Kaip NASA „Perseverance Rover“ ieškos gyvybės Marse

Kai šią vasarą paleis NASA marsaeigį „Perseverance“, jo laukia viena ambicingiausių iki šiol vykdomų kosminių tyrimų projektų misijų: ieškoti gyvybės Marse įrodymų. Jei Marse kada nors buvo gyvybės, dabar jos beveik tikrai nėra – taigi kaip ieškoti įrodymų, kad kitoje planetoje yra kažkas milijardų metų senumo?

Atsakymas apima sunkiausią kada nors į kitą planetą išsiųstą marsaeigį, milijonus metų senumo išdžiūvusį ežero dugną ir galingą lazerį, kuris garuoja mėginius iš 20 pėdų atstumu. Norėdami sužinoti daugiau, kalbėjomės su dviem NASA Marso ekspertais.

Trumpa Marso istorija

Marsas šiandien yra šalta, nevaisinga planeta su labai plona atmosfera, kuri yra nesvetinga gyvybei. Tačiau prieš milijardus metų tai buvo visiškai kitokia vieta, padengta paviršiniu vandeniu ir galbūt net didžiulis vandenynas, besidriekiantis šiauriniame pusrutulyje. Šie veiksniai reiškia, kad kažkada jame galėjo būti gyvybė.

„Mes žinome, kad Marso paviršiuje tolimoje praeityje buvo daug vandens“, – sakė Katie Stack Morgan, NASA reaktyvinio judėjimo laboratorijos Marso geologijos tyrinėtojas, sakė. „Turime daug įrodymų, kad... mineralų, kuriuos stebime paviršiuje susidaro žemės formos, kurias matome paviršiuje išraižyti slėnio tinklai Marso, šių deltų buvimas senovės kraterių ežerų baseinuose. Mes tai žinome paviršiuje buvo vandens.”

Šios žinios leidžia daryti kitas išvadas, pavyzdžiui, kad paviršiaus temperatūra turėjo būti šiltesnė, nes šiandien per šalta, kad vanduo paviršiuje nuolat egzistuotų kaip skystis. Tai taip pat rodo Tikėtina, kad Marso atmosfera buvo storesnė ir turtingesnė nei yra šiandien.

Vyksta diskusijos, kiek tiksliai vanduo buvo paviršiuje, tačiau mokslininkai sutinka, kad dėl ko jis ten buvo Stakas Morganas apibūdinami kaip „geologiškai reikšmingi laikotarpiai“.

O ten, kur yra skysto vandens, ten gali egzistuoti gyvybė.

Kaip galėjo atrodyti gyvybė Marse?

Tyrėjai atsargiai pabrėžia, kad jie ieško gyvenimo, kaip mes jį žinome, nes būtų neįmanoma ieškoti kažko visiškai nepažįstamo. Tačiau yra rimtų priežasčių manyti, kad jei Marse būtų gyvybė, ji būtų bent jau panašiai kaip gyvybė čia Žemėje.

„Čia Žemėje yra įvairių mikrobų gyvybės“, Stakas Morganas sakė, priklausomai nuo aplinkos veiksnių, tokių kaip drėgmė, temperatūra, aukštis ir daugelis kitų. „Tačiau viena iš priežasčių, kodėl tikimės, kad gyvybė, jei ji egzistuotų Marse, būtų bent jau atpažįstama, yra ta, kad kaip matome, Marso nustatymų tipai kažkada buvo labai panašūs į mūsų turimus nustatymus Žemė“.

Žinome, kad Marse buvo ežerų, kaip ir Žemėje, taip pat tokių objektų kaip deltos ir kalnai. Žinome, kad yra organinės molekulės Marse, kurį galėjo sukurti gyvybė, bet galėjo atsirasti ir dėl kitų gamtos procesų. Tam tikru planetos istorijos momentu tai galėjo būti ne taip skiriasi nuo Žemės šiandien.

„Turime visas priežastis manyti, kad mikrobai, jei jie egzistuotų Marse, prisitaikytų taip pat, kaip prisitaikė mikrobai Žemėje“, – sakė Stackas Morganas. „Kiek žinome, Marse turėjome tuos pačius gyvybės ingredientus, kaip ir Žemėje. Taigi tai sukuria pasitikėjimą, kad jei gyvybė Marse kadaise egzistavo, mes ją atpažintume.

Kaip atrodo gyvybės įrodymas

Taigi, kaip atpažinti tai, kas kažkada galėjo būti gyva?

Deja, "nėra trikorterio", Lutheris Beegle'as, pagrindinis SHERLOC (Scanning Habitable) tyrėjas. Aplinkos su Raman ir Luminescence for Organics and Chemicals) instrumentas „Perseverance rover“, sakė. „Nėra nieko, ką galėtum nukreipti į ką nors ir pasakyti: „O, čia yra gyvenimas.

„Mes ieškome to, ką vadiname potencialiais biologiniais parašais“, - paaiškino Beegle. „Nežinau, ar galite tai pavadinti gyvenimu, ar ne, bet kuriame Saulės sistemos kūne, nebent kažkas jums mojuoja. Šioje bendruomenėje vyksta rimtos mokslinės diskusijos apie tai, kas yra gyvybė ir kaip ją aptinkate.

Būtų nesunku aptikti šiuo metu gyvų mikroorganizmų bendruomenes, tokias kaip bakterijų kilimėliai. Tačiau mažai tikėtina, kad Marse rasime šiuo metu gyvų organizmų, todėl mokslininkai ieško įrodymų, kad šios bendruomenės galėjo egzistuoti praeityje.

„Tačiau sunku pasakyti, kokios šios bendruomenės atrodytų po dviejų [milijardų] iki trijų milijardų metų sėdėjimo paviršiuje“, – sakė Beegle. „Taigi mums sunku žinoti, kokį matavimą galėtume atlikti, kad galėtume pasakyti: „Tai tikrai buvo gyva“.

„Ką galime padaryti, tai pasakyti:„ Tai tikrai įdomus pavyzdys. Yra didelė tikimybė, kad tai gyvavo seniai. Turėtume sugrąžinti šį pavyzdį ir pažvelgti į jį antžeminėje laboratorijoje.“ Ir tada jūs galite pasiekti mokslinį sutarimą.

Kaip sumedžioti ateivių fosiliją

Kalbant apie faktinį įrodymų paiešką pavyzdžiuose, pirmasis ir akivaizdžiausias būdas yra tiesiog jų ieškoti.

„Pirmasis būdas ieškoti senovės gyvybės ženklų yra fotoaparatai“, Stakas Morganas paaiškino. „Įsivaizduojate jus supantį reljefą ir ieškote to, ką vadiname morfologinėmis savybėmis – formomis ir uolienų tekstūros – kurios atrodo neįprastos arba galbūt nesusidarė fizinės procesus. Taigi, paprasčiausias pavyzdys, kurį galite įsivaizduoti čia, Žemėje, yra dinozauro kaulas, kalbant apie makroskopinių gyvybės įrodymų ir charizmatiškos megafaunos pavyzdžius.

„Tačiau tikimės, kad paieška Marse pareikalaus daugiau subtilumo. Kadangi ankstesnės marsaeigių misijos niekaip nepastebėjo megafaunos, taigi, jei ieškome gyvybės ženklų, tai greičiausiai mikrobų mastu.

Taigi, norėdami suprasti, kaip gali atrodyti mikrobų gyvybės Marse įrodymai, galime pažvelgti į uolienas čia, Žemėje ir kaip jos išsaugo senovės gyvybės ženklus. „Uolienose ieškome labai smulkių mastelio formų ir tekstūrų“, Stakas Morganas sakė. „Tačiau taip pat tokie dalykai kaip uolienų sluoksniai, kurie galbūt neįprastai susiraukšlėja. Arba galbūt modeliai, kurių mes nesitikėtume.

Kitas būdas ieškoti gyvybės ženklų yra sutelkti dėmesį į uolienų sudėtį, ypač į potencialių organinių medžiagų buvimą. Organinės medžiagos ir neįprastų uolienų tekstūrų derinys gali reikšti, kad ten kažkada gyveno gyvenimas.

Šis kompozicijos ir tekstūros derinys yra būtent tai, ką Beegle instrumentas SHERLOC buvo skirtas ištirti. Ir skirtingai nuo ankstesnių roverių, jis gali ištirti pavyzdžius nesunaikindamas uolienų tekstūros. „Būtent taip mes ieškome senovės gyvybės įrodymų mūsų pačių roko įrašuose čia, Žemėje“, Stakas Morganas sakė. "Ir dabar mes galime tai padaryti Marse."

Šviesos naudojimas uolienų analizei

Svarbiausias SHERLOC įrankis yra jo spektrometras, kuris naudoja šviesą, kad pamatytų, iš ko pagamintas pavyzdys. „Jūs ką nors apšviečiate šviesa ir žiūrite į jos skleidžiamos šviesos bangos ilgį, o tai parodo, kokios spalvos tai yra“, - paaiškino Beegle. "Ir pažvelgę ​​į tą spalvą galite ką nors pasakyti apie pavyzdį."

Yra daug skirtingų spektroskopijos tipų, pavyzdžiui, lazeriu sukelta gedimo spektroskopija, atliekama Perseverance's SuperCam prietaisu, kai didelio galingumo lazeris išgarina mėginį ir analizuoja išsiskiriančius junginius. Tačiau norint ieškoti gyvybės įrodymų, reikia žiūrėti mažesniu mastu ir, pageidautina, naudoti neardomąjį metodą, kad nereikėtų naikinti mėginio, kad jį analizuotumėte.

SHERLOC naudoja neardomąjį metodą, vadinamą ramano spektroskopija. „Ramano spektroskopijoje galite pasakyti, ar kažkas yra aminorūgštis, ar tai karbonatas, ar tai anglis, ar kažkas kita“, - paaiškino Beegle. SHERLOC taip pat gali atlikti fluorescencinę spektroskopiją, kuri gali aptikti organinių molekulių buvimą.

Kartu naudojami šie metodai gali suteikti informacijos apie mėginį, pavyzdžiui, ar jis yra organinis, ar jis susidarė skystoje aplinkoje, ar buvo aukštoje temperatūroje ir pan. SHERLOC duomenis taip pat galima derinti su duomenimis iš kitų Perseverance instrumentų, tokių kaip PIXL (Planetary Instrument for Rentgeno spindulių litochemija) arba Mastcam-Z kameros, kad būtų galima susidaryti išsamesnį vaizdą apie tai, iš ko sudarytas tam tikras mėginys. apie.

Tyrimui ypač vertingos nuosėdinės uolienos, kurios laikui bėgant susidaro sluoksniais. Jei Perseverance pavyks rasti ir išanalizuoti tokį pavyzdį, jis galėtų pamatyti, kaip Marso aplinka vystėsi per tūkstančius metų – ir netgi gali pamatyti kažkas panašaus į karbonatinį sluoksnį bazalto sluoksnių krūvoje, o tai rodo, kad tam tikru regiono momentu įvyko kažkas reto ir svarbaus istorija.

Nusileidimo vietos pasirinkimas

Norint medžioti gyvybės ženklus, tiks ne bet kuri vieta Marse. NASA specialiai paieškoms pasirinko Jezero kraterį, nes jis turi ypatingų savybių, dėl kurių iki šiol tai yra labiausiai tikėtina vieta, kurioje buvo išsaugoti gyvybės įrodymai.

„Jezero yra labai ypatinga vieta Marse“, Stakas Morganas sakė, kad ten yra delta. „Yra šimtai senovinių kraterių baseinų, kuriuose, žmonių manymu, buvo ežerų, įskaitant Geilo kraterį [kurį šiuo metu tyrinėja roveris Curiosity]. Tačiau ne kiekviename krateryje yra išsaugota delta. Delta yra žemės forma, atsirandanti, kai upė atsiveria į didelį baseiną ir nusėda savo nuosėdas.

Delta suteikia papildomų įrodymų, kad kažkada šioje vietoje buvo vandens, ir reiškia, kad bus įdomių uolų, kurias reikia tyrinėti.

„Jezero taip pat ypatingas tuo, kad jame yra įtekėjimo slėnis, į kurį įteka vanduo, bet tai, kas daro jį beveik unikaliu, yra išleidimo slėnis. Stack Morgan sakė. „Tai paprastas, subtilus dalykas, bet nuostabu, kaip tai svarbu, nes jei turite įtekėjimo slėnį, žinote, kad vanduo turėjo tekėti. Bet jei turite išleidimo slėnį, žinote, kad vanduo turėjo prisipilti iki išleidimo slėnio lygio.

Jei ežeras būtų seklus, jis galėjo su pertraukomis išdžiūti ir nebūtų svetingas gyvybei. Tačiau jei ežeras būtų pakankamai gilus, kad ilgą laiką būtų stovintis vandens telkinys, tai būtų daug labiau tikėtina vieta gyvybei vystytis ir įsitvirtinti.

„Jezero turi ne tik žemės formą, kuri rodo, kad ten buvo vandens, bet ir įrodymų, kad visas krateris užsipildė“, Stack Morgan sakė. „Štai kas padeda mums labiau pasitikėti, kad Jezero yra gera vieta ieškoti gyvybės, o kitose vietose, įskaitant Geilsą, yra daugiau azarto.

Kitas dalykas, dėl kurio Jezero yra unikalus, yra mineralai, kuriuos galime ten stebėti. „Jezero krateris yra vienintelis iš šių senovės kraterio ežero baseinų, kuriame yra karbonatinių mineralų“, Stakas Morganas sakė. Karbonatai Žemėje sudaro struktūrinį fosilijų pagrindą ir randami koraliniuose rifuose, pavyzdžiui, Didžiajame barjeriniame rife Australijoje. Jų radimas Marso ežero baseine gali reikšti tą patį.

Yra ne tik karbonatų, bet ir esantis aplink vidinį kraterio kraštą, kur ežeras būtų buvęs seklus, kur tikėjomės juos rasti. Karbonatai „tikrai gerai išsaugo gyvybės įrodymus“ Stakas Morganas sakė. „Taigi, jei turėtumėte pasirinkti vietą Marse, kad galėtumėte ieškoti gyvybės, eitumėte į karbonatinį vidinį seklios ežero aplinkos žiedą“ – būtent tai ir siūlo Jezero krateris.

Mėginių grąžinimas į Žemę

Nors visuomenė dažnai galvoja apie stebuklingą mašiną, galinčią akimirksniu analizuoti mėginius ir pamatyti, iš ko jie pagaminti, à la CSI, realybė tokia, kad mėginio analizės procesas trunka ilgai ir susideda iš daugelio etapų, kuriuos reikia atlikti kruopščiai sekė. Neįmanoma sutraukti viso rinkinio analizės įrankių į nedidelę roveryje esančią erdvę – kai kurie instrumentai yra vienodo dydžio. namas, o laisva vieta ant roverio yra batų dėžės dydžio – taigi, norėdami iš tikrųjų suprasti, iš ko susideda Marso pavyzdys, turime jį grąžinti Žemė.

Štai kodėl kitas žingsnis ieškant gyvybės Marse po Perseverance yra a grįžimo misijos pavyzdys, kuriame vienas ar daugiau erdvėlaivių siunčiami į Marsą, kad surinktų uolienų ir dirvožemio pavyzdžius, kuriuos surinko Perseverance, ir grąžintų juos į Žemę.

„Jei ketinate ieškoti gyvybės, pavyzdinė grįžimo misija yra svarbus kitas žingsnis“, - sakė Beegle. „Kadangi tai leidžia jums sugrąžinti pavyzdį, galite įdėti jį į laboratoriją, šiek tiek apie tai žinote ir tada galite viską planuoti iš ten.

„Kiekviena kosminė misija daro prielaidą, ką ten rasite – ir taip kuriate savo instrumentus. Tačiau grąžindami pavyzdį galite jį grąžinti, šiek tiek daugiau sužinosite apie pavyzdį, naudojate daug neardomųjų technologijas, pvz., kompiuterinę tomografiją ir rentgeno tomografiją, ir jūs suprasite daugiau apie mėginį, kad galėtumėte pritaikyti savo eksperimentus pagal pavyzdys yra.

„Taigi mėginio grąžinimas yra tikrai vertingas ir tikrai svarbus... Tai labai svarbu sprendžiant klausimą, ar Marse egzistavo gyvybė, ar ne. Nežinau, kaip tu tai padarytum be jo“, – pridūrė Beegle.

Medžioklė prasideda šią vasarą

„Perseverance“ marsaeigis turėtų būti paleistas šią vasarą, kurį laiką per dvi su puse savaitės, prasidėsiančios liepos 17 d. Jis turėtų nusileisti Marse vasario 18 d., o iš ten gali pradėti tyrinėti jo apylinkes ir imti mėginius, o galbūt net rasti įrodymų, kad Žemė nėra vienintelė planeta, kurioje gyvena gyvybė.

Redaktorių rekomendacijos

• Kosmologinė kelionė į darbą ir atgal: sudėtinga logistika, kai žmonės iškeliauja į Marsą
• Tobulinti varomąją jėgą: kaip mes nukelsime žmones į Marsą
• Elektrinės kitose planetose: kaip mes gaminsime elektrą Marse
• Derliaus nuėmimas: kaip būsimieji naujakuriai kurs ir rinks vandenį Marse
• Astroagrikultūra: kaip auginsime pasėlius Marse