Kuinka NASAn Perseverance Rover etsii elämää Marsista

Kun NASAn Perseverance-mönkijä laukaisee tänä kesänä, se kohtaa yhden kunnianhimoisimmista tehtävistä tähän mennessä kaikissa avaruustutkimusprojekteissa: Etsi todisteet elämästä Marsissa. Jos Marsissa on joskus ollut elämää, niin sitä ei läheskään varmasti ole nyt – miten sitten voit etsiä todisteita jostakin miljardeja vuosia vanhasta toiselta planeetalta?

Vastaus koskee raskainta toiselle planeetalle koskaan lähetettyä mönkijää, miljoonia vuosia vanhaa kuivunutta järvenpohjaa ja supertehokasta laseria, joka höyrystää näytteitä 20 metrin päästä. Puhuimme kahden NASAn Mars-asiantuntijan kanssa saadaksemme lisätietoja.

Marsin lyhyt historia

Mars on nykyään kylmä, karu planeetta, jolla on erittäin ohut ilmakehä, joka ei ole vieraanvarainen elämälle. Mutta miljardeja vuosia sitten se oli hyvin erilainen paikka, pintaveden peittämä ja mahdollisesti jopa valtava valtameri, joka levisi pohjoisella pallonpuoliskollaan. Nämä tekijät tarkoittavat, että se olisi joskus voinut isännöidä elämää.

"Tiedämme, että Marsin pinnalla oli runsaasti vettä sen kaukaisessa menneisyydessä", Katie Stack Morgan, Marsin geologian tutkija NASAn Jet Propulsion Labissa, sanoi. ”Meillä on siitä runsaasti todisteita… havaitsemiamme mineraaleja pinnalla, maamuodot, jotka näemme, pintaan kaiverretut laaksoverkostot Marsista, näiden suistojen esiintyminen muinaisissa kraatterijärven altaissa. Tiedämme sen pinnalla oli vettä.”

Tämä tieto johtaa muihin päätelmiin, kuten siihen, että pintalämpötilan on täytynyt olla lämpimämpi, koska nykyään on liian kylmää, jotta vesi voisi olla jatkuvasti nesteenä pinnalla. Se myös ehdottaa sitä Marsin ilmakehä oli todennäköisesti paksumpi ja rikkaampi kuin se on tänään.

On keskustelua siitä, kuinka kauan vesi oli pinnalla, mutta tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että mitä varten se oli siellä Stack Morgan kuvataan "geologisesti merkittäviksi ajanjaksoiksi".

Ja missä on nestemäistä vettä, siellä on potentiaalia elämän olemassaololle.

Miltä elämä Marsissa olisi voinut näyttää?

Tutkijat korostavat huolellisesti, että he etsivät elämää sellaisena kuin me sen tunnemme – koska olisi mahdotonta etsiä jotain täysin tuntematonta. Mutta on hyviä syitä olettaa, että jos Marsissa olisi elämää, se olisi ainakin verrattain samanlaista kuin elämä täällä maan päällä.

"Täällä maan päällä on mikrobielämän vaihtelua" Stack Morgan sanoi, riippuen ympäristötekijöistä, kuten kosteudesta, lämpötiloista, korkeudesta ja monista muista. "Mutta yksi syy, miksi odotamme elämän, jos sitä olisi Marsissa, olevan ainakin tunnistettavissa, on se, että Kuten näemme, Marsin asetukset olivat kerran hyvin samankaltaisia ​​kuin meillä olevat asetukset Maapallo."

Tiedämme, että Marsissa oli järviä, kuten maan päällä, sekä ominaisuuksia, kuten suistoja ja vuoria. Tiedämme, että niitä on orgaanisia molekyylejä Marsissa, joka on voinut olla elämän luoma, mutta se on voinut syntyä myös muista luonnollisista prosesseista. Jossain vaiheessa planeetan historiaa se saattoi olla ei niin erilainen kuin maapallo tänään.

"Meillä on täysi syy uskoa, että mikrobit, jos niitä olisi Marsissa, sopeutuisivat samalla tavalla kuin maapallon mikrobit ovat sopeutuneet", Stack Morgan sanoi. "Sikäli kuin tiedämme, meillä oli samat ainekset elämään Marsissa kuin täällä maan päällä. Tämä luo luottamusta siihen, että jos elämää Marsissa olisi joskus ollut, tunnistaisimme sen."

Miltä todisteet elämästä näyttävät

Joten miten voimme havaita jotain, joka on ehkä joskus ollut elossa?

Valitettavasti "ei ole tricorderia", Luther Beegle, SHERLOCin (Scanning Habitable) päätutkija Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals) instrumentti Perseverance-mönkijässä, sanoi. "Ei ole mitään, mitä voisi osoittaa johonkin ja sanoa: "Voi, siellä on elämää." Sinun täytyy kahlata läpi paljon tietoa, tarkastella kaikkea yhdessä ja tehdä tieteellisiä johtopäätöksiä.

"Etsimme niin sanottuja mahdollisia bioallekirjoituksia", Beegle selitti. "Missä tahansa aurinkokunnan kehossa, ellei jokin heiluta sinulle, en ole varma, voisiko sitä kutsua elämäksi vai ei. Meillä on vakava tieteellinen keskustelu tässä yhteisössä siitä, mitä elämä on ja miten sen havaitsee."

Olisi helppoa havaita tällä hetkellä eläviä mikro-organismiyhteisöjä, kuten bakteerimattoja. Mutta on erittäin epätodennäköistä, että löytäisimme tällä hetkellä eläviä organismeja Marsista, joten tutkijat etsivät sen sijaan todisteita siitä, että nämä yhteisöt ovat saattaneet olla olemassa menneisyydessä.

"Mutta on vaikea sanoa, millaisia ​​nämä yhteisöt olisivat kahden [miljardin] - kolmen miljardin vuoden pinnalla istumisen jälkeen", Beegle sanoi. "Joten meidän on vaikea tietää, minkä mittauksen voisimme tehdä, jotta voisimme sanoa: "Tämä oli ehdottomasti elossa."

"Voimme sanoa:" Tämä on todella mielenkiintoinen näyte. On hyvä mahdollisuus, että tämä oli elossa kauan sitten. Meidän pitäisi tuoda tämä näyte takaisin ja tarkastella sitä maanpäällisessä laboratoriossa." Ja sitten voit päästä tieteelliseen yksimielisyyteen."

Kuinka metsästää muukalaisfossiilia

Mitä tulee todisteiden löytämiseen näytteistä, ensimmäinen ja ilmeisin tapa on yksinkertaisesti etsiä niitä.

"Ensimmäinen tapa etsiä merkkejä muinaisesta elämästä on kamerasi" Stack Morgan selitti. "Kuvitet ympärilläsi olevaa maastoa ja etsit niin kutsuttuja morfologisia piirteitä - muotoja ja kivien tekstuurit - jotka näyttävät epätavallisilta tai joita ei ehkä ole muodostettu fyysisesti prosessit. Joten helpoin esimerkki, jonka voit ajatella täällä maan päällä, on dinosauruksen luu, mitä tulee esimerkkeihin makroskooppisista todisteista elämästä ja karismaattisesta megafaunasta.

"Mutta odotamme Marsin etsinnän vaativan enemmän hienovaraisuutta. Koska aiemmilla rover-lennoilla ei ole havaittu megafaunaa millään tavalla, joten jos etsimme elonmerkkejä, se on todennäköisesti mikrobien mittakaavassa.

Ymmärtääksemme, miltä todisteet mikrobielämästä Marsissa voivat näyttää, voimme tarkastella kiviä täällä maan päällä ja kuinka ne säilyttävät merkkejä muinaisesta elämästä. "Etsimme kivistä erittäin hienoja mittakaavamuotoja ja tekstuureja," Stack Morgan sanoi. "Mutta myös sellaisia ​​kivikerroksia, jotka ehkä rypistyvät epätavallisella tavalla. Tai ehkä malleja, joita emme odottaneet."

Toinen tapa etsiä elämän merkkejä on keskittyä kivien koostumukseen, erityisesti mahdollisten orgaanisten aineiden läsnäoloon. Orgaanisten aineiden ja epätavallisten kivikuvioiden yhdistelmä voi viitata siihen, että siellä on joskus eletty elämää.

Tämä koostumuksen ja tekstuurin yhdistelmä on juuri se, mitä Beeglen instrumentti SHERLOC on suunniteltu tutkimaan. Ja toisin kuin aiemmat roverit, se voi tutkia näytteitä tuhoamatta kivien rakennetta. "Juuri näin me etsimme todisteita muinaisesta elämästä omalta rock-levyltämme täällä maan päällä." Stack Morgan sanoi. "Ja voimme tehdä sen nyt Marsissa."

Valon käyttäminen kivien analysointiin

SHERLOCin tärkein työkalu on sen spektrometri, joka käyttää valoa nähdäkseen, mistä näyte on tehty. "Säästät valoa johonkin ja katsot sen lähettämän valon aallonpituutta, joka kertoo, minkä värinen se on", Beegle selitti. "Ja katsomalla sitä väriä voit kertoa jotain näytteestä."

Spektroskopiatyyppejä on monia eri tyyppejä, kuten Perseverancen SuperCam-laitteen suorittama laser-indusoitu hajoamisspektroskopia, jossa suuritehoinen laser höyrystää näytteen ja analysoi vapautuneet yhdisteet. Mutta etsiäksesi todisteita elämästä, sinun on katsottava pienemmässä mittakaavassa ja käytettävä mieluiten tuhoamatonta menetelmää, jotta sinun ei tarvitse tuhota näytettä analysoidaksesi sitä.

SHERLOC käyttää tuhoamatonta menetelmää, jota kutsutaan ramanspektroskopiaksi. "Ramaanispektroskopiassa voit kertoa, onko jokin aminohappo vai karbonaatti, onko se hiili vai jotain muuta", Beegle selitti. SHERLOC voi myös suorittaa fluoresenssispektroskopiaa, joka voi havaita orgaanisten molekyylien läsnäolon.

Yhdessä käytettynä nämä menetelmät voivat antaa tietoa näytteestä, kuten onko se orgaaninen, onko se muodostunut nestemäisessä ympäristössä, onko se ollut korkeassa lämpötilassa ja niin edelleen. SHERLOC-tiedot voidaan myös yhdistää muiden Perseverance-instrumenttien, kuten PIXL: n (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) tai Mastcam-Z: n kameroita, jotta saat täydellisemmän kuvan siitä, mistä näytteestä koostuu /.

Erityisen arvokkaita tutkimuksen kannalta ovat sedimenttikivet, jotka muodostuvat kerroksittain ajan myötä. Jos Perseverance pystyy löytämään ja analysoimaan tällaisen näytteen, se voisi mahdollisesti nähdä, kuinka Marsin ympäristö on kehittynyt tuhansien vuosien aikana – ja se saattaa jopa saada vilauksen jotain karbonaattikerrosta basalttikerrosten sisällä, mikä viittaa siihen, että jotain harvinaista ja tärkeää tapahtui tiettynä ajankohtana alueella historia.

Laskeutumispaikan valinta

Elämänmerkkien metsästäminen ei kelpaa mihinkään Marsiin. NASA on nimenomaan valinnut Jezero-kraatterin etsintää varten, koska siinä on erityispiirteitä, jotka tekevät siitä todennäköisimmän paikan, jonka olemme tähän mennessä löytäneet, jossa on säilynyt todisteita elämästä.

"Jezero on hyvin erityinen paikka Marsissa" Stack Morgan sanoi, koska siellä oli delta. "On satoja muinaisia ​​kraatterialtaita, joissa ihmiset uskovat olevan järviä, mukaan lukien Galen kraatteri [jossa Curiosity-mönkijä parhaillaan tutkii]. Mutta jokaisessa kraatterissa ei ole suistoa säilynyt. Delta on maamuoto, joka syntyy, kun joki avautuu suureen altaaseen ja laskee sedimenttinsä."

Delta tarjoaa lisätodisteita siitä, että vesi oli kerran paikalla, ja tarkoittaa, että siellä on mielenkiintoisia kiviä tutkittavana.

"Jezerosta tekee erityisen erikoisen myös se, että siinä on sisääntulolaakso, jossa vesi virtaa sisään, mutta mikä tekee siitä melkein ainutlaatuisen, on poistolakso." Stack Morgan sanoi. "Se on yksinkertainen, hienovarainen asia, mutta on huomattavaa, kuinka tärkeää se on, koska jos sinulla on sisääntulolaakso, tiedät, että veden täytyi virrata sisään. Mutta jos sinulla on ulostulolaakso, tiedät, että veden piti täyttyä ulostulolaakson tasolle asti."

Jos järvi olisi matala, se olisi saattanut kuivua ajoittain eikä se olisi ollut vieraanvarainen elämään. Mutta jos järvi olisi riittävän syvä seisomaan vesistönä pitkään, se olisi paljon todennäköisempi paikka elämän kehittymiselle ja valloilleen.

"Jezerolla ei ole vain maamuotoa, joka osoittaa, että siellä oli vettä, mutta meillä on myös todisteita siitä, että koko kraatteri täyttyi." Stack Morgan sanoi. "Tämä auttaa lisäämään luottamustamme siihen, että Jezero on hyvä paikka etsiä elämää tavalla, että muut paikat, mukaan lukien Gale, ovat vähän enemmän uhkapeliä."

Toinen asia, joka tekee Jezerosta ainutlaatuisen, ovat mineraalit, joita voimme havaita siellä. "Jezero-kraatteri on ainoa näistä muinaisista kraatterijärven altaista, jossa on karbonaattimineraaleja." Stack Morgan sanoi. Maan karbonaatit muodostavat fossiilien rakenteellisen perustan, ja niitä löytyy koralliriutoista, kuten Australian Isosta valliriutasta. Niiden löytäminen Marsin järvialtaalta voi viitata samaan asiaan.

Ei vain karbonaatteja, vaan myös niitä sijaitsee kraatterin sisäreunan ympärillä, jossa järvi olisi ollut matala, mistä odotimme niitä löytävän. Karbonaatit ovat "todella hyviä säilyttämään todisteita elämästä", Stack Morgan sanoi. "Joten jos sinun olisi valittava paikka Marsista mennäksesi etsimään elämää, menisit matalan järviympäristön karbonaattiseen sisärenkaaseen" - mitä Jezero-kraatteri tarjoaa.

Palautetaan näytteitä Maahan

Vaikka yleisöllä on usein ajatus taikakoneesta, joka voi analysoida näytteitä välittömästi ja nähdä, mistä ne on tehty, à la CSI, Todellisuus on, että näytteiden analysointiprosessi kestää kauan ja koostuu monista vaiheista, jotka on tehtävä huolellisesti seurasi. Ei ole mahdollista kutistaa kokonaista analyysityökalusarjaa roverin pieneen tilaan – osa instrumenteista on kooltaan talo, ja mönkijän käytettävissä oleva tila on kenkälaatikon kokoinen – jotta voisimme todella ymmärtää, mistä marsilainen näyte koostuu, meidän on saatava se takaisin Maapallo.

Siksi seuraava askel elämän etsimisessä Marsista Perseverancen jälkeen on a esimerkki paluutehtävästä, jossa yksi tai useampi avaruusalus lähetetään Marsiin keräämään Perseverancen keräämät kivi- ja maanäytteet ja palauttamaan ne Maahan.

"Jos aiot etsiä elämää, näytepaluutehtävä on olennainen seuraava askel", Beegle sanoi. ”Koska sen avulla voit tuoda näytteen takaisin, voit laittaa sen laboratorioon, tietää siitä vähän ja sitten voit suunnitella kaiken sieltä.

"Jokainen avaruustehtävä olettaa, mitä aiot löytää sieltä – ja näin suunnittelet instrumenttisi. Mutta näytteen palauttamisen avulla voit palauttaa sen, tunnistat näytteestä hieman enemmän, käytät paljon tuhoamatonta tekniikoita, kuten CT-skannauksia ja röntgentomografiaa, ja ymmärrät enemmän näytteestä, jotta voit räätälöidä kokeesi sen mukaan, mitä näyte on.

”Joten näytteen palauttaminen on todella arvokasta ja todella tärkeää… Se on elintärkeää kysymyksessä, oliko Marsissa elämää vai ei. En tiedä kuinka tekisit sen ilman sitä", Beegle lisäsi.

Metsästys alkaa tänä kesänä

Perseverance-mönkijän on määrä lähteä liikkeelle tänä kesänä, jonkin aikaa kahden ja puolen viikon aikana, joka alkaa 17. heinäkuuta. Sen pitäisi laskeutua Marsiin 18. helmikuuta, ja sieltä se voi alkaa tutkia ympäristöään ja ottaa näytteitä ja ehkä jopa löytää todisteita siitä, että Maa ei ole ainoa planeetta, jolla on ollut elämää.

Toimittajien suositukset

• Kosmologinen työmatka: Hankala logistiikka ihmisten saattamiseksi Marsiin
• Propulsion parantaminen: Miten saamme ihmiset Marsiin
• Voimalaitokset muilla planeetoilla: Kuinka tuotamme sähköä Marsissa
• Nesteytys: kuinka tulevat uudisasukkaat luovat ja keräävät vettä Marsiin
• Astromaatalous: Kuinka kasvatamme satoja Marsissa