Как марсоходът Perseverance на НАСА ще търси живот на Марс

Когато марсоходът Perseverance на НАСА стартира това лято, той ще се изправи пред една от най-амбициозните мисии във всеки проект за изследване на космоса досега: Да търси доказателства за живот на Марс. Ако някога е имало живот на Марс, почти сигурно е, че сега няма - така че как да търсите доказателства за нещо на милиарди години на друга планета?

Отговорът включва най-тежкия марсоход, изпращан някога на друга планета, пресъхнало езерно корито, което е на милиони години, и супермощен лазер, който изпарява проби от 20 фута разстояние. Разговаряхме с двама експерти на НАСА по Марс, за да разберем повече.

Кратка история на Марс

Марс днес е студена, безплодна планета с много тънка атмосфера, която е негостоприемна за живот. Но преди милиарди години това е било съвсем различно място, покрито с повърхностни води и вероятно дори с огромен океан, простиращ се в северното му полукълбо. Тези фактори означават, че някога е можело да е домакин на живот.

„Това, което знаем е, че е имало изобилие от вода на повърхността на Марс в далечното му минало“, Кейти Стак Морган, изследовател по марсианска геология в лабораторията за реактивни двигатели на НАСА, казах. „Имаме изобилие от доказателства за това в... минерали, които наблюдаваме на повърхността, земните форми, които виждаме, долинни мрежи, издълбани в повърхността на Марс, присъствието на тези делти в древни кратерни езерни басейни. Ние знаем това вода имаше на повърхността.”

Това знание води до други изводи, като например, че температурата на повърхността трябва да е била по-топла, тъй като днес е твърде студено, за да съществува вода непрекъснато като течност на повърхността. Това също предполага, че Атмосферата на Марс вероятно е била по-плътна и по-богата отколкото е днес.

Има известен дебат колко точно време е била водата на повърхността, но учените са съгласни, че за какво е била там Стак Морган описан като „геоложки значими периоди от време“.

А където има течна вода, има потенциал за съществуване на живот.

Как може да е изглеждал животът на Марс?

Изследователите внимателно подчертават, че търсят живот, какъвто го познаваме - защото би било невъзможно да търсим нещо напълно непознато. Но има основателни причини да се предположи, че ако имаше живот на Марс, той би бил поне сравнително подобен на живота тук на Земята.

„Има променливост на микробния живот тук на Земята,“ Стак Морган в зависимост от фактори на околната среда като влажност, температури, надморска височина и много други. „Но една от причините да очакваме животът, ако е съществувал на Марс, да бъде поне разпознаваем, е, че доколкото както виждаме, типовете настройки на Марс някога са били много подобни на видовете настройки, които имаме Земята."

Знаем, че на Марс е имало езера, точно като тези на Земята, както и елементи като делти и планини. Знаем, че има органични молекули на Марс, които биха могли да бъдат създадени от живота, но биха могли да възникнат и от други природни процеси. В някакъв момент от историята на планетата може да е било така не толкова различни от Земята днес.

„Имаме всички основания да вярваме, че микробите, ако съществуваха на Марс, биха се адаптирали по същия начин, по който микробите на Земята са се адаптирали“, каза Стак Морган. „Доколкото ни е известно, имахме същите съставки за живот на Марс, както тук на Земята. Така че това създава увереност, че ако животът на Марс някога е съществувал, ние щяхме да го разпознаем.

Как изглежда доказателство за живот

И така, как да забележим нещо, което някога може да е било живо?

За съжаление, „няма трикодер“, Лутър Бийгъл, главен изследовател на SHERLOC (Сканиране на обитаеми Среди с Raman и Luminescence for Organics and Chemicals) инструмент на марсохода Perseverance, каза. „Няма нещо, което можете да посочите нещо и да кажете: „О, има живот“. Това е много информация, през която трябва да преминете, за да разгледате всичко заедно и да стигнете до научно заключение.“

„Търсим това, което наричаме потенциални биосигнатури“, обясни Бийгъл. „На което и да е тяло в слънчевата система, освен ако нещо не ви маха, не съм сигурен дали можете да го наречете живот или не. Имаме сериозен научен дебат в тази общност за това какво е животът и как го откривате.

Би било лесно да се открият в момента живи общности от микроорганизми, като например бактериални подложки. Но е много малко вероятно да открием живи организми на Марс, така че вместо това учените търсят доказателства, че тези общности може да са съществували в миналото.

„Но е трудно да се каже какви биха били тези общности след два [милиарда] до три милиарда години, престояли на повърхността“, каза Бийгъл. „Така че ни е трудно да знаем какво измерване бихме могли да направим, което да ни позволи да кажем: „Това определено беше живо“.

„Това, което можем да направим, е да кажем: „Това е наистина интересна проба. Има голям шанс това да е било живо преди много време. Трябва да върнем тази проба обратно и да я разгледаме в наземна лаборатория.“ И тогава можете да стигнете до научен консенсус.“

Как да ловуваме извънземна вкаменелост

Когато става въпрос за действително намиране на доказателства в проби, първият и най-очевиден метод е просто да ги потърсите.

„Първият начин, по който търсите признаци на древен живот, е с вашите камери,“ Стак Морган обясни. „Изобразявате терена около вас и търсите това, което наричаме морфологични характеристики - форми и текстури в скалите — които изглеждат необичайни или че може да не са били образувани от физически процеси. И така, най-лесният пример, за който можете да се сетите тук на Земята, е кост на динозавър, по отношение на примери за макроскопични доказателства за живот и харизматична мегафауна.

„Но очакваме търсенето на Марс да изисква повече финес. Тъй като предишните мисии на марсохода не са наблюдавали мегафауна по никакъв начин, така че ако търсим признаци на живот, това вероятно е в микробен мащаб.

Така че, за да разберем как може да изглеждат доказателствата за микробен живот на Марс, можем да погледнем към скалите тук на Земята и как те съхраняват признаци на древен живот. „Ние търсим много фини мащабни форми и текстури в скалите,“ Стак Морган казах. „Но също и неща като скални слоеве, които може би се набръчкват по необичаен начин. Или може би модели, които не бихме очаквали.

Другият начин да търсите признаци на живот е да се съсредоточите върху състава на скалите, особено върху наличието на потенциални органични вещества. Наличието на органика и необичайните скални текстури в комбинация могат да подскажат, че някога там е живял живот.

Тази комбинация от състав и текстура е точно това, което инструментът на Beegle SHERLOC е проектиран да изследва. И за разлика от предишните роувъри, той може да изследва проби, без да разрушава структурата на скалите. „Точно така търсим доказателства за древен живот в нашите собствени скални записи тук, на Земята,“ Стак Морган казах. „И сега можем да направим това на Марс.“

Използване на светлина за анализ на скали

Най-важният инструмент на SHERLOC е неговият спектрометър, който използва светлина, за да види от какво е направена пробата. „Освещаваш нещо със светлина и гледаш дължината на вълната на светлината, която то излъчва, което ти казва какъв цвят е то“, обясни Бийгъл. „И като погледнете този цвят, можете да кажете нещо за пробата.“

Има много различни видове спектроскопия, като лазерно индуцираната спектроскопия на пробив, извършена от инструмента SuperCam на Perseverance, при който високомощен лазер изпарява проба и анализира отделените съединения. Но за да търсите доказателства за живот, трябва да търсите в по-малък мащаб и за предпочитане да използвате неразрушителен метод, така че не е нужно да унищожавате проба, за да я анализирате.

SHERLOC използва неразрушителен метод, наречен раманова спектроскопия. „При рамановата спектроскопия можете да кажете дали нещо е аминокиселина, дали е карбонат, дали е въглен или нещо друго“, обясни Бийгъл. SHERLOC може също така да извършва флуоресцентна спектроскопия, която може да открие наличието на органични молекули.

Използвани заедно, тези методи могат да дадат информация за дадена проба, като например дали е органична, дали се е образувала в течна среда, дали е била при висока температура и т.н. Данните SHERLOC могат също да се комбинират с данни от други инструменти на Perseverance като PIXL (Планетарен инструмент за Рентгенова литохимия) или камерите на Mastcam-Z, за да дадат по-пълна картина на състава на дадена проба на.

Особено ценни за изследване са седиментните скали, които се образуват на слоеве във времето. Ако Perseverance успее да намери и анализира такава проба, потенциално би могъл да види как околната среда на Марс се е развивала в продължение на хиляди години - и дори може да хвърли поглед на нещо като карбонатен слой в група базалтови слоеве, което предполага, че нещо рядко и важно се е случило в определен момент в региона история.

Избор на място за кацане

За да търсите признаци на живот, ще е подходящо не само всяко място на Марс. НАСА избра специално кратера Jezero за търсене, тъй като той има специфични характеристики, които го правят най-вероятното място, което сме открили досега, за да има запазени доказателства за живот.

„Jezero е много специално място на Марс“ Стак Морган каза, поради наличието на делта там. „Има стотици древни кратерни басейни, за които хората смятат, че са имали езера, включително кратера Гейл [където марсоходът Curiosity в момента изследва]. Но не във всеки кратер има запазена делта. Делтата е земната форма, образувана, когато една река се отваря в голям басейн и отлага своите утайки.

Делта предоставя допълнителни доказателства, че някога е имало вода на мястото и означава, че ще има интересни скали за изследване.

„Това, което прави Jezero много специално е, че има входна долина, където водата се влива, но това, което го прави почти уникален, е наличието на изходна долина,“ - каза Стак Морган. „Това е просто, фино нещо, но е забележително колко важно е това, защото ако имате входна долина, знаете, че водата трябва да потече вътре. Но ако имате изходяща долина, знаете, че водата трябва да се напълни до нивото на изходящата долина.“

Ако едно езеро беше плитко, то можеше да пресъхне периодично и нямаше да бъде гостоприемно за живот. Но ако едно езеро беше достатъчно дълбоко, за да бъде неподвижно водно тяло за дълго време, това би било много по-вероятно място за развитие и утвърждаване на живот.

„Jezero има не само земната форма, която ни показва, че там е имало вода, но имаме и доказателства, че целият кратер се е запълнил,“ - каза Стак Морган. „Това помага да увеличим увереността си, че Jezero е добро място за търсене на живот, по начин, по който други места, включително Gale, са малко повече хазарт.“

Друго нещо, което прави Jezero уникален, са минералите, които можем да наблюдаваме там. „Кратерът Jezero е единственият от тези древни кратерни езерни басейни, който има карбонатни минерали,“ Стак Морган казах. Карбонатите на Земята формират структурната основа на вкаменелостите и се намират в коралови рифове, като Големия бариерен риф в Австралия. Намирането им в езерен басейн на Марс може да означава същото.

Не само присъстват карбонати - те също са разположени около вътрешния ръб на кратера, където езерото би било плитко, където бихме очаквали да ги намерим. Карбонатите са „наистина добри в запазването на доказателства за живота“, Стак Морган казах. „Така че, ако трябва да изберете място на Марс, където да отидете да търсите живот, ще отидете до карбонатния вътрешен пръстен на плитка езерна среда“ — точно това предлага кратерът Jezero.

Връщане на проби на Земята

Въпреки че обществеността често има идеята за магическа машина, която може незабавно да анализира проби и да види от какво са направени, à la CSI, реалността е, че процесът на анализ на пробите отнема много време и се състои от много стъпки, които трябва да бъдат старателни последван. Не е възможно да свиете цял набор от инструменти за анализ в малкото пространство, налично на роувър - някои от инструментите са с размер на къща, а наличното пространство на марсохода е с размерите на кутия за обувки - така че, за да разберем наистина от какво се състои марсианската проба, трябва да я върнем обратно Земята.

Ето защо следващата стъпка в търсенето на живот на Марс след Perseverance е a примерна мисия за връщане, в който един или повече космически кораби са изпратени на Марс, за да съберат пробите от скали и почва, събрани от Perseverance, и да ги върнат на Земята.

„Ако ще търсите живот, мисията за връщане на проби е важна следваща стъпка“, каза Бийгъл. „Тъй като ви позволява да върнете проба, можете да я поставите в лаборатория, знаете малко за нея и след това можете да планирате всичко оттам.

„Това, което прави всяка космическа мисия, е да приеме какво ще откриете там – и така проектирате вашите инструменти. Но с връщането на пробата можете да я върнете обратно, идентифицирате малко повече за пробата, използвате много неразрушаващи технологии като компютърна томография и рентгенова томография и разбирате повече за пробата, така че да можете да приспособите експериментите си към това, което пробата е.

„Така че връщането на проба е наистина ценно и наистина важно... Жизненоважно е за въпроса дали е съществувал живот на Марс или не. Не знам как бихте го направили без него“, добави Бийгъл.

Ловът започва това лято

Марсоходът Perseverance трябва да бъде изстрелян това лято, известно време в период от две седмици и половина, започващ на 17 юли. Той трябва да кацне на Марс на 18 февруари и оттам може да започне да изследва заобикалящата го среда и да взема проби и може би дори да намери доказателства, че Земята не е единствената планета, на която е имало живот.

Препоръки на редакторите

• Космологично пътуване: сложната логистика на изпращането на хора на Марс
• Усъвършенстване на задвижването: Как ще отведем хората до Марс
• Електроцентрали на други планети: Как ще генерираме електричество на Марс
• Събиране на хидратация: Как бъдещите заселници ще създават и събират вода на Марс
• Астроземеделие: Как ще отглеждаме култури на Марс