Hvordan NASA's Perseverance Rover vil søge efter liv på Mars

Når NASA's Perseverance-rover lanceres til sommer, vil den stå over for en af ​​de mest ambitiøse missioner i ethvert rumudforskningsprojekt til dato: At søge efter bevis på liv på Mars. Hvis der nogensinde har været liv på Mars, er der næsten helt sikkert ikke det nu - så hvordan går man på jagt efter beviser for noget milliarder af år gammelt på en anden planet?

Svaret involverer den tungeste rover, der nogensinde er sendt til en anden planet, en udtørret søbund, der er millioner af år gammel, og en superkraftig laser, der fordamper prøver fra 20 fod væk. Vi talte med to NASA Mars-eksperter for at finde ud af mere.

En kort historie om Mars

Mars er i dag en kold, gold planet med en meget tynd atmosfære, der er ugæstfri over for liv. Men for milliarder af år siden var det et meget anderledes sted, dækket af overfladevand og muligvis endda vært for et enormt hav, der spredte sig over dets nordlige halvkugle. Disse faktorer betyder, at det engang kunne have været vært for livet.

"Det, vi ved, er, at der var rigeligt med vand på overfladen af ​​Mars i dens fjerne fortid," Katie Stack Morgan, en forsker i Mars geologi ved NASAs Jet Propulsion Lab, sagde. "Vi har rigelige beviser for det i... mineraler, som vi observerer ved overfladen, de landformer, som vi ser, den dalnetværk skåret ind i overfladen af Mars, tilstedeværelsen af ​​disse deltaer i gamle kratersøbassiner. Vi ved det vand var der ved overfladen.”

Den viden fører til andre slutninger som, at overfladetemperaturen må have været varmere, da det i dag er for koldt til, at vand kan eksistere kontinuerligt som væske på overfladen. Det tyder det også på Mars atmosfære var sandsynligvis tykkere og rigere end det er i dag.

Der er nogen debat om, præcis hvor lang tid vand var på overfladen, men forskerne er enige om, at det var der for hvad Stak Morgan beskrevet som "geologisk betydningsfulde tidsperioder."

Og hvor der er flydende vand, er der potentialet for, at liv har eksisteret.

Hvordan kunne livet på Mars have set ud?

Forskere er omhyggelige med at understrege, at de søger efter livet, som vi kender det - fordi det ville være umuligt at søge efter noget helt ukendt. Men der er gode grunde til at antage, at hvis der var liv på Mars, ville det i det mindste sammenlignes med livet her på Jorden.

"Der er variation af mikrobielt liv her på Jorden," Stak Morgan sagt, afhængigt af miljøfaktorer som fugtighed, temperaturer, højde og mange andre. "Men en af ​​grundene til, at vi forventer, at liv, hvis det eksisterede på Mars, i det mindste er genkendeligt, er, at så vidt som vi kan se, var typerne af indstillinger på Mars engang meget lig den slags indstillinger, vi har på Jorden."

Vi ved, at der var søer på Mars, ligesom dem på Jorden, såvel som funktioner som deltaer og bjerge. Vi ved, at der er organiske molekyler på Mars, som kunne være skabt af liv, men også kunne være opstået fra andre naturlige processer. På et tidspunkt i planetens historie kunne det have været det ikke så forskellig fra Jorden i dag.

"Vi har al mulig grund til at tro, at mikrober, hvis de eksisterede på Mars, ville tilpasse sig på samme måde, som mikrober på Jorden har tilpasset sig," sagde Stack Morgan. »Så vidt vi ved, havde vi de samme ingredienser til livet på Mars, som vi havde her på Jorden. Så det skaber tillid til, at hvis liv på Mars engang eksisterede, ville vi genkende det."

Hvordan ser bevis på liv ud

Så hvordan får vi øje på noget, der måske engang har været i live?

Desværre, "der er ingen tricorder," Luther Beegle, hovedefterforsker af SHERLOC (Scanning Habitable Miljøer med Raman og Luminescence for Organics and Chemicals) instrument på Perseverance rover, sagde. "Der er ikke noget, du kan pege på noget og sige: 'Åh, der er liv'. Det er en masse information, du skal vade igennem, for at se på alt sammen og komme med en videnskabelig konklusion."

"Vi leder efter, hvad vi kalder potentielle biosignaturer," forklarede Beegle. "På enhver given krop i solsystemet, medmindre noget vinker til dig, er jeg ikke sikker på, om du kan kalde det liv eller ej. Vi har en seriøs videnskabelig debat i dette samfund om, hvad liv er, og hvordan du opdager det."

Det ville være let at opdage nulevende mikroorganismesamfund såsom bakteriemåtter. Men det er meget usandsynligt, at vi vil finde nulevende organismer på Mars, så videnskabsmænd leder i stedet efter beviser for, at disse samfund kan have eksisteret i fortiden.

"Men det er svært at sige, hvordan disse samfund ville være efter to [milliarder] til tre milliarder år med at sidde på overfladen," sagde Beegle. "Så det er svært for os at vide, hvilken måling vi kunne tage, der ville gøre os i stand til at sige: 'Dette var bestemt i live'.

"Det, vi kan gøre, er at sige," Dette er en virkelig interessant prøve. Der er en god chance for, at dette har været i live for længe siden. Vi bør bringe denne prøve tilbage og se på den i et jordbaseret laboratorium.’ Og så kan man komme til en videnskabelig konsensus.”

Hvordan man jager et fremmed fossil

Når det kommer til faktisk at lokalisere beviser i prøver, er den første og mest oplagte metode simpelthen at lede efter det.

"Den første måde, du leder efter tegn på gammelt liv, er med dine kameraer," Stak Morgan forklaret. "Du forestiller dig terrænet omkring dig, og du leder efter det, vi kalder morfologiske træk - former og teksturer i klipperne - der virker usædvanlige, eller som de måske ikke er blevet dannet af fysisk processer. Så det nemmeste eksempel, du kunne komme i tanke om her på Jorden, er en dinosaurknogle, hvad angår eksempler på makroskopiske beviser på liv og karismatisk megafauna.

"Men vi forventer, at søgningen på Mars kræver mere subtilitet. Fordi tidligere rovermissioner ikke har observeret megafauna på nogen måde, så hvis vi leder efter tegn på liv, er det sandsynligvis på mikrobiel skala."

Så for at forstå, hvordan beviser for mikrobielt liv på Mars kan se ud, kan vi se på klipperne her på Jorden, og hvordan de bevarer tegn på gammelt liv. "Vi leder efter meget fine skalaformer og teksturer i klipperne," Stak Morgan sagde. »Men også ting som klippelag, der måske krøller på en usædvanlig måde. Eller måske mønstre, som vi ikke ville forvente."

Den anden måde at lede efter tegn på liv er at fokusere på sammensætningen af ​​sten, især tilstedeværelsen af ​​potentielle organiske stoffer. Tilstedeværelsen af ​​organiske stoffer og de usædvanlige stenteksturer i kombination kan tyde på, at livet engang levede der.

Denne kombination af komposition og tekstur er præcis, hvad Beegles instrument SHERLOC blev designet til at undersøge. Og i modsætning til tidligere rovere kan den undersøge prøver uden at ødelægge stenens tekstur. "Det er præcis sådan, vi leder efter beviser for gammelt liv i vores egen rockplade her på Jorden," Stak Morgan sagde. "Og det kan vi nu gøre på Mars."

Brug af lys til at analysere sten

SHERLOCs vigtigste værktøj er dets spektrometer, som bruger lys til at se, hvad en prøve er lavet af. "Du kaster lys på noget, og du ser på bølgelængden af ​​lys, det udsender, som fortæller dig, hvilken farve det er," forklarede Beegle. "Og ved at se på den farve, kan du fortælle noget om prøven."

Der findes mange forskellige typer spektroskopi, såsom laser-induceret nedbrydningsspektroskopi udført af Perseverances SuperCam-instrument, hvor en kraftig laser fordamper en prøve og analyserer de afgivne forbindelser. Men for at søge efter beviser på liv, skal du se i mindre skala og helst bruge en ikke-destruktiv metode, så du ikke behøver at ødelægge en prøve for at analysere den.

SHERLOC bruger en ikke-destruktiv metode kaldet ramanspektroskopi. "I raman-spektroskopi kan du se, om noget er en aminosyre, eller om det er et karbonat, eller om det er et kul eller noget andet," forklarede Beegle. SHERLOC kan også udføre fluorescerende spektroskopi, som kan detektere tilstedeværelsen af ​​organiske molekyler.

Brugt sammen kan disse metoder give information om en prøve, såsom om den er organisk, om den er dannet i et flydende miljø, om den var ved en høj temperatur og så videre. SHERLOC-dataene kan også kombineres med data fra andre Perseverance-instrumenter som PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) eller kameraerne på Mastcam-Z for at give et mere komplet billede af, hvad en given prøve består af af.

Særligt værdifulde til undersøgelse er sedimentære bjergarter, som er dannet i lag over tid. Hvis Perseverance kan finde og analysere en sådan prøve, kan den potentielt se, hvordan miljøet på Mars udviklede sig over tusinder af år - og det kan endda få et glimt af noget som et karbonatlag i en masse basaltiske lag, hvilket tyder på, at noget sjældent og vigtigt skete på et bestemt tidspunkt i regionens historie.

At vælge et landingssted

At gå på jagt efter tegn på liv, vil ikke et hvilket som helst sted på Mars duge. NASA har specifikt valgt Jezero-krateret til søgningen, da det har særlige funktioner, der gør det til det mest sandsynlige sted, vi hidtil har fundet for at have bevaret bevis på liv.

"Jezero er et meget specielt sted på Mars," Stak Morgan sagde, på grund af tilstedeværelsen af ​​et delta der. "Der er hundredvis af gamle kraterbassiner, som folk tror havde søer, inklusive Gale-krateret [hvor Curiosity-roveren i øjeblikket udforsker]. Men ikke hvert krater har et delta bevaret i sig. Et delta er den landform, der dannes, når en flod åbner sig i et stort bassin og aflejrer sit sediment."

Et delta giver yderligere bevis på, at vand engang var på stedet, og betyder, at der vil være interessante klipper at udforske.

"Det, der også gør Jezero meget speciel, er, at den har en indløbsdal, hvor vandet strømmer ind, men det, der gør det næsten unikt, er tilstedeværelsen af ​​en udløbsdal." sagde Stack Morgan. "Det er en simpel, subtil ting, men det er bemærkelsesværdigt, hvor vigtigt det er, for hvis du har en indløbsdal, ved du, at vandet skulle strømme ind. Men hvis du har en udløbsdal, ved du, at vandet skulle fyldes op til niveauet med udløbsdalen.”

Hvis en sø var lavvandet, kunne den have tørret ud med mellemrum og ville ikke have været gæstfri til livet. Men hvis en sø var dyb nok til at være en stående vandmasse i lang tid, ville det være et meget mere sandsynligt sted for liv at udvikle sig og tage fat.

"Jezero har ikke kun landformen, der viser os, at der var vand der, men vi har også beviser for, at hele krateret blev fyldt op," sagde Stack Morgan. "Det er det, der er med til at øge vores tillid til, at Jezero er et godt sted at lede efter livet, på en måde, så andre steder, inklusive Gale, er lidt mere et gamble."

En anden ting, der gør Jezero unik, er de mineraler, som vi kan observere der. "Jezero Crater er det eneste af disse gamle kratersøbassiner, der har karbonatmineraler," Stak Morgan sagde. Karbonater på Jorden danner det strukturelle grundlag for fossiler og findes i koralrev, som Great Barrier Reef i Australien. At finde dem i et søbassin på Mars kunne tyde på det samme.

Ikke kun er karbonater til stede - de er også placeret rundt om kraterets inderkant, hvor søen ville have været lavvandet, hvilket er der, hvor vi ville forvente at finde dem. Carbonater er "virkelig gode til at bevare beviser for livet," Stak Morgan sagde. "Så hvis du skulle vælge et sted på Mars for at søge efter liv, ville du gå til den indre karbonatring af et lavvandet sømiljø" - hvilket er præcis, hvad Jezero-krateret tilbyder.

Får prøver tilbage til Jorden

Selvom offentligheden ofte har ideen om en magisk maskine, der øjeblikkeligt kan analysere prøver og se, hvad de er lavet af, à la CSI, virkeligheden er, at processen med prøveanalyse tager lang tid og består af mange trin, der skal være omhyggeligt fulgte. Det er ikke muligt at krympe en hel række analyseværktøjer til den lille mængde plads, der er tilgængelig på en rover - nogle af instrumenterne er på størrelse med en hus, og den tilgængelige plads på roveren er på størrelse med en skoæske - så for virkelig at forstå, hvad en Mars-prøve består af, er vi nødt til at få den tilbage til Jorden.

Derfor er næste skridt i søgen efter liv på Mars efter Perseverance en prøve returmission, hvori et eller flere rumfartøjer sendes til Mars for at indsamle de prøver af sten og jord, som Perseverance har indsamlet, og returnere dem til Jorden.

"Hvis du vil lede efter livet, er en prøve-returmission et vigtigt næste skridt," sagde Beegle. "Fordi det giver dig mulighed for at bringe en prøve tilbage, kan du lægge den i et laboratorium, du ved lidt om det, og så kan du planlægge alt derfra.

"Hvad enhver rummission gør, er at antage, hvad du vil finde der - og det er sådan, du designer dine instrumenter. Men med prøve retur, kan du bringe det tilbage, du identificerer lidt mere om prøven, du bruger en masse ikke-destruktiv teknologier som CT-scanninger og røntgentomografi, og du forstår mere om prøven, så du kan skræddersy dine eksperimenter til, hvad prøve er.

"Så prøveafkast er virkelig værdifuldt og virkelig vigtigt... Det er afgørende for spørgsmålet om, hvorvidt der eksisterede liv på Mars. Jeg ved ikke, hvordan du ville gøre det uden det," tilføjede Beegle.

Jagten begynder til sommer

Perseverance-roveren er indstillet til at lancere denne sommer, en gang i en periode på to og en halv uge, der begynder den 17. juli. Den skulle lande på Mars den 18. februar, og derfra kan den begynde at udforske dens omgivelser og tage prøver og måske endda finde beviser for, at Jorden ikke er den eneste planet, der har været vært for liv.

Redaktørens anbefalinger

• En kosmologisk pendling: Den vanskelige logistik ved at sætte mennesker på Mars
• Perfektion af fremdrift: Hvordan vi får mennesker til Mars
• Kraftværker på andre planeter: Hvordan vi genererer elektricitet på Mars
• Høsthydrering: Hvordan fremtidige bosættere vil skabe og samle vand på Mars
• Astrolandbrug: Hvordan vi dyrker afgrøder på Mars