Kuidas NASA Perseverance Rover Marsil elu otsib

Kui NASA kulgur Perseverance sel suvel stardib, seisab see silmitsi ühe seni ambitsioonikama missiooniga kõigis kosmoseuuringute projektides: otsida tõendid elu kohta Marsil. Kui Marsil kunagi oli elu, siis praegu seda peaaegu kindlasti ei ole – kuidas siis otsida tõendeid millegi miljardeid aastaid vana kohta teisel planeedil?

Vastus hõlmab raskeimat kulgurit, mis on kunagi teisele planeedile saadetud, miljoneid aastaid vana kuivanud järvepõhja ja ülivõimsusega laserit, mis aurustab proove 20 jala kauguselt. Rääkisime kahe NASA Marsi eksperdiga, et rohkem teada saada.

Marsi lühike ajalugu

Tänapäeval on Marss külm, viljatu planeet, millel on väga õhuke atmosfäär, mis on elule ebasõbralik. Kuid miljardeid aastaid tagasi oli see täiesti erinev koht, kaetud pinnaveega ja võib-olla isegi tohutu ookeani põhjapoolkeral. Need tegurid tähendavad, et see võis kunagi elu korraldada.

"Me teame, et Marsi pinnal oli selle kauges minevikus ohtralt vett," Katie Stack Morgan, NASA Jet Propulsion Labi Marsi geoloogia teadur, ütles. "Meil on selle kohta palju tõendeid … mineraalid, mida me vaatleme pinnal, maavormid, mida me näeme, pinnale raiutud oruvõrgud Marsi kohta, nende deltade olemasolu iidsetes kraatrite järvede vesikondades. Me teame seda vesi oli pinnal.”

Need teadmised viivad muude järeldusteni, nagu näiteks see, et pinnatemperatuur pidi olema soojem, kuna tänapäeval on liiga külm, et vesi pinnal pidevalt vedelana eksisteeriks. See viitab ka sellele Marsi atmosfäär oli tõenäoliselt paksem ja rikkalikum kui see on täna.

Vaieldakse selle üle, kui kaua täpselt vesi pinnal oli, kuid teadlased nõustuvad, et milleks see seal oli Stack Morgan kirjeldatakse kui "geoloogiliselt olulisi ajaperioode".

Ja seal, kus on vedel vesi, on potentsiaal elu eksisteerimiseks.

Milline võis elu Marsil välja näha?

Teadlased rõhutavad hoolikalt, et nad otsivad elu sellisel kujul, nagu me seda teame – sest võimatu oleks otsida midagi täiesti võõrast. Kuid on põhjust eeldada, et kui Marsil oleks elu, oleks see vähemalt võrreldavalt sarnane eluga siin Maal.

"Siin Maal on mikroobide elu varieeruvus," Stack Morgan olenevalt keskkonnateguritest, nagu niiskus, temperatuur, kõrgus merepinnast ja paljud teised. "Kuid üks põhjusi, miks me eeldame, et elu, kui see Marsil eksisteeris, oleks vähemalt äratuntav, on see, et nagu näeme, olid Marsi seadete tüübid kunagi väga sarnased meie seadetega Maa."

Teame, et Marsil oli järvi, nagu ka Maal, ning ka selliseid objekte nagu deltad ja mäed. Me teame, et neid on orgaanilised molekulid Marsil, mis võis tekkida elu poolt, kuid võis tekkida ka muudest looduslikest protsessidest. Mingil hetkel planeedi ajaloos võis see olla ei erine nii palju Maast täna.

"Meil on põhjust arvata, et mikroobid, kui nad Marsil eksisteeriksid, kohaneksid samal viisil, nagu mikroobid Maal," ütles Stack Morgan. „Nii palju kui me teame, olid meil Marsil elu jaoks samad koostisosad, mis meil siin Maal. See loob kindlustunde, et kui elu Marsil kunagi eksisteeriks, tunneksime selle ära.

Millised tõendid elust välja näevad

Kuidas siis tuvastada midagi, mis võis kunagi elus olla?

Kahjuks "pole trikorderit," Luther Beegle, SHERLOCi (Scanning Habitable) uurija. Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals) instrumendiga Perseverance roveril. "Pole midagi, mida saate millelegi osutada ja öelda: "Oh, seal on elu." See on palju teavet, mida peate läbi uurima, et kõike koos vaadata ja jõuda teadusliku järelduseni."

"Otsime potentsiaalseid biosignatuure, " selgitas Beegle. "Ma ei ole kindel, kas te võiksite seda nimetada eluks või mitte, kui Päikesesüsteemi mis tahes kehal teie poole ei lehvita. Meil on selles kogukonnas tõsine teaduslik arutelu selle üle, mis on elu ja kuidas seda tuvastada.

Oleks lihtne tuvastada praegu elavaid mikroorganismide kooslusi, näiteks bakterimatte. Kuid on väga ebatõenäoline, et leiame Marsilt praegu elavaid organisme, nii et teadlased otsivad selle asemel tõendeid selle kohta, et need kogukonnad võisid minevikus eksisteerida.

"Kuid on raske öelda, millised need kogukonnad oleksid pärast kahte [miljardit] kuni kolme miljardit aastat pinnal istumist," ütles Beegle. "Seega on meil raske teada, millise mõõtmise saaksime teha, et saaksime öelda: "See oli kindlasti elus."

"Mida saame teha, on öelda:" See on tõesti huvitav näidis. On hea võimalus, et see oli elus juba ammu. Peaksime selle proovi tagasi tooma ja seda maapealses laboris vaatama.” Ja siis võite jõuda teaduslikule konsensusele.

Kuidas jahtida tulnukate fossiili

Kui asi puudutab tõendite tegelikku leidmist proovides, on esimene ja kõige ilmsem meetod lihtsalt nende otsimine.

"Esimene viis iidse elu märkide otsimiseks on kaamerad," Stack Morgan selgitas. „Kujutate end ümbritsevat maastikku ja otsite morfoloogilisi tunnuseid – kujundeid ja kivimite tekstuurid – mis tunduvad ebaharilikud või ei pruugi olla tekkinud füüsiliselt protsessid. Niisiis, lihtsaim näide, mida võite siin Maal mõelda, on makroskoopiliste elutõendite ja karismaatilise megafauna näidete osas dinosauruse luu.

"Kuid me eeldame, et Marsi otsimine nõuab rohkem peenust. Kuna varasematel kulgurmissioonidel pole megafaunat mingil moel täheldatud, siis kui me otsime elumärke, on see tõenäoliselt mikroobide skaalal.

Et mõista, millised tõendid mikroobide elu kohta Marsil välja võivad näha, võime vaadata siin Maal asuvaid kivimeid ja seda, kuidas need säilitavad iidse elu märke. "Otsime kividest väga peeneid kujundeid ja tekstuure," Stack Morgan ütles. "Aga ka selliseid asju nagu kivimikihid, mis võib-olla ebatavaliselt kortsuvad. Või võib-olla mustrid, mida me ei ootaks."

Teine viis elumärkide otsimiseks on keskenduda kivimite koostisele, eriti potentsiaalse orgaanika olemasolule. Orgaanika ja ebatavaliste kivimitekstuuride kombinatsioon võib viidata sellele, et seal elas kunagi elu.

See kompositsiooni ja tekstuuri kombinatsioon on täpselt see, mida Beegle'i instrument SHERLOC oli mõeldud uurima. Ja erinevalt eelmistest kulguritest suudab see proove uurida ilma kivimite tekstuuri hävitamata. "Täpselt nii me otsime tõendeid iidse elu kohta meie enda rokiplaadilt siin Maal," Stack Morgan ütles. "Ja nüüd saame seda teha Marsil."

Valguse kasutamine kivimite analüüsimiseks

SHERLOCi kõige olulisem tööriist on selle spektromeeter, mis kasutab valgust, et näha, millest proov koosneb. "Te valgustate millelegi valgust ja vaatate selle kiirgava valguse lainepikkust, mis ütleb teile, mis värvi see on," selgitas Beegle. "Ja seda värvi vaadates saate proovi kohta midagi öelda."

Spekroskoopiat on palju erinevaid tüüpe, näiteks laser-indutseeritud rikkespektroskoopia, mida teostab Perseverance'i SuperCam instrument ja mille puhul suure võimsusega laser aurustab proovi ja analüüsib eraldunud ühendeid. Kuid elutõendite otsimiseks peate vaatama väiksemat skaalat ja eelistatavalt kasutama mittepurustavat meetodit, nii et te ei pea proovi analüüsimiseks hävitama.

SHERLOC kasutab mittepurustavat meetodit, mida nimetatakse ramani spektroskoopiaks. "Ramaan-spektroskoopias saate öelda, kas miski on aminohape või karbonaat või kivisüsi või midagi muud," selgitas Beegle. SHERLOC võib teha ka fluorestsentsspektroskoopiat, mis suudab tuvastada orgaaniliste molekulide olemasolu.

Need meetodid koos kasutades võivad anda proovi kohta teavet, näiteks kas see on orgaaniline, kas see on tekkinud vedelas keskkonnas, kas see on olnud kõrgel temperatuuril jne. SHERLOC-i andmeid saab kombineerida ka muude Perseverance'i instrumentide, näiteks PIXL-i (Planetary Instrument for röntgenkiirte litokeemia) või Mastcam-Z kaamerad, et anda täielikum pilt mis tahes proovi koostisest. kohta.

Uurimiseks on eriti väärtuslikud settekivimid, mis tekivad aja jooksul kihtidena. Kui Perseverance suudab sellise proovi leida ja analüüsida, võib see potentsiaalselt näha, kuidas Marsi keskkond arenes tuhandete aastate jooksul – ja see võib isegi saada pilgu midagi karbonaadikihi sarnast basaltsete kihtide hunnikus, mis viitab sellele, et piirkonna ühel kindlal ajahetkel juhtus midagi haruldast ja olulist. ajalugu.

Maandumiskoha valimine

Elumärkide jahtimiseks ei sobi ükskõik milline koht Marsil. NASA valis otsinguks spetsiaalselt Jezero kraatri, kuna sellel on erilised omadused, mis muudavad selle kõige tõenäolisemaks asukohaks, kus oleme siiani leidnud, kus on säilinud tõendeid elust.

"Jezero on Marsil väga eriline koht," Stack Morgan ütles delta olemasolu tõttu. "Seal on sadu iidseid kraatrite basseine, millel on inimeste arvates järved, sealhulgas Gale'i kraater [kus Curiosity kulgur praegu uurib]. Kuid mitte igas kraatris pole deltat säilinud. Delta on maavorm, mis tekib siis, kui jõgi avaneb suureks vesikonnaks ja ladestab selle setteid.

Delta annab täiendavaid tõendeid selle kohta, et kunagi oli kohas vett, ja see tähendab, et seal on huvitavaid kive, mida uurida.

"Jezero teeb väga eriliseks ka see, et sellel on sissevooluorg, kuhu vesi sisse voolab, kuid peaaegu ainulaadseks muudab selle väljavooluoru olemasolu." Stack Morgan ütles. "See on lihtne, peen asi, kuid see on tähelepanuväärne, kui oluline see on, sest kui teil on sisselaskeorg, teate, et vesi pidi sisse voolama. Aga kui teil on väljalaskeorg, siis teate, et vesi pidi täituma väljavooluoru tasemeni.

Kui järv oleks madal, oleks see võib-olla aeg-ajalt kuivanud ega oleks olnud elusõbralik. Kuid kui järv oleks piisavalt sügav, et olla pikka aega seisva veekoguna, oleks see elu arenemiseks ja kinnistumiseks palju tõenäolisem koht.

"Jezerol pole mitte ainult maakuju, mis näitab, et seal oli vett, vaid meil on ka tõendeid selle kohta, et kogu kraater täitus," Stack Morgan ütles. "See aitab suurendada meie kindlustunnet, et Jezero on hea koht elu otsimiseks, nii et teised kohad, sealhulgas Gale, on natuke rohkem õnnemäng."

Teine asi, mis teeb Jezero ainulaadseks, on mineraalid, mida me seal vaadelda saame. "Jezero kraater on ainus neist iidsetest kraatrijärve vesikondadest, mis sisaldab karbonaatseid mineraale," Stack Morgan ütles. Maal asuvad karbonaadid moodustavad fossiilide struktuurse aluse ja neid leidub korallriffides, nagu Austraalias Suur Vallrahu. Nende leidmine Marsi järvebasseinist võib viidata samale asjale.

Karbonaadid ei sisalda mitte ainult, vaid ka asub ümber kraatri siseserva, kus järv oleks olnud madal, mis on see koht, kus me võiksime neid leida. Karbonaadid on "tõeliselt head tõendite säilitamisel eluks" Stack Morgan ütles. "Nii et kui peaksite valima Marsil koha, et elu otsima minna, läheksite madala järvekeskkonna karbonaadi siseringi" - just seda pakub Jezero kraater.

Proovide tagasitoomine Maale

Kuigi avalikkusel on sageli idee võlumasinast, mis suudab proove koheselt analüüsida ja näha, millest need tehtud on, à la CSI, tegelikkus on see, et proovi analüüsi protsess võtab kaua aega ja koosneb paljudest etappidest, mis peavad olema vaevarikkad järgnesid. Tervet analüüsitööriistade komplekti pole võimalik kulguril saadaolevasse väikesesse ruumi kokku tõmmata – mõned instrumendid on ühesuurused. maja ja kulguril on vaba ruumi kingakarbi suurune – et aru saada, millest Marsi näidis koosneb, peame selle tagasi viima Maa.

Sellepärast on järgmine samm Marsil elu otsimisel pärast Perseverance'i a tagasisaatmismissiooni näidis, milles üks või mitu kosmoselaeva saadetakse Marsile, et koguda Perseverance'i kogutud kivimi- ja mullaproovid ning need Maale tagastada.

"Kui kavatsete elu otsida, on näidis tagasipöördumismissioon oluline järgmine samm," ütles Beegle. "Kuna see võimaldab teil proovi tagasi tuua, saate selle laborisse panna, teate sellest natuke ja saate sealt kõike planeerida.

"Iga kosmosemissioon eeldab, mida te sealt leiate – ja nii kujundate oma instrumente. Kuid proovi tagastamisega saate selle tagasi tuua, saate proovi kohta natuke rohkem tuvastada, kasutate palju mittepurustavaid tehnoloogiaid, nagu CT-skaneerimine ja röntgentomograafia, ning saate proovist rohkem aru, et saaksite kohandada oma katseid vastavalt näidis on.

"Nii et proovide tagastamine on tõesti väärtuslik ja väga oluline... See on oluline küsimusele, kas Marsil oli elu või mitte. Ma ei tea, kuidas te seda ilma selleta teeksite," lisas Beegle.

Jaht algab sel suvel

Perseverance kulgur peaks startima sel suvel, mõne aja pärast kahe ja poole nädalase perioodi jooksul, mis algab 17. juulil. See peaks maanduma Marsile 18. veebruaril ja sealt saab hakata oma ümbrust uurima ja proove võtma ning võib-olla isegi leida tõendeid selle kohta, et Maa pole ainus planeet, millel on elu olnud.

Toimetajate soovitused

• Kosmoloogiline pendelränne: inimeste Marsile viimise keeruline logistika
• Tõukejõu täiustamine: kuidas me saame inimesed Marsile
• Elektrijaamad teistel planeetidel: kuidas me Marsil elektrit toodame
• Hüdratsiooni kogumine: kuidas tulevased asukad Marsil vett loovad ja koguvad
• Astropõllumajandus: kuidas me Marsil põllukultuure kasvatame