Kā NASA Perseverance Rover meklēs dzīvību uz Marsa

Kad NASA Perseverance roveris tiks palaists šovasar, tam būs viena no vērienīgākajām misijām jebkurā kosmosa izpētes projektā: meklēt pierādījumi par dzīvību uz Marsa. Ja kādreiz uz Marsa ir bijusi dzīvība, tad tagad tās gandrīz noteikti nav — kā tad meklēt pierādījumus par kaut ko miljardiem gadu vecu uz citas planētas?

Atbilde ietver vissmagāko roveri, kas jebkad nosūtīts uz citu planētu, izžuvušu ezera gultni, kas ir miljoniem gadu veca, un lieljaudas lāzeru, kas iztvaicē paraugus 20 pēdu attālumā. Mēs runājām ar diviem NASA Marsa ekspertiem, lai uzzinātu vairāk.

Īsa Marsa vēsture

Mūsdienās Marss ir auksta, neauglīga planēta ar ļoti plānu atmosfēru, kas nav viesmīlīga dzīvībai. Taču pirms miljardiem gadu tā bija pavisam cita vieta, ko klāja virszemes ūdens un, iespējams, pat atradās milzīgs okeāns, kas izplatījās pa tās ziemeļu puslodi. Šie faktori nozīmē, ka tajā kādreiz varēja būt dzīvība.

"Mēs zinām, ka Marsa tālajā pagātnē uz Marsa virsmas bija daudz ūdens," sacīja Keitija Steks Morgans, NASA reaktīvo dzinēju laboratorijas Marsa ģeoloģijas pētnieks, teica. "Mums ir daudz pierādījumu tam … minerāli, ko mēs novērojam uz virsmas, zemes formas, ko mēs redzam, virspusē izgrebti ieleju tīkli Marsa, šo deltu klātbūtne seno krāteru ezeru baseinos. Mēs to zinām ūdens atradās virspusē.”

Šīs zināšanas liek izdarīt citus secinājumus, piemēram, ka virsmas temperatūrai jābūt siltākai, jo šodien ir pārāk auksts, lai ūdens nepārtraukti eksistētu kā šķidrums uz virsmas. Tas arī liek domāt Marsa atmosfēra, visticamāk, bija biezāka un bagātāka nekā tas ir šodien.

Ir dažas diskusijas par to, cik ilgi ūdens atradās uz virsmas, taču zinātnieki ir vienisprātis, ka kāpēc tas tur atradās Stack Morgan raksturots kā "ģeoloģiski nozīmīgi laika periodi".

Un tur, kur ir šķidrs ūdens, pastāv iespēja, ka pastāv dzīvība.

Kāda varētu būt dzīve uz Marsa?

Pētnieki rūpīgi uzsver, ka viņi meklē dzīvi, kādu mēs to pazīstam, jo ​​nebūtu iespējams meklēt kaut ko pilnīgi nepazīstamu. Bet ir pamatoti iemesli uzskatīt, ka, ja uz Marsa būtu dzīvība, tā būtu vismaz salīdzināmi līdzīga dzīvībai šeit uz Zemes.

"Šeit uz Zemes ir mainīga mikrobu dzīve," Stack Morgan atkarībā no vides faktoriem, piemēram, mitruma, temperatūras, augstuma un daudziem citiem. "Bet viens no iemesliem, kāpēc mēs sagaidām, ka dzīvība, ja tā pastāvētu uz Marsa, būtu vismaz atpazīstama, ir tas, ka Kā mēs redzam, iestatījumu veidi uz Marsa kādreiz bija ļoti līdzīgi tiem, kādi mēs esam Zeme."

Mēs zinām, ka uz Marsa bija ezeri, tāpat kā uz Zemes, kā arī tādi objekti kā deltas un kalni. Mēs zinām, ka tādi ir organiskās molekulas uz Marsa, ko varēja radīt dzīvība, bet var būt arī citi dabas procesi. Kādā brīdī planētas vēsturē tas varētu būt bijis ne tik ļoti atšķiras no Zemes šodien.

"Mums ir pilnīgs iemesls uzskatīt, ka mikrobi, ja tie pastāvētu uz Marsa, pielāgotos tādā pašā veidā, kā ir pielāgojušies mikrobi uz Zemes," sacīja Staks Morgans. "Cik mēs zinām, mums bija tādas pašas sastāvdaļas dzīvībai uz Marsa kā šeit uz Zemes. Tas rada pārliecību, ka, ja dzīvība uz Marsa kādreiz pastāvētu, mēs to atpazītu.

Kā izskatās dzīvības liecības

Tātad, kā mēs varam pamanīt kaut ko, kas kādreiz varēja būt dzīvs?

Diemžēl "nav trikordera," Luters Bīgls, SHERLOC (Scanning Habitable) galvenais pētnieks. Vides ar Raman un Luminescence for Organics and Chemicals) instrumentu uz Perseverance rover, teica. "Nav nekā, ko uz kaut ko varētu norādīt un teikt:" Ak, tur ir dzīve.

"Mēs meklējam to, ko mēs saucam par potenciālajiem bioparakstiem, " paskaidroja Bīgls. “Es neesmu pārliecināts, vai jūs to varētu saukt par dzīvi vai nē, uz jebkura ķermeņa Saules sistēmā, ja vien kaut kas nevicinās pret jums. Mums šajā kopienā ir nopietnas zinātniskas debates par to, kas ir dzīve un kā jūs to atklājat.

Būtu viegli noteikt pašlaik dzīvo mikroorganismu kopienas, piemēram, baktēriju paklājus. Taču ir maz ticams, ka mēs uz Marsa atrastu pašlaik dzīvos organismus, tāpēc zinātnieki tā vietā meklē pierādījumus, ka šīs kopienas varētu būt pastāvējušas pagātnē.

"Taču ir grūti pateikt, kādas būtu šīs kopienas pēc diviem [miljardiem] līdz trīs miljardiem gadu, kas sēdēja uz virsmas," sacīja Bīgls. "Tāpēc mums ir grūti zināt, kādu mērījumu mēs varētu veikt, kas ļautu mums teikt:" Tas noteikti bija dzīvs.

"Mēs varam teikt:" Šis ir patiešām interesants paraugs. Pastāv liela iespēja, ka tas bija dzīvs jau sen. Mums vajadzētu atvest šo paraugu un apskatīt to zemes laboratorijā.” Un tad jūs varat panākt zinātnisku vienprātību.

Kā nomedīt citplanētiešu fosiliju

Runājot par pierādījumu faktisku atrašanu paraugos, pirmā un visredzamākā metode ir vienkārši to meklēt.

"Pirmais veids, kā meklēt senās dzīves pazīmes, ir kameras." Stack Morgan paskaidroja. “Jūs attēlojat reljefu sev apkārt un meklējat to, ko mēs saucam par morfoloģiskām iezīmēm — formas un klinšu faktūras — kas šķiet neparastas vai tās, iespējams, nav veidojušās fiziski procesi. Tātad vienkāršākais piemērs, ko jūs varētu iedomāties šeit uz Zemes, ir dinozaura kauls, ņemot vērā makroskopisku dzīvības pierādījumu un harizmātiskas megafaunas piemērus.

"Bet mēs sagaidām, ka meklējumi uz Marsa prasīs vairāk smalkumu. Tā kā iepriekšējās roveru misijās megafauna nekādā veidā nav novērota, tāpēc, ja mēs meklējam dzīvības pazīmes, tas, iespējams, ir mikrobu mērogā.

Tātad, lai saprastu, kā varētu izskatīties pierādījumi par mikrobu dzīvi uz Marsa, mēs varam aplūkot akmeņus šeit uz Zemes un to, kā tie saglabā senās dzīves pazīmes. "Mēs meklējam klintīs ļoti smalkas mēroga formas un faktūras," Stack Morgan teica. "Bet arī tādas lietas kā iežu slāņi, kas, iespējams, neparastā veidā saburzās. Vai varbūt modeļi, kurus mēs nebūtu gaidījuši.

Otrs veids, kā meklēt dzīvības pazīmes, ir koncentrēties uz iežu sastāvu, īpaši uz potenciālo organisko vielu klātbūtni. Organisko vielu klātbūtne un neparastās klinšu faktūras kombinācijā var liecināt, ka tur kādreiz dzīvoja dzīvība.

Šī kompozīcijas un faktūras kombinācija ir tieši tā, lai izpētītu Beegle instrumentu SHERLOC. Un atšķirībā no iepriekšējiem roveriem tas var izpētīt paraugus, neiznīcinot iežu tekstūru. "Tieši tā mēs meklējam pierādījumus par seno dzīvi mūsu pašu rokmūzikas ierakstos šeit uz Zemes," Stack Morgan teica. "Un tagad mēs to varam izdarīt uz Marsa."

Gaismas izmantošana akmeņu analīzei

SHERLOC vissvarīgākais rīks ir tā spektrometrs, kas izmanto gaismu, lai redzētu, no kā ir izgatavots paraugs. "Jūs kaut ko apgaismojat un skatāties uz tās izstarotās gaismas viļņa garumu, kas parāda, kāda krāsa ir," paskaidroja Bīgls. "Un, skatoties uz šo krāsu, jūs varat kaut ko pastāstīt par paraugu."

Ir daudz dažādu spektroskopijas veidu, piemēram, lāzera izraisītā sadalījuma spektroskopija, ko veic ar Perseverance SuperCam instrumentu, kurā jaudīgs lāzers iztvaiko paraugu un analizē izdalītos savienojumus. Bet, lai meklētu dzīvības pierādījumus, jums jāskatās mazākā mērogā un vēlams izmantot nesagraujošu metodi, lai paraugs nebūtu jāiznīcina, lai to analizētu.

SHERLOC izmanto nesagraujošu metodi, ko sauc par ramana spektroskopiju. "Raman spektroskopijā jūs varat noteikt, vai kaut kas ir aminoskābe, vai tas ir karbonāts, vai tā ir ogle vai kaut kas cits," paskaidroja Bīgls. SHERLOC var veikt arī fluorescējošu spektroskopiju, kas var noteikt organisko molekulu klātbūtni.

Izmantojot kopā, šīs metodes var sniegt informāciju par paraugu, piemēram, vai tas ir organisks, vai tas ir veidojies šķidrā vidē, vai tas ir bijis augstā temperatūrā utt. SHERLOC datus var arī apvienot ar datiem no citiem Perseverance instrumentiem, piemēram, PIXL (planētu instruments rentgena litoķīmija) vai Mastcam-Z kameras, lai sniegtu pilnīgāku priekšstatu par to, kas sastāv no konkrēta parauga. no.

Īpaši vērtīgi pētījumiem ir nogulumieži, kas laika gaitā veidojas slāņos. Ja Perseverance spēs atrast un analizēt šādu paraugu, tas, iespējams, varētu redzēt, kā Marsa vide attīstījusies tūkstošiem gadu, un tas varētu pat gūt ieskatu kaut kas līdzīgs karbonāta slānim bazalta slāņu virknē, kas liecina, ka kaut kas rets un nozīmīgs notika kādā konkrētā laika posmā reģionā. vēsture.

Nosēšanās vietas izvēle

Lai meklētu dzīvības pazīmes, der ne tikai jebkura vieta uz Marsa. NASA ir īpaši izvēlējusies Jezero krāteri meklēšanai, jo tam ir īpašas iezīmes, kas padara to par visticamāko vietu, kurā līdz šim esam atraduši dzīvības liecības.

"Jezero ir ļoti īpaša vieta uz Marsa," Stack Morgan teica deltas klātbūtnes dēļ. "Ir simtiem seno krāteru baseinu, kuros, pēc cilvēku domām, bija ezeri, tostarp Geila krāteris [kuru pašlaik pēta roveris Curiosity]. Bet ne katrā krāterī ir saglabājusies delta. Delta ir zemes forma, kas veidojas, kad upe atveras lielā baseinā un nogulsnē nogulsnes.

Delta sniedz papildu pierādījumus tam, ka šajā vietā kādreiz bija ūdens, un tas nozīmē, ka būs interesanti akmeņi, ko izpētīt.

"Jezero ļoti īpašu padara arī tas, ka tajā ir ieplūdes ieleja, kurā ieplūst ūdens, bet gandrīz unikālu padara izplūdes ieleja." Steks Morgans teica. “Tā ir vienkārša, smalka lieta, bet tas ir ievērojams, cik tas ir svarīgi, jo, ja jums ir ieplūdes ieleja, jūs zināt, ka ūdenim bija jāieplūst. Bet, ja jums ir izplūdes ieleja, jūs zināt, ka ūdenim bija jāpiepilda līdz izplūdes ielejas līmenim.

Ja ezers būtu sekls, tas varētu būt periodiski izžuvis un nebūtu viesmīlīgs dzīvībai. Bet, ja ezers būtu pietiekami dziļš, lai ilgu laiku būtu stāvoša ūdenstilpne, tā būtu daudz lielāka vieta dzīvības attīstībai un nostiprināšanai.

"Jezero ir ne tikai zemes forma, kas parāda, ka tur bija ūdens, bet arī pierādījumi, ka viss krāteris ir piepildījies," Steks Morgans teica. "Tas palīdz palielināt mūsu pārliecību, ka Jezero ir laba vieta, kur meklēt dzīvi, tādā veidā, ka citās vietās, tostarp Geilu, ir mazliet vairāk azarts."

Vēl viena lieta, kas padara Jezero unikālu, ir minerāli, kurus mēs tur varam novērot. "Jezero krāteris ir vienīgais no šiem seno krāteru ezeru baseiniem, kurā ir karbonātu minerāli," Stack Morgan teica. Karbonāti uz Zemes veido fosiliju strukturālo pamatu un ir atrodami koraļļu rifos, piemēram, Lielajā Barjerrifā Austrālijā. To atrašana Marsa ezera baseinā varētu norādīt uz to pašu.

Ir ne tikai karbonāti, bet arī tie ir atrodas ap krātera iekšējo malu, kur ezers būtu bijis sekls, un tieši tur mēs tos varētu atrast. Karbonāti ir "tiešām labi, lai saglabātu pierādījumus dzīvībai", Stack Morgan teica. “Tātad, ja jums būtu jāizvēlas vieta uz Marsa, lai dotos meklēt dzīvību, jūs dotos uz sekla ezera vides karbonātu iekšējo loku” — tieši to piedāvā Jezero krāteris.

Paraugu nogādāšana atpakaļ uz Zemi

Lai gan sabiedrībai bieži ir doma par burvju mašīnu, kas var uzreiz analizēt paraugus un redzēt, no kā tie ir izgatavoti, à la CSI, realitāte ir tāda, ka paraugu analīzes process aizņem ilgu laiku un sastāv no daudziem soļiem, kas jāveic rūpīgi sekoja. Nav iespējams sašaurināt visu analīzes rīku komplektu mazajā telpā, kas pieejama roverā — daži instrumenti ir viena izmēra māja, un brīvā vieta uz rovera ir kurpju kastes lielumā — lai patiešām saprastu, no kā sastāv Marsa paraugs, mums tas ir jāatgriež Zeme.

Tāpēc nākamais solis dzīvības meklējumos uz Marsa pēc Perseverance ir a atgriešanās misijas paraugs, kurā viens vai vairāki kosmosa kuģi tiek nosūtīti uz Marsu, lai savāktu Perseverance savāktos iežu un augsnes paraugus un atgrieztu tos uz Zemi.

"Ja jūs plānojat meklēt dzīvību, atgriešanās misijas paraugs ir būtisks nākamais solis," sacīja Bīgls. "Tā kā tas ļauj jums atvest paraugu, varat to ievietot laboratorijā, jūs par to mazliet zināt, un tad jūs varat visu plānot.

“Tas, ko dara katra kosmosa misija, ir pieņemt, ko jūs tur atradīsit, un tā jūs veidojat savus instrumentus. Bet ar parauga atgriešanu jūs varat to atgriezt, jūs identificējat mazliet vairāk par paraugu, jūs izmantojat daudz nesagraujošu tehnoloģijas, piemēram, CT skenēšana un rentgena tomogrāfija, un jūs saprotat vairāk par paraugu, lai varētu pielāgot savus eksperimentus paraugs ir.

"Tātad parauga atgriešana ir patiešām vērtīga un patiešām svarīga... Tas ir ļoti svarīgi, lai noskaidrotu, vai uz Marsa pastāvēja dzīvība. Es nezinu, kā jūs to darītu bez tā, ”piebilda Bīgls.

Medības sākas šovasar

Paredzēts, ka Perseverance rover palaišana notiks šovasar, kādu laiku pēc divarpus nedēļu perioda, kas sākas 17. jūlijā. Tai vajadzētu nolaisties uz Marsa 18. februārī, un no turienes var sākt pētīt savu apkārtni un ņemt paraugus, un, iespējams, pat atrast pierādījumus, ka Zeme nav vienīgā planēta, kurā ir dzīvība.

Redaktoru ieteikumi

• Kosmoloģiska pārvietošanās: sarežģītā loģistika cilvēku nosūtīšanai uz Marsa
• Piedziņas pilnveidošana: kā mēs nogādāsim cilvēkus uz Marsu
• Elektrostacijas uz citām planētām: kā mēs radīsim elektrību uz Marsa
• Hidratācijas novākšana: kā topošie kolonisti radīs un savāks ūdeni uz Marsa
• Astrolauksaimniecība: kā mēs audzēsim labību uz Marsa