כיצד רובר ההתמדה של נאס"א יחפש חיים על מאדים

כשהרובר Perseverance של נאס"א ישוגר בקיץ הקרוב, הוא יעמוד בפני אחת המשימות השאפתניות ביותר בכל פרויקט חקר החלל עד כה: כדי לחפש עדות לחיים על מאדים. אם אי פעם היו חיים על מאדים, כמעט בוודאות שאין עכשיו - אז איך אתה הולך לצוד עדות למשהו בן מיליארדי שנים בכוכב אחר?

התשובה כוללת את הרובר הכבד ביותר שנשלח אי פעם לכוכב אחר, ערוגת אגם מיובשת בת מיליוני שנים, ולייזר בעל עוצמה שמאדה דגימות ממרחק של 20 רגל. דיברנו עם שני מומחי מאדים של נאס"א כדי לברר יותר.

היסטוריה קצרה של מאדים

מאדים היום הוא כוכב לכת קר ועקר עם אטמוספירה דקה מאוד שאינה מסבירת פנים לחיים. אבל לפני מיליארדי שנים, זה היה מקום שונה מאוד, מכוסה במים עיליים ואולי אפילו אירח אוקיינוס ​​עצום שהתפשט על פני חצי הכדור הצפוני שלו. גורמים אלה פירושם שהוא יכול היה פעם לארח את החיים.

"מה שאנחנו כן יודעים זה שהיו מים בשפע על פני מאדים בעבר הרחוק שלו," קייטי סטאק מורגן, חוקר בגיאולוגיה של מאדים במעבדת הנעת סילון של נאס"א, אמר. "יש לנו ראיות רבות לכך ב... מינרלים שאנו רואים על פני השטח, צורות האדמה שאנו רואים, ה רשתות עמק חצובות על פני השטח של מאדים, נוכחותן של דלתות אלו באגני אגמי המכתש העתיקים. אנחנו יודעים את זה מים היו שם על פני השטח.”

ידע זה מוביל למסקנות אחרות כגון שטמפרטורת פני השטח חייבת להיות חמה יותר, מכיוון שכיום קר מכדי למים להתקיים ברציפות כנוזל על פני השטח. זה גם מרמז על כך סביר להניח שהאטמוספירה של מאדים הייתה עבה ועשירה יותר ממה שהוא היום.

יש ויכוח על כמה זמן בדיוק היו המים על פני השטח, אבל מדענים מסכימים שהם היו שם בשביל מה מחסנית מורגן מתואר כ"פרקי זמן משמעותיים מבחינה גיאולוגית".

ובמקום שיש מים נוזליים, יש פוטנציאל לקיומם של חיים.

איך יכולים היו להיראות החיים על מאדים?

חוקרים מקפידים להדגיש שהם מחפשים חיים כפי שאנו מכירים אותם - כי אי אפשר יהיה לחפש משהו לגמרי לא מוכר. אבל יש סיבות טובות להניח שאם היו חיים על מאדים, הם היו דומים לפחות באופן דומה לחיים כאן על כדור הארץ.

"יש שונות של חיים מיקרוביאליים כאן על כדור הארץ," מחסנית מורגן אמר, בהתאם לגורמים סביבתיים כמו לחות, טמפרטורות, גובה ועוד רבים אחרים. "אבל אחת הסיבות שאנחנו מצפים שהחיים, אם הם היו קיימים על מאדים, יהיו לפחות ניתנים לזיהוי, היא שבכל זאת כפי שאנו יכולים לראות, סוגי ההגדרות על מאדים היו פעם דומים מאוד לסוגי ההגדרות שיש לנו כדור הארץ."

אנו יודעים שהיו אגמים על מאדים, בדיוק כמו אלה בכדור הארץ, כמו גם מאפיינים כמו דלתות והרים. אנחנו יודעים שיש מולקולות אורגניות על מאדים, שיכול להיווצר על ידי חיים אבל יכול היה להיווצר גם מתהליכים טבעיים אחרים. בשלב מסוים בהיסטוריה של הפלנטה, ייתכן שזה היה כך לא כל כך שונה מכדור הארץ היום.

"יש לנו את כל הסיבות להאמין שמיקרובים, אם הם היו קיימים על מאדים, היו מסתגלים באותן דרכים שהחיידקים בכדור הארץ הסתגלו", אמר סטאק מורגן. "ככל שאנו יודעים, היו לנו אותם מרכיבים לחיים על מאדים כמו שהיו לנו כאן על כדור הארץ. אז זה יוצר ביטחון שאם חיים על מאדים היו קיימים פעם, היינו מזהים אותם".

איך נראית עדות לחיים

אז איך אנחנו מזהים משהו שאולי היה פעם בחיים?

למרבה הצער, "אין טריקורדר", לותר ביגל, החוקר הראשי של ה-SHERLOC (Scanning Habitable מכשיר סביבות עם ראמאן וזוהר עבור חומרים אורגניים וכימיקלים) על הרובר Perseverance, אמר. "אין שום דבר שאתה יכול להצביע על משהו ולהגיד, 'אה, יש חיים'. זה הרבה מידע שאתה צריך לדשדש בו, להסתכל על הכל ביחד ולהגיע למסקנה מדעית".

"אנחנו מחפשים את מה שאנחנו מכנים חתימות ביו פוטנציאליות", הסביר ביגל. "בכל גוף נתון במערכת השמש, אלא אם כן משהו מתנופף אליך, אני לא בטוח אם אתה יכול לקרוא לזה חיים או לא. יש לנו ויכוח מדעי רציני בקהילה הזו על מה זה חיים ואיך אתה מזהה אותם".

זה יהיה קל לזהות קהילות מיקרואורגניזמים החיים כיום כמו מחצלות חיידקים. אבל זה מאוד לא סביר שנמצא אורגניזמים חיים כיום על מאדים, אז מדענים במקום זאת מחפשים ראיות לכך שהקהילות הללו היו קיימות בעבר.

"אבל קשה לומר איך ייראו הקהילות האלה אחרי שניים [מיליארדים] עד שלושה מיליארד שנים של ישיבה על פני השטח", אמר ביגל. "אז קשה לנו לדעת איזו מדידה אחת נוכל לקחת שתאפשר לנו לומר: 'זה בהחלט חי'.

"מה שאנחנו יכולים לעשות זה לומר, 'זה מדגם ממש מעניין. יש סיכוי טוב שזה היה חי לפני הרבה זמן. אנחנו צריכים להחזיר את הדגימה הזו ולהסתכל עליה במעבדה יבשתית.' ואז אתה יכול להגיע לקונצנזוס מדעי".

איך לצוד מאובן חייזר

כאשר מדובר בעצם באיתור ראיות בדגימות, השיטה הראשונה והברורה ביותר היא פשוט לחפש אותן.

"הדרך הראשונה שבה אתה מחפש סימני חיים עתיקים היא באמצעות המצלמות שלך," מחסנית מורגן הסביר. "אתה מדמיין את השטח סביבך ואתה מחפש את מה שאנו מכנים תכונות מורפולוגיות - צורות ו מרקמים בסלעים - שנראים יוצאי דופן או שאולי לא נוצרו על ידי פיזי תהליכים. אז, הדוגמה הקלה ביותר שתוכלו לחשוב עליה כאן על פני כדור הארץ היא עצם דינוזאור, במונחים של דוגמאות של עדויות מקרוסקופיות לחיים ומגה-פאונה כריזמטית.

"אבל אנחנו מצפים שהחיפוש על מאדים ידרוש יותר עדינות. מכיוון שבמשימות רובר קודמות לא נצפו מגה-פאונה בשום צורה, אז אם אנחנו מחפשים סימני חיים, זה כנראה בקנה מידה מיקרוביאלי".

אז כדי להבין איך עשויות להיראות עדויות לחיים מיקרוביאליים על מאדים, נוכל להסתכל על הסלעים כאן על כדור הארץ וכיצד הם משמרים סימני חיים עתיקים. "אנחנו מחפשים צורות ומרקמים בקנה מידה עדינים מאוד בסלעים," מחסנית מורגן אמר. "אבל גם דברים כמו שכבות סלע, ​​שאולי מתקמטות בצורה יוצאת דופן. או אולי דפוסים שלא היינו מצפים להם".

הדרך האחרת לחפש סימני חיים היא להתמקד בהרכב הסלעים, במיוחד בנוכחותם של חומרים אורגניים פוטנציאליים. נוכחותם של חומרים אורגניים ומרקמי הסלע יוצאי הדופן בשילוב יכולים להצביע על כך שפעם חיו שם חיים.

השילוב הזה של קומפוזיציה ומרקם הוא בדיוק מה שהמכשיר SHERLOC של ביגל תוכנן לחקור. ובניגוד לרוברים קודמים, הוא יכול לחקור דגימות מבלי להרוס את מרקם הסלעים. "זה בדיוק איך אנחנו מחפשים עדויות לחיים עתיקים בתקליט הסלע שלנו כאן על כדור הארץ," מחסנית מורגן אמר. "ואנחנו יכולים עכשיו לעשות את זה על מאדים."

שימוש באור לניתוח סלעים

הכלי החשוב ביותר של SHERLOC הוא הספקטרומטר שלו, שמשתמש באור כדי לראות ממה מורכבת דגימה. "אתה מאיר באור על משהו ואתה מסתכל על אורך הגל של האור שהוא פולט, מה שאומר לך איזה צבע זה," הסביר ביגל. "ועל ידי הסתכלות על הצבע הזה, אתה יכול לספר משהו על המדגם."

ישנם סוגים רבים ושונים של ספקטרוסקופיה, כגון ספקטרוסקופיה של פירוק הנגרמת על ידי לייזר המבוצעת על ידי מכשיר ה-SuperCam של Perseverance, שבה לייזר בעל עוצמה גבוהה מאדה דגימה ומנתח את התרכובות שניתנו. אבל כדי לחפש עדות לחיים, אתה צריך להסתכל בקנה מידה קטן יותר ועדיף להשתמש בשיטה לא הרסנית, כדי שלא תצטרך להשמיד דגימה כדי לנתח אותה.

SHERLOC משתמש בשיטה לא הרסנית הנקראת ספקטרוסקופיה ראמאן. "בספקטרוסקופיה של ראמאן, אתה יכול לדעת אם משהו הוא חומצת אמינו, או אם זה קרבונט, או אם זה פחם, או משהו אחר", הסביר ביגל. SHERLOC יכול גם לבצע ספקטרוסקופיה פלואורסצנטית, שיכולה לזהות נוכחות של מולקולות אורגניות.

בשימוש יחד, שיטות אלו יכולות לתת מידע על דגימה כגון האם היא אורגנית, האם היא נוצרה בסביבה נוזלית, האם היא הייתה בטמפרטורה גבוהה וכו'. ניתן לשלב את נתוני SHERLOC גם עם נתונים ממכשירי התמדה אחרים כמו PIXL (מכשיר פלנטרי עבור רנטגן Lithochemistry) או המצלמות ב- Mastcam-Z כדי לתת תמונה מלאה יותר של מה מורכב כל דוגמה נתונה שֶׁל.

חשובים במיוחד למחקר הם סלעי משקע שנוצרים בשכבות לאורך זמן. אם התמדה תוכל למצוא ולנתח דגימה כזו, היא עשויה לראות כיצד הסביבה על מאדים התפתחה במשך אלפי שנים - והיא עשויה אפילו לקבל הצצה ל משהו כמו שכבת קרבונט בתוך חבורה של שכבות בזלת, מה שמרמז שמשהו נדיר וחשוב קרה בנקודת זמן מסוימת באזור הִיסטוֹרִיָה.

בחירת מקום נחיתה

כדי לחפש סימני חיים, לא כל נקודה על מאדים תתאים. נאס"א בחרה במיוחד במכתש Jezero לחיפוש, מכיוון שיש לו תכונות מיוחדות שהופכות אותו למקום הסביר ביותר שמצאנו עד כה שישמרו עדויות לחיים.

"Jezero הוא מקום מאוד מיוחד במאדים," מחסנית מורגן אמר, עקב הימצאות דלתא שם. "יש מאות אגני מכתש עתיקים שאנשים חושבים שהיו בהם אגמים, כולל מכתש גייל [שבו חוקר כעת הרובר Curiosity]. אבל לא בכל מכתש השתמרה דלתא. דלתא היא צורת האדמה הנוצרת כאשר נהר נפתח לאגן גדול ומפקיד את המשקעים שלו."

דלתא מספקת עדות נוספת לכך שהמים היו פעם באתר, ומשמעותה שיהיו סלעים מעניינים לחקור.

"מה שהופך את ג'זרו למיוחד מאוד הוא שיש לו עמק כניסות אליו זורמים המים, אבל מה שהופך אותו כמעט לייחודי הוא הנוכחות של עמק מוצא." סטאק מורגן אמר. "זה דבר פשוט ועדין, אבל זה מדהים כמה זה חשוב, כי אם יש לך עמק כניסות, אתה יודע שהמים היו צריכים לזרום פנימה. אבל אם יש לך עמק מוצא, אתה יודע שהמים היו צריכים להתמלא עד לגובה עמק היציאה".

אם אגם היה רדוד, ייתכן שהוא היה מתייבש לסירוגין ולא היה מכניס אורחים לחיים. אבל אם אגם היה עמוק מספיק כדי להיות גוף מים עומד לאורך זמן, זה יהיה מיקום הרבה יותר סביר שהחיים יתפתחו ויתפסו.

"לג'זרו יש לא רק את צורת האדמה שמראה לנו שהיו שם מים, אלא יש לנו גם הוכחות לכך שכל המכתש התמלא." סטאק מורגן אמר. "זה מה שעוזר להגביר את הביטחון שלנו בכך שג'זרו הוא מקום טוב לחפש בו את החיים, באופן שבו מקומות אחרים כולל גייל הם קצת יותר הימור".

דבר נוסף שמייחד את Jezero הוא המינרלים שאנו יכולים לצפות בהם. "מכתש ג'זרו הוא היחיד מבין אגני אגמי המכתש העתיקים האלה שיש בו מינרלים קרבונטים," מחסנית מורגן אמר. הקרבונטים על פני כדור הארץ מהווים את הבסיס המבני של מאובנים ונמצאים בשוניות אלמוגים, כמו שונית המחסום הגדולה באוסטרליה. מציאתם באגן אגם על מאדים יכול להצביע על אותו דבר.

לא רק קרבונטים קיימים - הם גם קיימים ממוקם סביב השפה הפנימית של המכתש, היכן שהאגם ​​היה רדוד, וזה המקום שבו היינו מצפים למצוא אותם. קרבונטים "טובים באמת בשימור ראיות לכל החיים", מחסנית מורגן אמר. "אז אם היית צריך לבחור מקום על מאדים כדי ללכת לחפש חיים, היית הולך לטבעת הפנימית הקרבונטית של סביבת אגם רדודה" - וזה בדיוק מה שמציע מכתש ג'זרו.

מחזירים דגימות לכדור הארץ

למרות שלעתים קרובות יש לציבור רעיון של מכונת קסם שיכולה לנתח דגימות באופן מיידי ולראות ממה הן עשויות, à la CSI, המציאות היא שתהליך ניתוח המדגם אורך זמן רב ומורכב משלבים רבים שצריכים להיות קפדניים בעקבותיו. לא ניתן לכווץ חבילה שלמה של כלי ניתוח לכמות הזעירה של המקום הפנוי על רובר - חלק מהמכשירים הם בגודל של הבית, והשטח הפנוי על הרובר הוא בגודל של קופסת נעליים - אז כדי להבין באמת ממה מורכבת מדגם מאדים, עלינו להחזיר אותו ל כדור הארץ.

לכן השלב הבא בחיפוש אחר חיים על מאדים לאחר התמדה הוא א משימת החזרה לדוגמה, שבה חללית אחת או יותר נשלחים למאדים כדי לאסוף את דגימות הסלע והאדמה ש- Perseverance אסף ולהחזיר אותם לכדור הארץ.

"אם אתה מתכוון לחפש חיים, משימת החזרה לדוגמה היא הצעד הבא החיוני", אמר ביגל. "מכיוון שזה מאפשר לך להחזיר דגימה, אתה יכול לשים אותה במעבדה, אתה יודע קצת על זה, ואז אתה יכול לתכנן הכל משם.

"מה שכל משימת חלל עושה זה להניח מה אתה הולך למצוא שם - וכך אתה מעצב את המכשירים שלך. אבל עם החזרת מדגם, אתה יכול להחזיר אותו, אתה מזהה קצת יותר על המדגם, אתה משתמש בהרבה דברים לא הרסניים טכנולוגיות כמו סריקות CT וטומוגרפיית רנטגן, ואתה מבין יותר על המדגם כדי שתוכל להתאים את הניסויים שלך למה מדגם הוא.

"אז החזרת דגימות היא באמת בעלת ערך, וחשובה באמת... היא חיונית לשאלה האם היו חיים על מאדים או לא. אני לא יודע איך היית עושה את זה בלעדיו," הוסיף ביגל.

הציד מתחיל בקיץ הקרוב

הרובר Perseverance אמור לצאת לדרך בקיץ הקרוב, מתישהו בפרק זמן של שבועיים וחצי שמתחיל ב-17 ביולי. הוא אמור לנחות על מאדים ב-18 בפברואר, ומשם הוא יכול להתחיל לחקור את סביבתו ולקחת דגימות, ואולי אפילו למצוא ראיות לכך שכדור הארץ אינו כוכב הלכת היחיד שאירח חיים.

המלצות עורכים

• נסיעה קוסמולוגית: הלוגיסטיקה המסובכת של העלאת אנשים על מאדים
• השלמת הנעה: איך נביא בני אדם למאדים
• תחנות כוח בכוכבי לכת אחרים: איך ניצור חשמל על מאדים
• הידרציה לקציר: כיצד מתיישבים עתידיים ייצרו ויאספו מים על מאדים
• אסטרו חקלאות: איך נצמיח יבולים על מאדים