Πώς το Perseverance Rover της NASA θα αναζητήσει ζωή στον Άρη

Όταν το ρόβερ Perseverance της NASA εκτοξευτεί αυτό το καλοκαίρι, θα αντιμετωπίσει μια από τις πιο φιλόδοξες αποστολές σε οποιοδήποτε έργο εξερεύνησης του διαστήματος μέχρι σήμερα: Να αναζητήσει στοιχεία ζωής στον Άρη. Αν υπήρξε ποτέ ζωή στον Άρη, είναι σχεδόν βέβαιο ότι δεν υπάρχει τώρα – οπότε πώς θα ψάξετε για αποδείξεις για κάτι δισεκατομμυρίων ετών σε έναν άλλο πλανήτη;

Η απάντηση περιλαμβάνει το βαρύτερο ρόβερ που στάλθηκε ποτέ σε άλλο πλανήτη, μια ξεραμένη κοίτη λίμνης ηλικίας εκατομμυρίων ετών και ένα υπερισχύον λέιζερ που εξατμίζει δείγματα από 20 πόδια μακριά. Μιλήσαμε με δύο ειδικούς της NASA στον Άρη για να μάθουμε περισσότερα.

Μια σύντομη ιστορία του Άρη

Ο Άρης σήμερα είναι ένας ψυχρός, άγονος πλανήτης με πολύ λεπτή ατμόσφαιρα που είναι αφιλόξενη για ζωή. Αλλά πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, ήταν ένα πολύ διαφορετικό μέρος, καλυμμένο με επιφανειακά ύδατα και πιθανώς ακόμη και να φιλοξενούσε έναν τεράστιο ωκεανό που εξαπλώθηκε στο βόρειο ημισφαίριο του. Αυτοί οι παράγοντες σημαίνουν ότι κάποτε θα μπορούσε να φιλοξενήσει ζωή.

«Αυτό που γνωρίζουμε είναι ότι υπήρχε άφθονο νερό στην επιφάνεια του Άρη στο μακρινό παρελθόν του», είπε η Katie Ο Stack Morgan, ερευνητής στη γεωλογία του Άρη στο Jet Propulsion Lab της NASA, είπε. «Έχουμε άφθονα στοιχεία για αυτό στο… ορυκτά που παρατηρούμε στην επιφάνεια, οι μορφές της γης που βλέπουμε, η δίκτυα κοιλάδων λαξευμένα στην επιφάνεια του Άρη, η παρουσία αυτών των δέλτα σε λεκάνες λιμνών αρχαίων κρατήρων. Ξέρουμε ότι νερό ήταν εκεί στην επιφάνεια.”

Αυτή η γνώση οδηγεί σε άλλα συμπεράσματα, όπως ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας πρέπει να ήταν πιο ζεστή, καθώς σήμερα είναι πολύ κρύο για να υπάρχει συνεχώς νερό ως υγρό στην επιφάνεια. Υποδηλώνει επίσης ότι Η ατμόσφαιρα του Άρη ήταν πιθανότατα πιο πυκνή και πιο πλούσια από ότι είναι σήμερα.

Υπάρχει κάποια συζήτηση για το πόση ώρα ακριβώς υπήρχε το νερό στην επιφάνεια, αλλά οι επιστήμονες συμφωνούν ότι ήταν εκεί για ποιο λόγο Stack Morgan περιγράφονται ως «γεωλογικά σημαντικές χρονικές περίοδοι».

Και όπου υπάρχει υγρό νερό, υπάρχει η δυνατότητα να υπήρχε ζωή.

Πώς μπορεί να ήταν η ζωή στον Άρη;

Οι ερευνητές προσέχουν να τονίσουν ότι αναζητούν τη ζωή όπως την ξέρουμε - γιατί θα ήταν αδύνατο να αναζητήσουν κάτι εντελώς άγνωστο. Αλλά υπάρχουν καλοί λόγοι να υποθέσουμε ότι αν υπήρχε ζωή στον Άρη, θα ήταν τουλάχιστον συγκρίσιμα παρόμοια με τη ζωή εδώ στη Γη.

«Υπάρχει μεταβλητότητα της μικροβιακής ζωής εδώ στη Γη», Stack Morgan είπε, ανάλογα με περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως η υγρασία, οι θερμοκρασίες, το υψόμετρο και πολλοί άλλοι. «Αλλά ένας από τους λόγους που περιμένουμε ζωή, αν υπήρχε στον Άρη, να είναι τουλάχιστον αναγνωρίσιμη, είναι ότι όπως μπορούμε να δούμε, οι τύποι ρυθμίσεων στον Άρη ήταν κάποτε πολύ παρόμοιοι με τους τύπους ρυθμίσεων που έχουμε Γη."

Γνωρίζουμε ότι υπήρχαν λίμνες στον Άρη, όπως αυτές στη Γη, καθώς και χαρακτηριστικά όπως δέλτα και βουνά. Ξέρουμε ότι υπάρχουν οργανικά μόρια στον Άρη, που θα μπορούσε να δημιουργηθεί από τη ζωή αλλά θα μπορούσε επίσης να έχει προκύψει από άλλες φυσικές διεργασίες. Κάποια στιγμή στην ιστορία του πλανήτη, μπορεί να ήταν δεν διαφέρει τόσο από τη Γη σήμερα.

«Έχουμε κάθε λόγο να πιστεύουμε ότι τα μικρόβια, αν υπήρχαν στον Άρη, θα προσαρμόζονταν με τον ίδιο τρόπο που έχουν προσαρμοστεί τα μικρόβια στη Γη», είπε ο Stack Morgan. «Από όσο γνωρίζουμε, είχαμε τα ίδια συστατικά για τη ζωή στον Άρη όπως είχαμε εδώ στη Γη. Αυτό δημιουργεί σιγουριά ότι αν υπήρχε κάποτε ζωή στον Άρη, θα την αναγνωρίζαμε».

Πώς μοιάζουν οι αποδείξεις ζωής

Πώς λοιπόν εντοπίζουμε κάτι που μπορεί κάποτε να ήταν ζωντανό;

Δυστυχώς, «δεν υπάρχει τρικόρνερ», Λούθερ Μπίγκλ, κύριος ερευνητής του SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals) όργανο στο ρόβερ Perseverance, είπε. «Δεν υπάρχει τίποτα που να μπορείς να δεις κάτι και να πεις: «Ω, υπάρχει ζωή». Είναι πολλές πληροφορίες που πρέπει να περιηγηθείτε, για να τα δείτε όλα μαζί και να καταλήξετε σε ένα επιστημονικό συμπέρασμα».

«Αναζητούμε αυτό που ονομάζουμε πιθανές βιο υπογραφές», εξήγησε ο Beegle. «Σε οποιοδήποτε δεδομένο σώμα στο ηλιακό σύστημα, εκτός κι αν σας κυματίζει κάτι, δεν είμαι σίγουρος αν θα μπορούσατε να το ονομάσετε ζωή ή όχι. Έχουμε σοβαρή επιστημονική συζήτηση σε αυτήν την κοινότητα σχετικά με το τι είναι η ζωή και πώς την εντοπίζετε».

Θα ήταν εύκολο να ανιχνευθούν κοινότητες ζωντανών μικροοργανισμών, όπως τα βακτηριακά στρώματα. Αλλά είναι πολύ απίθανο να βρίσκουμε επί του παρόντος ζωντανούς οργανισμούς στον Άρη, επομένως οι επιστήμονες αναζητούν αποδείξεις ότι αυτές οι κοινότητες μπορεί να υπήρχαν στο παρελθόν.

«Αλλά είναι δύσκολο να πούμε πώς θα ήταν αυτές οι κοινότητες μετά από δύο [δισεκατομμύρια] έως τρία δισεκατομμύρια χρόνια στην επιφάνεια», είπε ο Beegle. «Έτσι είναι δύσκολο για εμάς να γνωρίζουμε ποια μέτρηση θα μπορούσαμε να πάρουμε που θα μας επέτρεπε να πούμε: «Αυτό ήταν σίγουρα ζωντανό».

«Αυτό που μπορούμε να κάνουμε είναι να πούμε, «Αυτό είναι ένα πραγματικά ενδιαφέρον δείγμα. Υπάρχει μια καλή πιθανότητα αυτό να ήταν ζωντανό πριν από πολύ καιρό. Θα πρέπει να φέρουμε αυτό το δείγμα πίσω και να το δούμε σε ένα επίγειο εργαστήριο.» Και τότε μπορείτε να καταλήξετε σε μια επιστημονική συναίνεση».

Πώς να κυνηγήσετε ένα εξωγήινο απολίθωμα

Όταν πρόκειται για τον εντοπισμό αποδεικτικών στοιχείων σε δείγματα, η πρώτη και πιο προφανής μέθοδος είναι απλώς να τα αναζητήσετε.

«Ο πρώτος τρόπος που ψάχνεις για σημάδια αρχαίας ζωής είναι με τις κάμερές σου». Stack Morgan εξήγησε. «Εικονίζετε το έδαφος γύρω σας και αναζητάτε αυτό που ονομάζουμε μορφολογικά χαρακτηριστικά — σχήματα και υφές στα βράχια — που φαίνονται ασυνήθιστες ή ότι μπορεί να μην έχουν δημιουργηθεί από φυσική διαδικασίες. Έτσι, το πιο εύκολο παράδειγμα που θα μπορούσατε να σκεφτείτε εδώ στη Γη είναι ένα οστό δεινοσαύρου, όσον αφορά παραδείγματα μακροσκοπικών στοιχείων ζωής και χαρισματικής μεγαλοπανίδας.

«Αλλά αναμένουμε ότι η αναζήτηση στον Άρη θα απαιτήσει περισσότερη λεπτότητα. Επειδή προηγούμενες αποστολές ρόβερ δεν έχουν παρατηρήσει με κανέναν τρόπο τη μεγαπανίδα, οπότε αν ψάχνουμε για σημάδια ζωής, είναι πιθανό σε μικροβιακή κλίμακα».

Για να καταλάβουμε λοιπόν πώς μπορεί να μοιάζουν τα στοιχεία μικροβιακής ζωής στον Άρη, μπορούμε να κοιτάξουμε τους βράχους εδώ στη Γη και πώς διατηρούν σημάδια αρχαίας ζωής. «Αναζητούμε πολύ λεπτά σχήματα και υφές στα βράχια» Stack Morgan είπε. «Αλλά και πράγματα όπως στρώματα βράχου, που ίσως τσαλακώνονται με ασυνήθιστο τρόπο. Ή ίσως μοτίβα που δεν θα περιμέναμε».

Ο άλλος τρόπος για να αναζητήσετε σημάδια ζωής είναι να εστιάσετε στη σύνθεση των πετρωμάτων, ειδικά στην παρουσία πιθανών οργανικών ουσιών. Η παρουσία οργανικών και οι ασυνήθιστες υφές βράχου σε συνδυασμό μπορεί να υποδηλώνουν ότι κάποτε ζούσε εκεί ζωή.

Αυτός ο συνδυασμός σύνθεσης και υφής είναι ακριβώς αυτό που σχεδιάστηκε για να ερευνήσει το όργανο SHERLOC του Beegle. Και σε αντίθεση με τα προηγούμενα ρόβερ, μπορεί να διερευνήσει δείγματα χωρίς να καταστρέψει την υφή των βράχων. «Ακριβώς έτσι ψάχνουμε για στοιχεία αρχαίας ζωής στο δικό μας ροκ δίσκο εδώ στη Γη». Stack Morgan είπε. «Και μπορούμε τώρα να το κάνουμε αυτό στον Άρη».

Χρήση φωτός για ανάλυση πετρωμάτων

Το πιο σημαντικό εργαλείο του SHERLOC είναι το φασματόμετρο του, το οποίο χρησιμοποιεί το φως για να δει από τι αποτελείται ένα δείγμα. «Λάμπεις φως σε κάτι και κοιτάς το μήκος κύματος του φωτός που εκπέμπει, το οποίο σου λέει τι χρώμα είναι», εξήγησε ο Beegle. "Και κοιτάζοντας αυτό το χρώμα, μπορείτε να πείτε κάτι για το δείγμα."

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι φασματοσκοπίας, όπως η φασματοσκοπία διάσπασης που προκαλείται από λέιζερ που εκτελείται από το όργανο SuperCam της Perseverance, στην οποία λέιζερ υψηλής ισχύος εξατμίζει ένα δείγμα και αναλύει τις ενώσεις που εκπέμπονται. Αλλά για να αναζητήσετε αποδείξεις ζωής, πρέπει να κοιτάξετε σε μικρότερη κλίμακα και κατά προτίμηση να χρησιμοποιήσετε μια μη καταστροφική μέθοδο, ώστε να μην χρειάζεται να καταστρέψετε ένα δείγμα για να το αναλύσετε.

Το SHERLOC χρησιμοποιεί μια μη καταστροφική μέθοδο που ονομάζεται φασματοσκοπία Raman. «Στη φασματοσκοπία Rama, μπορείτε να πείτε εάν κάτι είναι αμινοξύ, ή αν είναι ανθρακικό, ή αν είναι άνθρακας ή κάτι άλλο», εξήγησε ο Beegle. Το SHERLOC μπορεί επίσης να πραγματοποιήσει φασματοσκοπία φθορισμού, η οποία μπορεί να ανιχνεύσει την παρουσία οργανικών μορίων.

Όταν χρησιμοποιούνται μαζί, αυτές οι μέθοδοι μπορούν να δώσουν πληροφορίες για ένα δείγμα, όπως εάν είναι οργανικό, εάν σχηματίστηκε σε υγρό περιβάλλον, εάν ήταν σε υψηλή θερμοκρασία κ.λπ. Τα δεδομένα SHERLOC μπορούν επίσης να συνδυαστούν με δεδομένα από άλλα όργανα Perseverance όπως το PIXL (Planetary Instrument για Λιθοχημεία ακτίνων Χ) ή τις κάμερες στο Mastcam-Z για να δώσει μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα του τι αποτελείται κάθε δεδομένο δείγμα του.

Ιδιαίτερα πολύτιμα για μελέτη είναι τα ιζηματογενή πετρώματα που σχηματίζονται σε στρώματα με την πάροδο του χρόνου. Εάν το Perseverance μπορέσει να βρει και να αναλύσει ένα τέτοιο δείγμα, θα μπορούσε ενδεχομένως να δει πώς αναπτύχθηκε το περιβάλλον στον Άρη κατά τη διάρκεια χιλιάδων ετών — και θα μπορούσε ακόμη και να πάρει μια γεύση από κάτι σαν ανθρακικό στρώμα μέσα σε μια δέσμη βασαλτικών στρωμάτων, που θα υποδηλώνει ότι κάτι σπάνιο και σημαντικό συνέβη σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή στην περιοχή της περιοχής ιστορία.

Επιλογή σημείου προσγείωσης

Για να κυνηγήσετε σημάδια ζωής, δεν θα κάνει οποιοδήποτε σημείο στον Άρη. Η NASA επέλεξε ειδικά τον κρατήρα Jezero για την έρευνα, καθώς έχει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που τον καθιστούν την πιο πιθανή τοποθεσία που έχουμε βρει μέχρι στιγμής να έχει διατηρηθεί στοιχεία ζωής.

«Το Jezero είναι ένα πολύ ιδιαίτερο μέρος στον Άρη» Stack Morgan είπε, λόγω της παρουσίας ενός δέλτα εκεί. «Υπάρχουν εκατοντάδες αρχαίες λεκάνες κρατήρων που οι άνθρωποι πιστεύουν ότι είχαν λίμνες, συμπεριλαμβανομένου του κρατήρα Gale [όπου το Curiosity εξερευνά αυτήν τη στιγμή]. Αλλά δεν υπάρχει σε κάθε κρατήρα ένα δέλτα που διατηρείται σε αυτόν. Το δέλτα είναι η μορφή γης που παράγεται όταν ένας ποταμός ανοίγει σε μια μεγάλη λεκάνη και εναποθέτει τα ιζήματά του».

Ένα δέλτα παρέχει περαιτέρω στοιχεία ότι κάποτε υπήρχε νερό στην τοποθεσία και σημαίνει ότι θα υπάρχουν ενδιαφέροντες βράχοι για εξερεύνηση.

«Αυτό που κάνει επίσης το Jezero πολύ ιδιαίτερο είναι ότι έχει μια κοιλάδα εισόδου όπου ρέει το νερό, αλλά αυτό που το κάνει σχεδόν μοναδικό είναι η παρουσία μιας κοιλάδας εξόδου». είπε ο Stack Morgan. «Είναι ένα απλό, λεπτό πράγμα, αλλά είναι αξιοσημείωτο το πόσο σημαντικό είναι αυτό, γιατί αν έχετε μια κοιλάδα εισόδου, ξέρετε ότι το νερό έπρεπε να κυλήσει μέσα. Αλλά αν έχετε κοιλάδα εξόδου, ξέρετε ότι το νερό έπρεπε να γεμίσει μέχρι το επίπεδο της κοιλάδας εξόδου».

Αν μια λίμνη ήταν ρηχή, μπορεί να είχε στεγνώσει κατά διαστήματα και δεν θα ήταν φιλόξενη για τη ζωή. Αλλά αν μια λίμνη ήταν αρκετά βαθιά ώστε να είναι ένα στάσιμο σώμα νερού για μεγάλο χρονικό διάστημα, θα ήταν πολύ πιο πιθανό να αναπτυχθεί και να κυριαρχήσει η ζωή.

"Το Jezero δεν έχει μόνο τη μορφή της γης που μας δείχνει ότι υπήρχε νερό εκεί, αλλά έχουμε επίσης στοιχεία ότι ολόκληρος ο κρατήρας γέμισε." είπε ο Stack Morgan. «Αυτό είναι που μας βοηθά να αυξήσουμε την αυτοπεποίθησή μας ότι το Jezero είναι ένα καλό μέρος για να αναζητήσουμε ζωή, με έναν τρόπο που άλλα μέρη, συμπεριλαμβανομένου του Gale, είναι λίγο περισσότερο τυχερό παιχνίδι».

Ένα άλλο πράγμα που κάνει το Jezero μοναδικό είναι τα ορυκτά που μπορούμε να παρατηρήσουμε εκεί. "Ο κρατήρας Jezero είναι ο μόνος από αυτές τις αρχαίες λεκάνες λιμνών κρατήρα που έχει ανθρακικά ορυκτά." Stack Morgan είπε. Τα ανθρακικά άλατα στη Γη αποτελούν τη δομική βάση των απολιθωμάτων και βρίσκονται σε κοραλλιογενείς υφάλους, όπως ο Μεγάλος Κοραλλιογενής Ύφαλος στην Αυστραλία. Η εύρεση τους σε μια λεκάνη λίμνης στον Άρη θα μπορούσε να υποδηλώνει το ίδιο πράγμα.

Όχι μόνο υπάρχουν ανθρακικά άλατα - υπάρχουν επίσης που βρίσκεται γύρω από το εσωτερικό χείλος του κρατήρα, όπου η λίμνη θα ήταν ρηχή, όπου θα περιμέναμε να τα βρούμε. Τα ανθρακικά είναι «πραγματικά καλά στη διατήρηση αποδεικτικών στοιχείων για τη ζωή», Stack Morgan είπε. «Επομένως, αν έπρεπε να διαλέξετε ένα μέρος στον Άρη για να πάτε για να ψάξετε για ζωή, θα πηγαίνατε στον ανθρακικό εσωτερικό δακτύλιο ενός ρηχού περιβάλλοντος λίμνης» — αυτό ακριβώς που προσφέρει ο κρατήρας Jezero.

Επιστροφή δειγμάτων στη Γη

Αν και το κοινό έχει συχνά την ιδέα μιας μαγικής μηχανής που μπορεί να αναλύσει αμέσως δείγματα και να δει από τι αποτελούνται, à la CSI, Η πραγματικότητα είναι ότι η διαδικασία της ανάλυσης του δείγματος διαρκεί πολύ και αποτελείται από πολλά βήματα που πρέπει να είναι επίπονα ακολούθησε. Δεν είναι δυνατό να συρρικνωθεί μια ολόκληρη σειρά εργαλείων ανάλυσης στον μικροσκοπικό χώρο που είναι διαθέσιμος σε ένα ρόβερ — ορισμένα από τα όργανα έχουν το μέγεθος ενός σπίτι και ο διαθέσιμος χώρος στο rover είναι στο μέγεθος ενός κουτιού παπουτσιών — επομένως για να καταλάβουμε πραγματικά από τι αποτελείται ένα δείγμα του Άρη, πρέπει να το επιστρέψουμε στο Γη.

Γι' αυτό το επόμενο βήμα στην αναζήτηση ζωής στον Άρη μετά την Επιμονή είναι α δείγμα αποστολής επιστροφής, στο οποίο ένα ή περισσότερα διαστημόπλοια αποστέλλονται στον Άρη για να συλλέξουν τα δείγματα βράχου και εδάφους που έχει συλλέξει η Perseverance και να τα επιστρέψουν στη Γη.

«Εάν πρόκειται να ψάξετε για ζωή, μια αποστολή δείγματος επιστροφής είναι ένα ουσιαστικό επόμενο βήμα», είπε ο Beegle. «Επειδή σας επιτρέπει να φέρετε πίσω ένα δείγμα, μπορείτε να το βάλετε σε ένα εργαστήριο, ξέρετε λίγα πράγματα για αυτό και μετά μπορείτε να σχεδιάσετε τα πάντα από εκεί.

«Αυτό που κάνει κάθε διαστημική αποστολή είναι να υποθέτει τι θα βρείτε εκεί - και έτσι σχεδιάζετε τα όργανά σας. Αλλά με την επιστροφή του δείγματος, μπορείτε να το επαναφέρετε, αναγνωρίζετε λίγο περισσότερα για το δείγμα, χρησιμοποιείτε πολλά μη καταστροφικά τεχνολογίες όπως αξονικές τομογραφίες και αξονική τομογραφία και καταλαβαίνετε περισσότερα για το δείγμα, ώστε να μπορείτε να προσαρμόσετε τα πειράματά σας σε αυτό που δείγμα είναι.

«Έτσι η επιστροφή του δείγματος είναι πραγματικά πολύτιμη και πολύ σημαντική… Είναι ζωτικής σημασίας για το ερώτημα εάν υπήρχε ή όχι ζωή στον Άρη. Δεν ξέρω πώς θα το έκανες χωρίς αυτό», πρόσθεσε ο Beegle.

Το κυνήγι ξεκινά φέτος το καλοκαίρι

Το ρόβερ Perseverance πρόκειται να ξεκινήσει αυτό το καλοκαίρι, σε μια περίοδο δυόμισι εβδομάδων που αρχίζει στις 17 Ιουλίου. Θα πρέπει να προσγειωθεί στον Άρη στις 18 Φεβρουαρίου και από εκεί μπορεί να ξεκινήσει την εξερεύνηση του περιβάλλοντος και τη λήψη δειγμάτων και ίσως ακόμη και να βρει στοιχεία ότι η Γη δεν είναι ο μόνος πλανήτης που έχει φιλοξενήσει ζωή.

Συστάσεις των συντακτών

• Μια κοσμολογική μετακίνηση: Τα δύσκολα logistics του να βάζεις ανθρώπους στον Άρη
• Τελειοποιώντας την πρόωση: Πώς θα φτάσουμε τους ανθρώπους στον Άρη
• Μονάδες ηλεκτροπαραγωγής σε άλλους πλανήτες: Πώς θα παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια στον Άρη
• Συγκομιδή ενυδάτωσης: Πώς οι μελλοντικοί άποικοι θα δημιουργήσουν και θα συλλέξουν νερό στον Άρη
• Αστρογεωργία: Πώς θα καλλιεργήσουμε καλλιέργειες στον Άρη