Wie der Perseverance Rover der NASA auf dem Mars nach Leben suchen wird

Wenn der NASA-Rover Perseverance diesen Sommer startet, steht er vor einer der ehrgeizigsten Missionen aller bisherigen Weltraumforschungsprojekte: der Suche nach Beweise für Leben auf dem Mars. Wenn es jemals Leben auf dem Mars gegeben hat, dann ist es jetzt mit ziemlicher Sicherheit nicht mehr so ​​– wie sucht man also nach Beweisen für etwas, das Milliarden Jahre alt ist und auf einem anderen Planeten existiert?

Die Antwort beinhaltet den schwersten Rover, der jemals zu einem anderen Planeten geschickt wurde, einen ausgetrockneten Seegrund, der Millionen Jahre alt ist, und einen superstarken Laser, der Proben aus einer Entfernung von 20 Fuß verdampft. Wir haben mit zwei Marsexperten der NASA gesprochen, um mehr zu erfahren.

Eine kurze Geschichte des Mars

Der heutige Mars ist ein kalter, karger Planet mit einer sehr dünnen Atmosphäre, die für Leben unwirtlich ist. Aber vor Milliarden von Jahren war es ein ganz anderer Ort, der von Oberflächenwasser bedeckt war und möglicherweise sogar einen riesigen Ozean beherbergte, der sich über die nördliche Hemisphäre erstreckte. Diese Faktoren bedeuten, dass es einst Leben beherbergt haben könnte.

„Was wir wissen ist, dass es in seiner fernen Vergangenheit reichlich Wasser auf der Marsoberfläche gab“, sagt Katie Stack Morgan, ein Forscher für Marsgeologie am Jet Propulsion Lab der NASA, genannt. „Dafür haben wir reichlich Beweise in … dem Mineralien, die wir beobachten An der Oberfläche bilden sich die Landformen, die wir sehen in die Oberfläche gehauene Talnetze des Mars, das Vorhandensein dieser Deltas in alten Kraterseebecken. Wir wissen das Wasser war dort an der Oberfläche.”

Dieses Wissen führt zu anderen Schlussfolgerungen, wie zum Beispiel, dass die Oberflächentemperatur wärmer gewesen sein muss, da es heute zu kalt ist, als dass Wasser kontinuierlich als Flüssigkeit auf der Oberfläche existieren könnte. Das deutet es auch an Die Marsatmosphäre war wahrscheinlich dicker und reicher als es heute ist.

Es gibt einige Debatten darüber, wie lange Wasser genau an der Oberfläche war, aber Wissenschaftler sind sich einig, dass es für welchen Zeitraum dort war Stack Morgan als „geologisch bedeutsame Zeiträume“ beschrieben.

Und wo flüssiges Wasser vorhanden ist, besteht die Möglichkeit, dass Leben existiert hat.

Wie könnte das Leben auf dem Mars ausgesehen haben?

Forscher betonen sorgfältig, dass sie nach dem Leben suchen, wie wir es kennen – denn es wäre unmöglich, nach etwas völlig Unbekanntem zu suchen. Aber es gibt gute Gründe anzunehmen, dass, wenn es Leben auf dem Mars gäbe, es dem Leben hier auf der Erde zumindest vergleichbar ähnlich wäre.

„Hier auf der Erde gibt es eine Variabilität des mikrobiellen Lebens“ Stack Morgan gesagt, abhängig von Umweltfaktoren wie Luftfeuchtigkeit, Temperaturen, Höhe und vielen anderen. „Aber einer der Gründe, warum wir davon ausgehen, dass Leben, falls es auf dem Mars existierte, zumindest erkennbar ist, ist, dass es soweit ist.“ Wie wir sehen können, waren die Umgebungstypen auf dem Mars einst denen auf unserem Mars sehr ähnlich Erde."

Wir wissen, dass es auf dem Mars Seen gab, genau wie auf der Erde, sowie Gebilde wie Deltas und Berge. Wir wissen, dass es welche gibt organische Moleküle auf dem Mars, die durch Leben entstanden sein könnten, aber auch durch andere natürliche Prozesse entstanden sein könnten. Irgendwann in der Geschichte des Planeten könnte es so gewesen sein nicht so anders als auf der Erde Heute.

„Wir haben allen Grund zu der Annahme, dass Mikroben, wenn sie auf dem Mars existieren würden, sich auf die gleiche Weise anpassen würden, wie Mikroben auf der Erde sich angepasst haben“, sagte Stack Morgan. „Soweit wir wissen, hatten wir auf dem Mars die gleichen Voraussetzungen für Leben wie hier auf der Erde. Das schafft die Zuversicht, dass wir es erkennen würden, wenn es Leben auf dem Mars gegeben hätte.“

Wie ein Lebensbeweis aussieht

Wie erkennen wir also etwas, das möglicherweise einmal gelebt hat?

Leider „gibt es keinen Tricorder“, sagt Luther Beegle, leitender Ermittler des SHERLOC (Scanning Habitable). „Umgebungen mit Raman und Lumineszenz für organische Stoffe und Chemikalien“) auf dem Perseverance Rover, sagte. „Es gibt nichts, was man auf etwas zeigen und sagen könnte: ‚Oh, da ist Leben‘. Es sind eine Menge Informationen, die man durchforsten muss, um alles zusammen zu betrachten und zu einer wissenschaftlichen Schlussfolgerung zu kommen.“

„Wir suchen nach sogenannten potenziellen Biosignaturen“, erklärte Beegle. „Ich bin mir nicht sicher, ob man bei irgendeinem Körper im Sonnensystem Leben nennen kann, es sei denn, einem winkt etwas zu. Wir führen in dieser Gemeinschaft eine ernsthafte wissenschaftliche Debatte darüber, was Leben ist und wie man es erkennt.“

Es wäre leicht, derzeit lebende Mikroorganismengemeinschaften wie Bakterienmatten nachzuweisen. Da es jedoch sehr unwahrscheinlich ist, dass wir derzeit lebende Organismen auf dem Mars finden, suchen Wissenschaftler stattdessen nach Beweisen dafür, dass diese Gemeinschaften möglicherweise in der Vergangenheit existiert haben.

„Aber es ist schwer zu sagen, wie diese Gemeinschaften aussehen würden, wenn sie zwei [Milliarden] bis drei Milliarden Jahre an der Oberfläche sitzen würden“, sagte Beegle. „Deshalb ist es für uns schwer zu wissen, welche Messung wir durchführen könnten, um zu sagen: ‚Das war definitiv lebendig.‘

„Was wir tun können, ist zu sagen: ‚Das ist eine wirklich interessante Probe.‘ Es besteht eine gute Chance, dass dies schon vor langer Zeit existierte. Wir sollten diese Probe zurückbringen und sie in einem terrestrischen Labor untersuchen.‘ Und dann kann man zu einem wissenschaftlichen Konsens kommen.“

Wie man ein außerirdisches Fossil jagt

Wenn es darum geht, Beweise in Proben tatsächlich zu finden, besteht die erste und naheliegendste Methode darin, einfach danach zu suchen.

„Der erste Weg, nach Zeichen des antiken Lebens zu suchen, ist mit Ihren Kameras.“ Stack Morgan erklärt. „Sie stellen sich das Gelände um Sie herum vor und suchen nach dem, was wir morphologische Merkmale nennen – Formen und.“ Texturen im Gestein – die ungewöhnlich erscheinen oder dass sie möglicherweise nicht durch physikalische Eingriffe entstanden sind Prozesse. Das einfachste Beispiel, das Sie sich hier auf der Erde vorstellen können, ist ein Dinosaurierknochen, wenn es um makroskopische Beweise für Leben und eine charismatische Megafauna geht.

„Aber wir gehen davon aus, dass die Suche auf dem Mars mehr Subtilität erfordert. Da bei früheren Rover-Missionen in keiner Weise Megafauna beobachtet wurde, sind wir bei der Suche nach Lebenszeichen wahrscheinlich im mikrobiellen Maßstab.“

Um zu verstehen, wie Beweise für mikrobielles Leben auf dem Mars aussehen könnten, können wir uns die Gesteine ​​hier auf der Erde ansehen und sehen, wie sie Spuren antiken Lebens bewahren. „Wir suchen nach sehr feinen Formen und Texturen in den Felsen.“ Stack Morgan genannt. „Aber auch Dinge wie Gesteinsschichten, die vielleicht auf ungewöhnliche Weise kräuseln. Oder vielleicht Muster, die wir nicht erwarten würden.“

Die andere Möglichkeit, nach Lebenszeichen zu suchen, besteht darin, sich auf die Zusammensetzung der Gesteine ​​zu konzentrieren, insbesondere auf das Vorhandensein potenzieller organischer Stoffe. Das Vorhandensein organischer Stoffe und die ungewöhnlichen Gesteinstexturen in Kombination können darauf hindeuten, dass dort einst Leben gelebt hat.

Diese Kombination aus Komposition und Textur ist genau das, wofür Beegles Instrument SHERLOC entwickelt wurde. Und im Gegensatz zu früheren Rovern kann er Proben untersuchen, ohne die Gesteinsstruktur zu zerstören. „Genau so suchen wir in unseren eigenen Gesteinsaufzeichnungen hier auf der Erde nach Beweisen für uraltes Leben.“ Stack Morgan genannt. „Und das können wir jetzt auf dem Mars tun.“

Mit Licht Gesteine ​​analysieren

Das wichtigste Werkzeug von SHERLOC ist das Spektrometer, das mithilfe von Licht erkennt, woraus eine Probe besteht. „Man beleuchtet etwas und schaut sich die Wellenlänge des Lichts an, das es aussendet. Das sagt einem, welche Farbe es hat“, erklärte Beegle. „Und wenn man sich diese Farbe ansieht, kann man etwas über die Probe sagen.“

Es gibt viele verschiedene Arten der Spektroskopie, wie zum Beispiel die laserinduzierte Durchbruchspektroskopie, die vom SuperCam-Instrument von Perseverance durchgeführt wird, bei der a Ein Hochleistungslaser verdampft eine Probe und analysiert die freigesetzten Verbindungen. Aber um nach Beweisen für Leben zu suchen, muss man in einem kleineren Maßstab schauen und vorzugsweise eine zerstörungsfreie Methode verwenden, damit man eine Probe nicht zerstören muss, um sie zu analysieren.

SHERLOC verwendet eine zerstörungsfreie Methode namens Raman-Spektroskopie. „Mit der Raman-Spektroskopie kann man erkennen, ob es sich bei etwas um eine Aminosäure handelt, ob es sich um ein Carbonat handelt, ob es sich um Kohle oder etwas anderes handelt“, erklärte Beegle. SHERLOC kann auch Fluoreszenzspektroskopie durchführen, mit der das Vorhandensein organischer Moleküle nachgewiesen werden kann.

Zusammengenommen können diese Methoden Informationen über eine Probe liefern, z. B. ob sie organisch ist, ob sie in einer flüssigen Umgebung entstanden ist, ob sie einer hohen Temperatur ausgesetzt war usw. Die SHERLOC-Daten können auch mit Daten von anderen Perseverance-Instrumenten wie PIXL (Planetary Instrument for) kombiniert werden Röntgenlithochemie) oder die Kameras der Mastcam-Z, um ein vollständigeres Bild der Zusammensetzung einer bestimmten Probe zu erhalten von.

Besonders wertvoll für die Untersuchung sind Sedimentgesteine, die sich im Laufe der Zeit in Schichten bilden. Wenn Perseverance eine solche Probe finden und analysieren kann, könnte es möglicherweise sehen, wie sich die Umwelt auf dem Mars über Tausende von Jahren entwickelt hat – und vielleicht sogar einen Blick darauf werfen so etwas wie eine Karbonatschicht innerhalb einer Reihe von Basaltschichten, was darauf hindeutet, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Region etwas Seltenes und Wichtiges passiert ist Geschichte.

Einen Landeplatz auswählen

Für die Suche nach Lebenszeichen ist nicht irgendein Ort auf dem Mars geeignet. Die NASA hat für die Suche speziell den Jezero-Krater ausgewählt, da er über besondere Merkmale verfügt, die ihn zum wahrscheinlichsten Ort machen, an dem wir bisher Beweise für Leben gefunden haben.

„Jezero ist ein ganz besonderer Ort auf dem Mars“ Stack Morgan sagte, aufgrund der Anwesenheit eines Deltas dort. „Es gibt Hunderte von alten Kraterbecken, von denen die Menschen glauben, sie hätten Seen, einschließlich des Gale-Kraters [wo der Rover Curiosity derzeit erkundet]. Aber nicht in jedem Krater ist ein Delta erhalten geblieben. Ein Delta ist die Landform, die entsteht, wenn ein Fluss in ein großes Becken mündet und seine Sedimente ablagert.“

Ein Delta liefert einen weiteren Beweis dafür, dass sich an der Stätte einst Wasser befand, und bedeutet, dass es interessante Felsen zu erkunden gibt.

„Was Jezero auch besonders macht, ist, dass es ein Einlasstal hat, in das das Wasser hineinfließt, aber was es fast einzigartig macht, ist das Vorhandensein eines Auslasstals.“ sagte Stack Morgan. „Es ist eine einfache, subtile Sache, aber es ist bemerkenswert, wie wichtig das ist, denn wenn man ein Zuflusstal hat, weiß man, dass das Wasser hineinfließen musste.“ Aber wenn Sie ein Auslasstal haben, wissen Sie, dass sich das Wasser bis zur Höhe des Auslasstals füllen musste.“

Wenn ein See flach wäre, wäre er möglicherweise zeitweise ausgetrocknet und wäre nicht lebensfreundlich gewesen. Wenn ein See jedoch tief genug wäre, um für lange Zeit ein stehendes Gewässer zu sein, wäre dies ein viel wahrscheinlicherer Ort für die Entwicklung und Ausbreitung von Leben.

„Jezero hat nicht nur die Landform, die uns zeigt, dass es dort Wasser gab, sondern wir haben auch Beweise dafür, dass sich der gesamte Krater gefüllt hat.“ sagte Stack Morgan. „Das stärkt unser Vertrauen, dass Jezero ein guter Ort ist, um nach Leben zu suchen, während andere Orte, einschließlich Gale, eher ein Glücksspiel sind.“

Eine weitere Besonderheit von Jezero sind die Mineralien, die wir dort beobachten können. „Der Jezero-Krater ist das einzige dieser alten Kraterseebecken, das Karbonatmineralien enthält.“ Stack Morgan genannt. Karbonate auf der Erde bilden die strukturelle Grundlage von Fossilien und kommen in Korallenriffen wie dem Great Barrier Reef in Australien vor. Ihr Fund in einem Seebecken auf dem Mars könnte auf dasselbe hinweisen.

Es sind nicht nur Karbonate vorhanden, sondern auch befindet sich am inneren Rand des Kraters, wo der See flach gewesen wäre, wo wir sie erwarten würden. Karbonate seien „wirklich gut darin, lebenslange Beweise zu bewahren“ Stack Morgan genannt. „Wenn Sie also einen Ort auf dem Mars auswählen müssten, um nach Leben zu suchen, würden Sie zum Karbonat-Innenring einer flachen Seeumgebung gehen“ – und genau das bietet der Jezero-Krater.

Proben zurück zur Erde bringen

Obwohl die Öffentlichkeit oft die Vorstellung einer magischen Maschine hat, die Proben sofort analysieren und sehen kann, woraus sie bestehen, à la CSI, Die Realität ist, dass der Prozess der Probenanalyse lange dauert und aus vielen Schritten besteht, die sorgfältig durchgeführt werden müssen gefolgt. Es ist nicht möglich, eine ganze Reihe von Analysetools auf den winzigen verfügbaren Raum eines Rovers zu bringen – einige der Instrumente haben die Größe eines Haus, und der verfügbare Platz auf dem Rover hat die Größe eines Schuhkartons – um wirklich zu verstehen, woraus eine Marsprobe besteht, müssen wir sie zurückbekommen Erde.

Deshalb ist der nächste Schritt bei der Suche nach Leben auf dem Mars nach Perseverance ein Probenrückgabemission, in welchem ein oder mehrere Raumschiffe werden zum Mars geschickt, um die Gesteins- und Bodenproben, die Perseverance gesammelt hat, einzusammeln und zur Erde zurückzubringen.

„Wenn Sie nach Leben suchen, ist eine Probenrückgabemission ein wesentlicher nächster Schritt“, sagte Beegle. „Da man so eine Probe zurückbringen kann, kann man sie in ein Labor bringen, weiß ein wenig darüber und kann dann von dort aus alles planen.

„Jede Weltraummission geht davon aus, was man dort finden wird – und so entwirft man seine Instrumente. Aber mit der Probenrückgabe können Sie sie zurückbringen, Sie identifizieren ein wenig mehr über die Probe und verwenden viele zerstörungsfreie Verfahren Technologien wie CT-Scans und Röntgentomographie, und Sie verstehen mehr über die Probe, sodass Sie Ihre Experimente an die Anforderungen anpassen können Probe ist.

„Die Probenrückgabe ist also wirklich wertvoll und wirklich wichtig … Sie ist von entscheidender Bedeutung für die Frage, ob Leben auf dem Mars existierte oder nicht.“ Ich weiß nicht, wie Sie es ohne machen würden“, fügte Beegle hinzu.

Die Jagd beginnt diesen Sommer

Der Perseverance-Rover soll diesen Sommer starten, irgendwann in einem Zeitraum von zweieinhalb Wochen, beginnend am 17. Juli. Es soll am 18. Februar auf dem Mars landen, und von dort aus kann es mit der Erkundung seiner Umgebung und der Entnahme von Proben beginnen und vielleicht sogar Beweise dafür finden, dass die Erde nicht der einzige Planet ist, auf dem es Leben gegeben hat.

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