Jak łazik Perseverance NASA będzie szukał życia na Marsie

Kiedy łazik Perseverance wystartuje tego lata, czeka go jedna z najbardziej ambitnych misji w dotychczasowych projektach eksploracji kosmosu: poszukiwanie dowody życia na Marsie. Jeśli kiedykolwiek istniało życie na Marsie, prawie na pewno nie ma go teraz — jak więc szukać dowodów na istnienie czegoś, co ma miliardy lat na innej planecie?

Odpowiedź obejmuje najcięższy łazik, jaki kiedykolwiek wysłano na inną planetę, wyschnięte dno jeziora, które ma miliony lat, oraz supermocny laser, który odparowuje próbki z odległości 6 metrów. Rozmawialiśmy z dwoma ekspertami NASA ds. Marsa, aby dowiedzieć się więcej.

Krótka historia Marsa

Dzisiejszy Mars jest zimną, jałową planetą z bardzo rzadką atmosferą, która jest niegościnna dla życia. Ale miliardy lat temu było to zupełnie inne miejsce, pokryte wodami powierzchniowymi i prawdopodobnie nawet z ogromnym oceanem rozciągającym się na północnej półkuli. Czynniki te oznaczają, że kiedyś mogło na nim być życie.

„Wiemy jedynie, że w odległej przeszłości na powierzchni Marsa było dużo wody” — mówi Katie Stack Morgan, badacz geologii Marsa w Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA, powiedział. „Mamy na to liczne dowody w… obserwowane przez nas minerały na powierzchni formy lądowe, które widzimy, tzw sieci dolin wyryte w powierzchni Marsa, obecność tych delt w starożytnych basenach kraterowych jezior. Wiemy to woda była na powierzchni.”

Wiedza ta prowadzi do innych wniosków, takich jak to, że temperatura powierzchni musiała być wyższa, ponieważ dzisiaj jest za zimno, aby woda mogła stale istnieć na powierzchni w postaci cieczy. To też sugeruje Atmosfera Marsa była prawdopodobnie grubsza i bogatsza niż jest dzisiaj.

Trwa debata na temat tego, jak długo woda znajdowała się na powierzchni, ale naukowcy zgadzają się, że była tam po co Stack Morgan określane jako „okresy znaczące pod względem geologicznym”.

A tam, gdzie jest woda w stanie ciekłym, istnieje możliwość istnienia życia.

Jak mogło wyglądać życie na Marsie?

Naukowcy ostrożnie podkreślają, że szukają życia, jakie znamy — ponieważ niemożliwe byłoby poszukiwanie czegoś zupełnie nieznanego. Istnieją jednak dobre powody, by przypuszczać, że gdyby na Marsie istniało życie, byłoby ono przynajmniej porównywalnie podobne do życia na Ziemi.

„Istnieje zmienność życia drobnoustrojów na Ziemi” Stack Morgan powiedział, w zależności od czynników środowiskowych, takich jak wilgotność, temperatura, wysokość nad poziomem morza i wiele innych. „Jednak jednym z powodów, dla których oczekujemy, że życie, gdyby istniało na Marsie, było przynajmniej rozpoznawalne, jest to, że o ile jak widzimy, rodzaje ustawień na Marsie były kiedyś bardzo podobne do rodzajów ustawień, które mamy na naszej planecie Ziemia."

Wiemy, że na Marsie były jeziora, takie jak na Ziemi, a także delty i góry. Wiemy, że istnieją molekuły organiczne na Marsie, które mogły zostać stworzone przez życie, ale mogły również powstać w wyniku innych naturalnych procesów. W pewnym momencie historii planety mogło tak być nie tak różny od Ziemi Dzisiaj.

„Mamy wszelkie powody, by sądzić, że drobnoustroje, gdyby istniały na Marsie, przystosowałyby się w taki sam sposób, w jaki przystosowały się drobnoustroje na Ziemi” – powiedział Stack Morgan. „O ile nam wiadomo, mieliśmy te same składniki do życia na Marsie, co na Ziemi. Daje to pewność, że gdyby życie na Marsie kiedyś istniało, rozpoznalibyśmy je”.

Jak wygląda dowód życia

Jak więc rozpoznać coś, co mogło kiedyś żyć?

Niestety, „nie ma trikordera”, Luther Beegle, główny badacz SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals) na łaziku Perseverance, powiedział. „Nie ma nic, co można wskazać na coś i powiedzieć:„ Och, jest życie ”. To wiele informacji, przez które musisz przebrnąć, spojrzeć na wszystko razem i dojść do naukowego wniosku”.

„Szukamy czegoś, co nazywamy potencjalnymi sygnaturami biologicznymi” — wyjaśnił Beegle. „Na jakimkolwiek ciele w Układzie Słonecznym, jeśli coś do ciebie nie macha, nie jestem pewien, czy można to nazwać życiem, czy nie. W tej społeczności toczymy poważną debatę naukową na temat tego, czym jest życie i jak je wykryć”.

Łatwo byłoby wykryć obecnie żyjące zbiorowiska mikroorganizmów, takie jak maty bakteryjne. Ale jest bardzo mało prawdopodobne, abyśmy znaleźli obecnie żywe organizmy na Marsie, więc naukowcy zamiast tego szukają dowodów na to, że społeczności te mogły istnieć w przeszłości.

„Trudno jednak powiedzieć, jakie będą te społeczności po dwóch [miliardach] do trzech miliardów lat siedzenia na powierzchni” – powiedział Beegle. „Trudno nam więc wiedzieć, jaki jeden pomiar moglibyśmy wykonać, który pozwoliłby nam powiedzieć:„ To na pewno było żywe ”.

„To, co możemy zrobić, to powiedzieć:„ To naprawdę interesująca próbka. Jest duża szansa, że ​​to było żywe dawno temu. Powinniśmy przywieźć tę próbkę z powrotem i przyjrzeć się jej w laboratorium naziemnym”. I wtedy można dojść do konsensusu naukowego”.

Jak polować na obcą skamieniałość

Jeśli chodzi o rzeczywiste lokalizowanie dowodów w próbkach, pierwszą i najbardziej oczywistą metodą jest po prostu ich szukanie.

„Pierwszym sposobem poszukiwania śladów starożytnego życia są aparaty fotograficzne” Stack Morgan wyjaśnione. „Wyobrażasz sobie teren wokół siebie i szukasz tego, co nazywamy cechami morfologicznymi – kształtów i tekstury skał — które wydają się niezwykłe lub że mogły nie zostać utworzone przez czynniki fizyczne procesy. Tak więc najłatwiejszym przykładem, jaki można sobie wyobrazić tutaj na Ziemi, jest kość dinozaura, jeśli chodzi o przykłady makroskopowych dowodów życia i charyzmatycznej megafauny.

„Spodziewamy się jednak, że poszukiwania na Marsie będą wymagały większej subtelności. Ponieważ poprzednie misje łazików nie obserwowały w żaden sposób megafauny, więc jeśli szukamy oznak życia, to prawdopodobnie w skali mikrobiologicznej”.

Aby więc zrozumieć, jak mogą wyglądać dowody życia mikrobiologicznego na Marsie, możemy spojrzeć na skały na Ziemi i zobaczyć, w jaki sposób zachowują one ślady starożytnego życia. „Szukamy bardzo drobnych kształtów i tekstur w skałach” Stack Morgan powiedział. „Ale także rzeczy takie jak warstwy skał, które być może marszczą się w niezwykły sposób. A może wzorce, których byśmy się nie spodziewali.

Innym sposobem poszukiwania oznak życia jest skupienie się na składzie skał, zwłaszcza na obecności potencjalnych związków organicznych. Połączenie obecności substancji organicznych i niezwykłej tekstury skał może sugerować, że kiedyś żyło tam życie.

To połączenie kompozycji i tekstury jest dokładnie tym, do czego został zaprojektowany instrument Beegle'a SHERLOC. I w przeciwieństwie do poprzednich łazików, może badać próbki bez niszczenia tekstury skał. „Właśnie w ten sposób szukamy dowodów na istnienie starożytnego życia w naszym własnym zapisie skalnym tutaj na Ziemi” Stack Morgan powiedział. „A teraz możemy to zrobić na Marsie”.

Wykorzystanie światła do analizy skał

Najważniejszym narzędziem SHERLOC jest spektrometr, który wykorzystuje światło do sprawdzenia, z czego zbudowana jest próbka. „Świecisz na coś światłem i patrzysz na długość fali emitowanego światła, która mówi ci, jaki to kolor” – wyjaśnił Beegle. „A patrząc na ten kolor, możesz powiedzieć coś o próbce”.

Istnieje wiele różnych rodzajów spektroskopii, takich jak spektroskopia przebicia indukowanego laserem, wykonywana przez instrument SuperCam firmy Perseverance, w której laser o dużej mocy odparowuje próbkę i analizuje wydzielone związki. Ale aby szukać dowodów na istnienie życia, trzeba spojrzeć na mniejszą skalę i najlepiej zastosować metodę nieniszczącą, więc nie trzeba niszczyć próbki, aby ją przeanalizować.

SHERLOC wykorzystuje nieniszczącą metodę zwaną spektroskopią Ramana. „W spektroskopii ramanowskiej można stwierdzić, czy coś jest aminokwasem, czy węglanem, czy jest węglem, czy czymś innym” – wyjaśnił Beegle. SHERLOC może również wykonywać spektroskopię fluorescencyjną, która może wykrywać obecność cząsteczek organicznych.

Stosowane razem metody te mogą dostarczyć informacji o próbce, np. czy jest ona organiczna, czy powstała w ciekłym środowisku, czy była w wysokiej temperaturze i tak dalej. Dane SHERLOC można również łączyć z danymi z innych instrumentów Perseverance, takich jak PIXL (Planetary Instrument for rentgenowska litochemia) lub kamery na Mastcam-Z, aby dać pełniejszy obraz tego, z czego składa się dana próbka z.

Szczególnie cenne do badań są skały osadowe, które z biegiem czasu tworzą się warstwowo. Jeśli Perseverance znajdzie i przeanalizuje taką próbkę, może potencjalnie zobaczyć, jak środowisko na Marsie rozwijało się przez tysiące lat – a może nawet rzucić okiem na coś w rodzaju warstwy węglanowej w grupie warstw bazaltowych, co sugerowałoby, że coś rzadkiego i ważnego wydarzyło się w określonym momencie w regionie historia.

Wybór miejsca lądowania

Polowanie na oznaki życia nie wystarczy w jakimkolwiek miejscu na Marsie. NASA specjalnie wybrała krater Jezero do poszukiwań, ponieważ ma on szczególne cechy, które sprawiają, że jest to najbardziej prawdopodobne miejsce, w którym do tej pory znaleźliśmy ślady życia.

„Jezero to bardzo szczególne miejsce na Marsie” Stack Morgan powiedział, ze względu na obecność tam delty. „Istnieją setki starożytnych basenów kraterowych, które według ludzi miały jeziora, w tym krater Gale [gdzie obecnie bada łazik Curiosity]. Ale nie w każdym kraterze zachowała się delta. Delta to ukształtowanie terenu, które powstaje, gdy rzeka wpada do dużego basenu i osadza swoje osady”.

Delta dostarcza dalszych dowodów na to, że kiedyś w tym miejscu znajdowała się woda, co oznacza, że ​​będą tam interesujące skały do ​​zbadania.

„To, co czyni Jezero wyjątkowym, to to, że ma dolinę wlotową, do której wpływa woda, ale to, co czyni je niemal wyjątkowym, to obecność doliny wylotowej” — powiedział Stack Morgan. „To prosta, subtelna rzecz, ale niezwykłe jest to, jak ważne jest, ponieważ jeśli masz dolinę wlotową, wiesz, że woda musiała płynąć. Ale jeśli masz dolinę wylotową, wiesz, że woda musiała wypełnić się do poziomu doliny wylotowej”.

Gdyby jezioro było płytkie, mogło okresowo wysychać i nie byłoby przyjazne dla życia. Ale gdyby jezioro było wystarczająco głębokie, by przez długi czas stać zbiornikiem wodnym, byłoby to o wiele bardziej prawdopodobne miejsce, w którym rozwinęłoby się i zadomowiło się życie.

„Jezero ma nie tylko ukształtowanie terenu, które pokazuje nam, że była tam woda, ale mamy również dowody na to, że cały krater się wypełnił” — powiedział Stack Morgan. „To pomaga zwiększyć naszą pewność, że Jezero jest dobrym miejscem do poszukiwania życia, w sposób, w jaki inne miejsca, w tym Gale, są nieco bardziej ryzykowne”.

Kolejną rzeczą, która czyni Jezero wyjątkowym, są minerały, które możemy tam zaobserwować. „Krater Jezero jest jedynym z tych starożytnych basenów kraterowych, który zawiera minerały węglanowe” Stack Morgan powiedział. Węglany na Ziemi tworzą strukturalną podstawę skamieniałości i znajdują się w rafach koralowych, takich jak Wielka Rafa Koralowa w Australii. Znalezienie ich w basenie jeziora na Marsie może wskazywać na to samo.

Obecne są nie tylko węglany — są one również obecne znajduje się wokół wewnętrznej krawędzi krateru, gdzie jezioro byłoby płytkie, czyli tam, gdzie spodziewaliśmy się ich znaleźć. Węglany są „naprawdę dobre w zachowywaniu dowodów na życie” Stack Morgan powiedział. „Więc gdybyś musiał wybrać miejsce na Marsie, aby szukać życia, udałbyś się do węglanowego wewnętrznego pierścienia środowiska płytkiego jeziora” – co dokładnie oferuje krater Jezero.

Pobieranie próbek z powrotem na Ziemię

Chociaż opinia publiczna często ma pomysł na magiczną maszynę, która może natychmiast analizować próbki i zobaczyć, z czego są zrobione, à la CSI, rzeczywistość jest taka, że ​​proces analizy próbki zajmuje dużo czasu i składa się z wielu etapów, które muszą być żmudne podążał. Nie jest możliwe zmniejszenie całego zestawu narzędzi analitycznych do niewielkiej ilości miejsca dostępnego w łaziku — niektóre instrumenty mają rozmiar domu, a dostępna przestrzeń na łaziku jest wielkości pudełka po butach — więc aby naprawdę zrozumieć, z czego składa się marsjańska próbka, musimy ją przywrócić do Ziemia.

Dlatego kolejnym krokiem w poszukiwaniu życia na Marsie po Perseverance jest przykładowa misja powrotna, w którym jeden lub więcej statków kosmicznych są wysyłani na Marsa, aby zebrać próbki skał i gleby zebrane przez Perseverance i zwrócić je na Ziemię.

„Jeśli zamierzasz szukać życia, próbna misja powrotna jest niezbędnym kolejnym krokiem” – powiedział Beegle. „Ponieważ pozwala to na przywiezienie próbki, możesz umieścić ją w laboratorium, trochę o tym wiesz, a następnie możesz wszystko zaplanować.

„Każda misja kosmiczna zakłada, co tam znajdziesz – i tak projektujesz swoje instrumenty. Ale dzięki zwróceniu próbki możesz ją przywrócić, identyfikujesz trochę więcej o próbce, używasz wielu nieniszczących technologie, takie jak tomografia komputerowa i tomografia rentgenowska, i lepiej rozumiesz próbkę, dzięki czemu możesz dostosować swoje eksperymenty do tego, co próbka jest.

„Więc zwrot próbki jest naprawdę cenny i naprawdę ważny… Ma kluczowe znaczenie dla pytania, czy życie istniało na Marsie. Nie wiem, jak byś to zrobił bez tego” – dodał Beegle.

Polowanie rozpocznie się latem tego roku

Łazik Perseverance ma wystartować tego lata, za dwa i pół tygodnia, począwszy od 17 lipca. Powinien wylądować na Marsie 18 lutego, a stamtąd może rozpocząć badanie otoczenia i pobieranie próbek, a być może nawet znaleźć dowody na to, że Ziemia nie jest jedyną planetą, na której istnieje życie.

Zalecenia redaktorów

• Kosmologiczny dojazd: skomplikowana logistyka umieszczania ludzi na Marsie
• Udoskonalanie napędu: jak dowieziemy ludzi na Marsa
• Elektrownie na innych planetach: jak będziemy generować energię elektryczną na Marsie
• Zbieranie nawodnienia: jak przyszli osadnicy będą tworzyć i gromadzić wodę na Marsie
• Astrorolnictwo: Jak będziemy uprawiać rośliny na Marsie