Hoe NASA's Perseverance Rover op zoek gaat naar leven op Mars

Wanneer NASA's Perseverance-rover deze zomer wordt gelanceerd, staat hij voor een van de meest ambitieuze missies in elk ruimteverkenningsproject tot nu toe: zoeken naar bewijs van leven op Mars. Als er ooit leven op Mars was, is dat nu vrijwel zeker niet - dus hoe ga je op zoek naar bewijs van iets dat miljarden jaren oud is op een andere planeet?

Het antwoord omvat de zwaarste rover die ooit naar een andere planeet is gestuurd, een opgedroogde meerbedding die miljoenen jaren oud is, en een superkrachtige laser die monsters verdampt van 20 voet afstand. We spraken met twee NASA Mars-experts om meer te weten te komen.

Een korte geschiedenis van Mars

Mars is tegenwoordig een koude, dorre planeet met een zeer dunne atmosfeer die onherbergzaam is voor leven. Maar miljarden jaren geleden was het een heel andere plek, bedekt met oppervlaktewater en mogelijk zelfs met een enorme oceaan die zich over het noordelijk halfrond uitstrekte. Deze factoren betekenen dat het ooit leven had kunnen herbergen.

"Wat we wel weten, is dat er in het verre verleden overvloedig water aan het oppervlak van Mars was", zegt Katie Stack Morgan, een onderzoeker in de geologie van Mars bij NASA's Jet Propulsion Lab, gezegd. “Daar hebben we overvloedig bewijs voor in … de mineralen die we waarnemen aan de oppervlakte vormen de landvormen die we zien, de valleinetwerken uitgehouwen in het oppervlak van Mars, de aanwezigheid van deze delta's in oude kratermeerbekkens. We weten dat er was water aan de oppervlakte.”

Die kennis leidt tot andere gevolgtrekkingen, zoals dat de oppervlaktetemperatuur warmer moet zijn geweest, aangezien het tegenwoordig te koud is om water continu als vloeistof op het oppervlak te laten bestaan. Dat suggereert het ook De atmosfeer van Mars was waarschijnlijk dikker en rijker dan het vandaag is.

Er is enige discussie over hoe lang water precies aan de oppervlakte was, maar wetenschappers zijn het erover eens dat het er was waarvoor Stapel Morgan beschreven als "geologisch significante tijdsperioden".

En waar vloeibaar water is, bestaat de mogelijkheid dat er leven heeft bestaan.

Hoe zou het leven op Mars eruit hebben gezien?

Onderzoekers benadrukken voorzichtig dat ze op zoek zijn naar het leven zoals wij dat kennen - omdat het onmogelijk zou zijn om te zoeken naar iets totaal onbekends. Maar er zijn goede redenen om aan te nemen dat als er leven op Mars zou zijn, het op zijn minst vergelijkbaar zou zijn met het leven hier op aarde.

"Er is variabiliteit van het microbiële leven hier op aarde," Stapel Morgan zei, afhankelijk van omgevingsfactoren zoals vochtigheid, temperaturen, hoogte en vele andere. "Maar een van de redenen waarom we verwachten dat leven, als het op Mars bestond, op zijn minst herkenbaar is, is dat tot zover zoals we kunnen zien, leken de soorten instellingen op Mars ooit erg op de soorten instellingen die we hebben Aarde."

We weten dat er meren op Mars waren, net als die op aarde, maar ook kenmerken zoals delta's en bergen. We weten dat die er zijn organische moleculen op Mars, die door het leven kan zijn ontstaan, maar ook door andere natuurlijke processen kan zijn ontstaan. Op een bepaald moment in de geschiedenis van de planeet zou dat zo kunnen zijn niet zo verschillend van de aarde Vandaag.

"We hebben alle reden om aan te nemen dat microben, als ze op Mars zouden bestaan, zich op dezelfde manier zouden aanpassen als microben op aarde zich hebben aangepast", zei Stack Morgan. “Voor zover we weten, hadden we dezelfde ingrediënten voor leven op Mars als hier op aarde. Dus dat schept het vertrouwen dat als er ooit leven op Mars zou bestaan, we het zouden herkennen.”

Hoe bewijs van leven eruit ziet

Dus hoe herkennen we iets dat ooit in leven is geweest?

Helaas, "er is geen tricorder", zegt Luther Beegle, hoofdonderzoeker van de SHERLOC (Scanning Habitable Omgevingen met Raman en Luminescentie voor organische stoffen en chemicaliën) instrument op de Perseverance rover, zei. "Er is niets waar je iets op kunt wijzen en zeggen: 'Oh, daar is leven.' Het is een heleboel informatie die je moet doorworstelen, om alles samen te bekijken en tot een wetenschappelijke conclusie te komen."

"We zijn op zoek naar wat we potentiële biosignaturen noemen", legt Beegle uit. “Op een bepaald lichaam in het zonnestelsel, tenzij er iets naar je zwaait, weet ik niet zeker of je het leven zou kunnen noemen of niet. We hebben een serieus wetenschappelijk debat in deze gemeenschap over wat leven is en hoe je het detecteert.”

Het zou gemakkelijk zijn om momenteel levende gemeenschappen van micro-organismen, zoals bacteriematten, te detecteren. Maar het is zeer onwaarschijnlijk dat we momenteel levende organismen op Mars zouden vinden, dus zoeken wetenschappers in plaats daarvan naar bewijs dat deze gemeenschappen in het verleden hebben bestaan.

"Maar het is moeilijk te zeggen hoe deze gemeenschappen eruit zouden zien na twee [miljard] tot drie miljard jaar aan de oppervlakte te hebben gezeten", zei Beegle. "Dus het is moeilijk voor ons om te weten welke meting we zouden kunnen nemen waarmee we kunnen zeggen: 'Dit leefde zeker.'

"Wat we kunnen doen, is zeggen: 'Dit is echt een interessant voorbeeld. De kans is groot dat dit al lang geleden leefde. We moeten dit monster terugbrengen en ernaar laten kijken in een terrestrisch laboratorium.’ En dan kun je tot een wetenschappelijke consensus komen.”

Hoe jaag je op een buitenaards fossiel?

Als het gaat om het daadwerkelijk lokaliseren van bewijsmateriaal in monsters, is de eerste en meest voor de hand liggende methode er gewoon naar te zoeken.

"De eerste manier waarop je naar tekenen van oud leven zoekt, is met je camera's," Stapel Morgan uitgelegd. "Je stelt je het terrein om je heen voor en je zoekt naar wat wij morfologische kenmerken noemen - vormen en texturen in de rotsen - die ongewoon lijken of die misschien niet door fysiek zijn gevormd processen. Het gemakkelijkste voorbeeld dat je hier op aarde kunt bedenken, is dus een dinosaurusbot, in termen van voorbeelden van macroscopisch bewijs van leven en charismatische megafauna.

“Maar we verwachten dat de zoektocht op Mars meer subtiliteit vereist. Omdat eerdere rover-missies op geen enkele manier megafauna hebben waargenomen, dus als we op zoek zijn naar tekenen van leven, is dat waarschijnlijk op microbiële schaal.”

Dus om te begrijpen hoe bewijs van microbieel leven op Mars eruit zou kunnen zien, kunnen we kijken naar de rotsen hier op aarde en hoe ze tekenen van oud leven bewaren. "We zoeken naar zeer fijne schaalvormen en texturen in de rotsen," Stapel Morgan gezegd. “Maar ook zaken als steenlagen, die misschien op een ongebruikelijke manier kreukelen. Of misschien patronen die we niet zouden verwachten.”

De andere manier om naar tekenen van leven te zoeken, is door je te concentreren op de samenstelling van gesteenten, vooral de aanwezigheid van potentiële organische stoffen. De aanwezigheid van organisch materiaal en de ongebruikelijke rotstexturen in combinatie kunnen suggereren dat er ooit leven heeft geleefd.

Deze combinatie van compositie en textuur is precies wat Beegle's instrument SHERLOC was ontworpen om te onderzoeken. En in tegenstelling tot eerdere rovers, kan het monsters onderzoeken zonder de textuur van rotsen te vernietigen. "Dat is precies hoe we op zoek gaan naar bewijs van oud leven in ons eigen gesteente hier op aarde," Stapel Morgan gezegd. "En dat kunnen we nu op Mars doen."

Licht gebruiken om rotsen te analyseren

Het belangrijkste hulpmiddel van SHERLOC is de spectrometer, die licht gebruikt om te zien waar een monster van gemaakt is. "Je schijnt een licht op iets en je kijkt naar de golflengte van het licht dat het uitzendt, wat je vertelt welke kleur het is," legde Beegle uit. "En door naar die kleur te kijken, kun je iets over het monster vertellen."

Er zijn veel verschillende soorten spectroscopie, zoals de laser-geïnduceerde analysespectroscopie uitgevoerd door Perseverance's SuperCam-instrument, waarbij een krachtige laser verdampt een monster en analyseert de vrijgekomen verbindingen. Maar om naar bewijs van leven te zoeken, moet je op kleinere schaal kijken en bij voorkeur een niet-destructieve methode gebruiken, zodat je een monster niet hoeft te vernietigen om het te analyseren.

SHERLOC gebruikt een niet-destructieve methode genaamd raman-spectroscopie. "Met ramanspectroscopie kun je zien of iets een aminozuur is, of het een carbonaat is, of het een steenkool is, of iets anders," legde Beegle uit. SHERLOC kan ook fluorescentiespectroscopie uitvoeren, die de aanwezigheid van organische moleculen kan detecteren.

Als ze samen worden gebruikt, kunnen deze methoden informatie geven over een monster, zoals of het organisch is, of het in een vloeibare omgeving is gevormd, of het een hoge temperatuur heeft gehad, enzovoort. De SHERLOC-gegevens kunnen ook worden gecombineerd met gegevens van andere Perseverance-instrumenten zoals PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) of de camera's op Mastcam-Z om een ​​completer beeld te geven van wat een bepaald monster is samengesteld van.

Bijzonder waardevol voor studie zijn sedimentaire gesteenten die in de loop van de tijd in lagen worden gevormd. Als Perseverance zo'n monster kan vinden en analyseren, kan het potentieel zien hoe de omgeving op Mars zich gedurende duizenden jaren heeft ontwikkeld - en kan het zelfs een glimp opvangen van zoiets als een carbonaatlaag in een bundel basaltlagen, wat zou suggereren dat er op een bepaald moment in de regio iets zeldzaams en belangrijks is gebeurd geschiedenis.

Een landingsplaats kiezen

Om op tekenen van leven te jagen, is niet zomaar een plek op Mars voldoende. NASA heeft specifiek de Jezero-krater gekozen voor de zoektocht, omdat deze specifieke kenmerken heeft waardoor het de meest waarschijnlijke locatie is die we tot nu toe hebben gevonden om bewijs van leven te hebben bewaard.

"Jezero is een heel speciale plek op Mars," Stapel Morgan zei, vanwege de aanwezigheid van een delta daar. "Er zijn honderden oude kraterbekkens waarvan mensen denken dat ze meren hadden, waaronder de Gale-krater [waar de Curiosity-rover momenteel aan het verkennen is]. Maar niet in elke krater is een delta bewaard gebleven. Een delta is de landvorm die ontstaat wanneer een rivier uitmondt in een groot bassin en zijn sediment afzet.”

Een delta levert verder bewijs dat er ooit water op de locatie was, en betekent dat er interessante rotsen zullen zijn om te verkennen.

“Wat Jezero ook heel bijzonder maakt, is dat het een inlaatdal heeft waar het water naar binnen stroomt, maar wat het bijna uniek maakt is de aanwezigheid van een uitlaatdal.” zei Stack Morgan. “Het is een simpel, subtiel iets, maar het is opmerkelijk hoe belangrijk dat is, want als je een inlaatdal hebt, weet je dat het water er in moest stromen. Maar als je een uitlaatdal hebt, weet je dat het water moest vollopen tot het niveau van het uitlaatdal.”

Als een meer ondiep was, zou het met tussenpozen kunnen opdrogen en zou het leven niet gastvrij zijn geweest. Maar als een meer diep genoeg was om lange tijd een stilstaand waterlichaam te zijn, zou dat een veel waarschijnlijkere locatie zijn voor het ontwikkelen en vasthouden van leven.

"Jezero heeft niet alleen de landvorm die ons laat zien dat er daar water was, maar we hebben ook bewijs dat de hele krater is opgevuld," zei Stack Morgan. "Dat is wat ons vertrouwen helpt vergroten dat Jezero een goede plek is om naar leven te zoeken, op een manier dat andere plaatsen, waaronder Gale, een beetje meer een gok zijn."

Een ander ding dat Jezero uniek maakt, zijn de mineralen die we daar kunnen waarnemen. "Jezero Crater is de enige van deze oude kratermeerbekkens met carbonaatmineralen," Stapel Morgan gezegd. Carbonaten op aarde vormen de structurele basis van fossielen en worden gevonden in koraalriffen, zoals het Great Barrier Reef in Australië. Het vinden van ze in een meerbekken op Mars zou op hetzelfde kunnen wijzen.

Er zijn niet alleen carbonaten aanwezig - dat zijn ze ook gelegen rond de binnenrand van de krater, waar het meer ondiep zou zijn geweest, en dat is waar we ze zouden verwachten te vinden. Carbonaten zijn "echt goed in het bewaren van bewijs voor het leven", Stapel Morgan gezegd. "Dus als je een plek op Mars zou moeten kiezen om naar leven te zoeken, zou je naar de carbonaatbinnenring van een ondiepe merenomgeving gaan" - en dat is precies wat de Jezero-krater te bieden heeft.

Monsters terug naar de aarde brengen

Hoewel het publiek vaak het idee heeft van een magische machine die monsters direct kan analyseren en zien waar ze van gemaakt zijn, à la CSI, de realiteit is dat het proces van monsteranalyse lang duurt en uit veel stappen bestaat die nauwgezet moeten worden uitgevoerd gevolgd. Het is niet mogelijk om een ​​hele reeks analysetools te verkleinen tot de kleine hoeveelheid beschikbare ruimte op een rover — sommige instrumenten zijn zo groot als een huis, en de beschikbare ruimte op de rover is zo groot als een schoenendoos - dus om echt te begrijpen waaruit een Mars-monster bestaat, moeten we het terugbrengen naar Aarde.

Daarom is de volgende stap in de zoektocht naar leven op Mars na Perseverance een voorbeeld terugkeermissie, waarin een of meer ruimtevaartuigen worden naar Mars gestuurd om de monsters van gesteente en aarde die Perseverance heeft verzameld te verzamelen en terug te sturen naar de aarde.

"Als je op zoek gaat naar leven, is een voorbeeldterugkeermissie een essentiële volgende stap," zei Beegle. "Omdat je hiermee een monster mee terug kunt nemen, je kunt het in een laboratorium stoppen, je weet er een beetje vanaf, en dan kun je alles van daaruit plannen.

“Wat elke ruimtemissie doet, is aannemen wat je daar gaat vinden – en zo ontwerp je je instrumenten. Maar met het retourneren van monsters kun je het terugbrengen, je identificeert een beetje meer over het monster, je gebruikt veel niet-destructieve technologieën zoals CT-scans en röntgentomografie, en u begrijpt meer over het monster, zodat u uw experimenten kunt afstemmen op wat de monster is.

"Dus het retourneren van monsters is echt waardevol en erg belangrijk... Het is van vitaal belang voor de vraag of er leven op Mars bestond of niet. Ik weet niet hoe je het zonder zou doen, 'voegde Beegle eraan toe.

De jacht begint deze zomer

De Perseverance-rover wordt deze zomer gelanceerd, ergens in een periode van tweeënhalve week die begint op 17 juli. Het zou op 18 februari op Mars moeten landen en van daaruit zijn omgeving kunnen verkennen en monsters kunnen nemen, en misschien zelfs bewijs vinden dat de aarde niet de enige planeet is waar leven is gehuisvest.

Aanbevelingen van de redactie

• Een kosmologisch woon-werkverkeer: de lastige logistiek om mensen op Mars te zetten
• De voortstuwing perfectioneren: hoe we mensen naar Mars krijgen
• Energiecentrales op andere planeten: hoe we elektriciteit opwekken op Mars
• Hydratatie oogsten: hoe toekomstige kolonisten water op Mars zullen creëren en verzamelen
• Astrolandbouw: hoe we gewassen op Mars gaan verbouwen