohre haben bildgebende Sensoren verwendet. Keiner verwendet geladene Teilchen. Das Microscopy SpaceLab ist das einzige Scanning-Oszilloskop. Obwohl sie alle ziemlich fortschrittliche optische Mikroskope sind, würde keines als Elektronenmikroskop betrachtet werden.

Die Antwort auf diese Frage hat sich vor einigen Tagen geändert. Cygnus NG-13 brachte im Februar 2020 ein Voxa Mochii -Rasterelektronenmikroskop in Koffergröße zur ISS.

Siehe auch GeekWires From the garage to the space station: Voxas Mochii-Elektronenmikroskop wird hoch hinaus

Ein Elektronenmikroskop an Bord der Station zu haben – und es für den Fernzugriff anzuschließen, damit erdgebundene Experten die Daten überprüfen könnten – würde eine solche Detektivarbeit rationalisieren. Es könnte auch neue Grenzen in der Weltraumwissenschaft und -technik eröffnen, wie z. B. die Überwachung der Luftqualität der Raumstation, die Analyse biologischer Proben, die Vor-Ort-Qualitätskontrolle für fortschrittliche Materialien oder Proteinkristalle, die auf der Raumstation hergestellt wurden, und deren Nutzung Ressourcen auf Mond und Mars.

Das Mochii-Oszilloskop verfügt über einen eingebauten PVD-Metallbeschichter (für nichtleitende Proben) und elektronendispersive Spektroskopie-Funktionen.

Zusätzlich NASA-Poster: https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2019/eposter/3238.pdf

Sowohl die Rosetta - Mission als auch der Mars-Phoenix-Lander hatten Atomkraftmikroskope an Bord. Diese verwenden eine sehr scharfe Spitze und eine empfindliche Kraftmessung, um die Wechselwirkung zwischen der Spitze und der Oberfläche des gewünschten Objekts zu erkennen. Sie fallen im Allgemeinen in die von Ihnen erwähnte SPM-Kategorie. Das Rosetta-Instrument wurde verwendet, um Kometen- und Intrasonnenstaub zu untersuchen, und das Phoenix-Instrument wurde verwendet, um Marsstaub zu untersuchen. Weitere Informationen über das Rosetta-Instrument (mit dem Namen MIDAS) finden Sie unter dieser Frage .

Der Vorteil von AFMs besteht darin, dass sie ziemlich klein sind und wenig Strom benötigen (MIDAS verwendete 7,4 W).