كيف سيبحث المسبار المتجول التابع لناسا عن الحياة على المريخ

عندما يتم إطلاق مركبة Perseverance الجوالة التابعة لناسا هذا الصيف ، فإنها ستواجه واحدة من أكثر المهام طموحًا في أي مشروع لاستكشاف الفضاء حتى الآن: للبحث عن دليل على الحياة على المريخ. إذا كانت هناك حياة على كوكب المريخ ، فمن شبه المؤكد أنها ليست موجودة الآن - فكيف يمكنك البحث عن دليل لشيء عمره مليارات السنين على كوكب آخر؟

تتضمن الإجابة أثقل مركبة فضائية على الإطلاق تم إرسالها إلى كوكب آخر ، وبحيرة جافة عمرها ملايين السنين ، وشعاع ليزر فائق القوة يبخر العينات من على بعد 20 قدمًا. تحدثنا إلى اثنين من خبراء المريخ في وكالة ناسا لمعرفة المزيد.

تاريخ موجز للمريخ

كوكب المريخ اليوم هو كوكب بارد وقاحل بجو رقيق للغاية وغير مضياف للحياة. لكن منذ بلايين السنين ، كان مكانًا مختلفًا تمامًا ، مغطى بالمياه السطحية وربما حتى أنه يضم محيطًا هائلاً ينتشر عبر نصف الكرة الشمالي. هذه العوامل تعني أنه كان من الممكن أن يكون قد استضاف الحياة.

"ما نعرفه هو أنه كان هناك مياه وفيرة على سطح المريخ في ماضيه البعيد ،" كاتي ستاك مورغان ، الباحث في جيولوجيا المريخ في مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا ، قال. "لدينا أدلة وفيرة على ذلك في... المعادن التي نلاحظها على السطح ، تتشكل الأرض التي نراها ، و شبكات الوادي محفورة في السطح المريخ ، وجود هذه الدلتا في أحواض بحيرة فوهة البركان القديمة. نحن نعرف ذلك كان الماء هناك على السطح.”

تؤدي هذه المعرفة إلى استنتاجات أخرى مثل أن درجة حرارة السطح يجب أن تكون أكثر دفئًا ، حيث إنه اليوم بارد جدًا بحيث لا يمكن للماء أن يتواجد بشكل مستمر كسائل على السطح. كما يقترح ذلك من المحتمل أن يكون الغلاف الجوي للمريخ أكثر سمكًا وثراءً مما هو عليه اليوم.

هناك بعض الجدل حول المدة التي بقيت فيها المياه على السطح بالضبط ، لكن العلماء يتفقون على أنها كانت موجودة من أجل ماذا ستاك مورغان وصفت بأنها "فترات زمنية مهمة من الناحية الجيولوجية."

وحيثما يوجد ماء سائل ، هناك احتمال لوجود الحياة.

كيف يمكن أن تبدو الحياة على المريخ؟

يحرص الباحثون على التأكيد على أنهم يبحثون عن الحياة كما نعرفها - لأنه سيكون من المستحيل البحث عن شيء غير مألوف تمامًا. ولكن هناك أسباب وجيهة لافتراض أنه إذا كانت هناك حياة على المريخ ، فستكون على الأقل مشابهة للحياة هنا على الأرض.

"هناك تنوع في الحياة الميكروبية هنا على الأرض ،" ستاك مورغان قال ، اعتمادًا على العوامل البيئية مثل الرطوبة ودرجات الحرارة والارتفاع والعديد من العوامل الأخرى. "ولكن أحد الأسباب التي تجعلنا نتوقع أن تكون الحياة ، إذا كانت موجودة على المريخ ، على الأقل قابلة للتمييز ، هي أن كما نرى ، كانت أنواع الإعدادات على كوكب المريخ ذات يوم مشابهة جدًا لأنواع الإعدادات التي لدينا أرض."

نحن نعلم أن هناك بحيرات على سطح المريخ ، تمامًا مثل تلك الموجودة على الأرض ، بالإضافة إلى ميزات مثل الدلتا والجبال. نحن نعلم أن هناك الجزيئات العضوية على المريخ، والتي يمكن أن تخلقها الحياة ولكن يمكن أن تكون قد نشأت أيضًا من عمليات طبيعية أخرى. في مرحلة ما من تاريخ الكوكب ، ربما كان الأمر كذلك لا يختلف كثيرا عن الأرض اليوم.

قال ستاك مورغان: "لدينا كل الأسباب للاعتقاد بأن الميكروبات ، إذا كانت موجودة على المريخ ، ستتكيف بنفس الطريقة التي تكيفت بها الميكروبات على الأرض". "بقدر ما نعلم ، كان لدينا نفس مكونات الحياة على المريخ كما لدينا هنا على الأرض. وهذا يخلق الثقة بأنه إذا كانت الحياة على المريخ موجودة من قبل ، فسنتعرف عليها ".

كيف تبدو أدلة الحياة

إذن كيف نكتشف شيئًا ربما كان على قيد الحياة في يوم من الأيام؟

لسوء الحظ ، "لا يوجد ترتيب ثلاثي" ، لوثر بيجل ، المحقق الرئيسي في SHERLOC (Scanning Habitable البيئات مع أداة Raman و Luminescence للمواد العضوية والكيماوية) على عربة المثابرة. "لا يوجد شيء يمكنك أن تشير إلى شيء ما وتقول ،" أوه ، هناك حياة. "هناك الكثير من المعلومات التي يجب عليك الخوض فيها ، للنظر في كل شيء معًا والتوصل إلى استنتاج علمي."

أوضح بيجل: "نحن نبحث عن ما نسميه التوقيعات الحيوية المحتملة". "على أي جسم في النظام الشمسي ، ما لم يكن هناك شيء يلوح لك ، لست متأكدًا مما إذا كان بإمكانك تسميتها حياة أم لا. لدينا نقاش علمي جاد في هذا المجتمع حول ماهية الحياة وكيف تكتشفها ".

سيكون من السهل اكتشاف مجتمعات الكائنات الحية الدقيقة الحية حاليًا مثل الحصائر البكتيرية. ولكن من غير المحتمل جدًا أن نجد كائنات حية حاليًا على سطح المريخ ، لذلك يبحث العلماء بدلاً من ذلك عن دليل على أن هذه المجتمعات ربما كانت موجودة في الماضي.

قال بيجل: "لكن من الصعب أن نقول كيف ستكون هذه المجتمعات بعد 2 [مليار] إلى ثلاثة مليارات سنة من الجلوس على السطح". "لذلك من الصعب علينا معرفة القياس الذي يمكننا اتخاذه والذي سيمكننا من القول:" كان هذا بالتأكيد على قيد الحياة ".

"ما يمكننا فعله هو أن نقول ،" هذه عينة مثيرة للاهتمام حقًا. هناك فرصة جيدة أن هذا كان على قيد الحياة منذ وقت طويل. يجب أن نعيد هذه العينة وننظر إليها في مختبر أرضي. "وبعد ذلك يمكنك التوصل إلى إجماع علمي."

كيف تصطاد أحفورة غريبة

عندما يتعلق الأمر بتحديد مكان الأدلة في العينات ، فإن الطريقة الأولى والأكثر وضوحًا هي ببساطة البحث عنها.

"الطريقة الأولى التي تبحث بها عن علامات الحياة القديمة هي باستخدام الكاميرات ،" ستاك مورغان شرح. "أنت تصور التضاريس من حولك وتبحث عن ما نسميه السمات المورفولوجية - الأشكال و القوام في الصخور - التي تبدو غير عادية أو ربما لم تتشكل بفعل مادي العمليات. لذا ، فإن أسهل مثال يمكن أن تفكر فيه هنا على الأرض هو عظام ديناصور ، من حيث أمثلة الأدلة العيانية على الحياة والحيوانات الضخمة الجذابة.

لكننا نتوقع أن يتطلب البحث على كوكب المريخ مزيدًا من الدقة. نظرًا لأن بعثات روفر السابقة لم ترصد الحيوانات الضخمة بأي شكل من الأشكال ، لذلك إذا كنا نبحث عن علامات على الحياة ، فمن المحتمل أن تكون على نطاق ميكروبي ".

حتى نفهم ما قد يبدو عليه الدليل على الحياة الميكروبية على المريخ ، يمكننا أن ننظر إلى الصخور هنا على الأرض وكيف تحافظ على علامات الحياة القديمة. "نبحث عن أشكال وأنسجة متدرجة رفيعة جدًا في الصخور ،" ستاك مورغان قال. ولكن أيضًا أشياء مثل طبقات الصخور ، والتي ربما تتجعد بطريقة غير عادية. أو ربما أنماطًا لا نتوقعها ".

الطريقة الأخرى للبحث عن علامات الحياة هي التركيز على تكوين الصخور ، وخاصة وجود المواد العضوية المحتملة. يمكن أن يشير وجود المواد العضوية والقوام الصخري غير المعتاد إلى أن الحياة كانت تعيش هناك مرة واحدة.

هذا المزيج من التركيب والملمس هو بالضبط ما صُممت أداة Beegle SHERLOC للتحقيق فيه. وعلى عكس المركبات الجوالة السابقة ، يمكنها فحص العينات دون إتلاف نسيج الصخور. "هذا هو بالضبط كيف نبحث عن دليل على الحياة القديمة في سجل الصخور لدينا هنا على الأرض ،" ستاك مورغان قال. "ويمكننا الآن القيام بذلك على المريخ."

استخدام الضوء لتحليل الصخور

أهم أداة في SHERLOC هي مقياس الطيف ، الذي يستخدم الضوء لمعرفة ما تتكون العينة. أوضح بيجل: "أنت تسلط ضوءًا على شيء ما وتنظر إلى الطول الموجي للضوء الذي ينبعث منه ، والذي يخبرك ما هو لونه". "وبالنظر إلى هذا اللون ، يمكنك معرفة شيء عن العينة."

هناك العديد من الأنواع المختلفة من التحليل الطيفي ، مثل التحليل الطيفي للانهيار الناجم عن الليزر والذي يتم إجراؤه بواسطة أداة Perseverance's SuperCam ، حيث يعمل الليزر عالي الطاقة على تبخير العينة ويحلل المركبات المنبعثة. ولكن للبحث عن دليل على الحياة ، فأنت بحاجة إلى النظر على نطاق أصغر ويفضل استخدام طريقة غير مدمرة ، حتى لا تضطر إلى تدمير عينة لتحليلها.

تستخدم شيرلوك طريقة غير مدمرة تسمى مطيافية رامان. أوضح بيجل: "في التحليل الطيفي لرامان ، يمكنك معرفة ما إذا كان الشيء عبارة عن حمض أميني ، أو ما إذا كان كربونات ، أو ما إذا كان فحمًا ، أو أي شيء آخر". يمكن لـ SHERLOC أيضًا إجراء التحليل الطيفي الفلوري ، والذي يمكنه اكتشاف وجود الجزيئات العضوية.

عند استخدامها معًا ، يمكن لهذه الطرق تقديم معلومات حول عينة مثل ما إذا كانت عضوية ، وما إذا كانت قد تشكلت في بيئة سائلة ، وما إذا كانت في درجة حرارة عالية ، وما إلى ذلك. يمكن أيضًا دمج بيانات SHERLOC مع البيانات من أدوات المثابرة الأخرى مثل PIXL (أداة الكواكب لـ أشعة X-ray Lithochemistry) أو الكاميرات الموجودة على Mastcam-Z لإعطاء صورة أكثر اكتمالاً لما تتكون منه أي عينة معينة ل.

تعتبر الصخور الرسوبية ذات قيمة خاصة للدراسة والتي تتكون في طبقات بمرور الوقت. إذا تمكنت المثابرة من العثور على مثل هذه العينة وتحليلها ، فمن المحتمل أن ترى كيف تطورت البيئة على المريخ على مدى آلاف السنين - وقد تحصل حتى على لمحة عن شيء مثل طبقة الكربونات داخل مجموعة من الطبقات البازلتية ، مما قد يشير إلى حدوث شيء نادر ومهم في وقت معين في المنطقة تاريخ.

اختيار مكان الهبوط

للبحث عن علامات الحياة ، لن تفعل أي بقعة على المريخ فقط. اختارت وكالة ناسا على وجه التحديد فوهة جيزيرو للبحث ، نظرًا لأنها تحتوي على ميزات معينة تجعلها الموقع الأكثر احتمالية الذي اكتشفناه حتى الآن للاحتفاظ بأدلة الحياة.

"Jezero مكان خاص جدًا على سطح المريخ ،" ستاك مورغان قال لوجود دلتا هناك. "هناك المئات من أحواض الحفرة القديمة التي يعتقد الناس أنها تحتوي على بحيرات ، بما في ذلك Gale Crater [حيث تستكشف المركبة Curiosity حاليًا]. لكن ليس كل حفرة بها دلتا محفوظة. الدلتا هي شكل الأرض الذي يتم إنتاجه عندما ينفتح نهر على حوض كبير ويترسب رواسبه ".

تقدم الدلتا دليلاً آخر على أن المياه كانت موجودة في الموقع مرة واحدة ، وتعني أنه ستكون هناك صخور مثيرة للاهتمام لاستكشافها.

"ما يجعل Jezero أيضًا مميزًا للغاية هو أنه يحتوي على وادي مدخل حيث تتدفق المياه فيه ، ولكن ما يجعله فريدًا تقريبًا هو وجود وادي مخرج ،" قال ستاك مورغان. "إنه أمر بسيط ودقيق ، ولكن من اللافت للنظر مدى أهمية ذلك ، لأنه إذا كان لديك وادي مدخل ، فأنت تعلم أن المياه يجب أن تتدفق. ولكن إذا كان لديك منفذ في الوادي ، فأنت تعلم أن المياه يجب أن تملأ حتى مستوى وادي المخرج ".

إذا كانت البحيرة ضحلة ، فقد تجف بشكل متقطع ولن تكون مضيافة للحياة. ولكن إذا كانت البحيرة عميقة بما يكفي لتكون مسطحًا مائيًا ثابتًا لفترة طويلة ، فسيكون هذا مكانًا أكثر احتمالية لتطور الحياة وترسيخها.

"جيزيرو ليس لديها فقط شكل الأرض الذي يوضح لنا وجود المياه هناك ، ولكن لدينا أيضًا دليل على أن الحفرة بأكملها امتلأت ،" قال ستاك مورغان. "هذا ما يساعد على زيادة ثقتنا بأن Jezero مكان جيد للبحث عن الحياة ، بطريقة تجعل الأماكن الأخرى بما في ذلك Gale أكثر من مجرد مقامرة."

الشيء الآخر الذي يجعل Jezero فريدًا هو المعادن التي يمكننا ملاحظتها هناك. "Jezero Crater هو الوحيد من أحواض بحيرة فوهة البركان القديمة التي تحتوي على معادن كربونات ،" ستاك مورغان قال. تشكل الكربونات الموجودة على الأرض الأساس الهيكلي للحفريات وتوجد في الشعاب المرجانية ، مثل الحاجز المرجاني العظيم في أستراليا. يمكن أن يشير العثور عليهم في حوض بحيرة على المريخ إلى نفس الشيء.

ليس فقط الكربونات موجودة - إنها موجودة أيضًا تقع حول الحافة الداخلية للحفرة، حيث كانت البحيرة ضحلة ، وهذا هو المكان الذي نتوقع أن نجدهم فيه. الكربونات "جيدة حقًا في الحفاظ على الأدلة من أجل الحياة" ، ستاك مورغان قال. "لذلك إذا كان عليك اختيار مكان على المريخ للبحث عن الحياة ، فستذهب إلى الحلقة الداخلية الكربونية لبيئة بحيرة ضحلة" - وهو بالضبط ما تقدمه Jezero Crater.

إعادة العينات إلى الأرض

على الرغم من أن الجمهور غالبًا ما يكون لديه فكرة عن آلة سحرية يمكنها تحليل العينات فورًا ومعرفة مكوناتها ، à la CSI ، الحقيقة هي أن عملية تحليل العينة تستغرق وقتًا طويلاً وتتكون من العديد من الخطوات التي يجب أن تكون مضنية يتبع. ليس من الممكن تقليص مجموعة كاملة من أدوات التحليل إلى المساحة الصغيرة المتوفرة في العربة الجوالة - فبعض الأدوات بحجم المنزل ، والمساحة المتوفرة في العربة الجوالة هي حجم صندوق الأحذية - حتى نفهم حقًا ما تتكون منه عينة المريخ ، نحتاج إلى إعادتها إلى أرض.

هذا هو السبب في أن الخطوة التالية في البحث عن الحياة على المريخ بعد المثابرة هي مهمة عودة العينة، بحيث مركبة فضائية واحدة أو أكثر يتم إرسالها إلى المريخ لجمع عينات من الصخور والتربة التي جمعتها المثابرة وإعادتها إلى الأرض.

قال بيجل: "إذا كنت ستبحث عن الحياة ، فإن عينة مهمة العودة هي الخطوة التالية الأساسية". "لأنه يسمح لك بإحضار عينة ، يمكنك وضعها في المختبر ، وأنت تعرف القليل عنها ، وبعد ذلك يمكنك التخطيط لكل شيء من هناك.

"ما تفعله كل مهمة فضائية هو افتراض ما ستعثر عليه هناك - وهذه هي الطريقة التي تصمم بها أجهزتك. ولكن مع إرجاع العينة ، يمكنك استعادتها ، وتحديد المزيد عن العينة ، واستخدام الكثير من العناصر غير المدمرة تقنيات مثل التصوير المقطعي المحوسب والتصوير المقطعي بالأشعة السينية ، وستفهم المزيد عن العينة حتى تتمكن من تكييف تجاربك وفقًا لما العينة.

"لذا فإن إرجاع العينة أمر مهم حقًا ، ومهم حقًا... إنه أمر حيوي لمسألة ما إذا كانت الحياة موجودة على المريخ أم لا. وأضاف بيغل ، "لا أعرف كيف كنت ستفعل ذلك بدونها".

المطاردة تبدأ هذا الصيف

من المقرر إطلاق عربة المثابرة هذا الصيف ، في وقت ما في فترة أسبوعين ونصف تبدأ في 17 يوليو. يجب أن تهبط على سطح المريخ في 18 فبراير ، ومن هناك يمكن أن تبدأ في استكشاف المناطق المحيطة بها وأخذ العينات ، وربما تجد دليلًا على أن الأرض ليست الكوكب الوحيد الذي استضاف الحياة.

توصيات المحررين

• رحلة كونية: اللوجيستيات الصعبة المتمثلة في وضع الناس على المريخ
• اتقان الدفع: كيف سننقل البشر إلى المريخ
• محطات توليد الطاقة على الكواكب الأخرى: كيف سنولد الكهرباء على كوكب المريخ
• حصاد الماء: كيف سيخلق المستوطنون في المستقبل المياه ويجمعونها على المريخ
• الزراعة الفلكية: كيف سنزرع المحاصيل على المريخ