Как марсоход NASA Perseverance будет искать жизнь на Марсе

Когда этим летом будет запущен марсоход NASA Perseverance, перед ним будет стоять одна из самых амбициозных миссий в любом проекте по исследованию космоса на сегодняшний день: поиск доказательства жизни на Марсе. Если когда-то и была жизнь на Марсе, то сейчас ее почти наверняка нет — так как же вы будете искать свидетельства того, что на другой планете существует миллиарды лет?

Ответ включает в себя самый тяжелый вездеход, когда-либо отправленный на другую планету, дно высохшего озера, которому миллионы лет, и сверхмощный лазер, который испаряет образцы с расстояния 20 футов. Мы поговорили с двумя экспертами НАСА по Марсу, чтобы узнать больше.

Краткая история Марса

Марс сегодня — это холодная, бесплодная планета с очень тонкой атмосферой, негостеприимной для жизни. Но миллиарды лет назад это было совсем другое место, покрытое поверхностными водами и, возможно, даже вмещающее огромный океан, простирающийся через его северное полушарие. Эти факторы означают, что когда-то на нем могла быть жизнь.

«Что мы действительно знаем, так это то, что в далеком прошлом на поверхности Марса было много воды», — Кэти. Стек Морган, исследователь марсианской геологии в Лаборатории реактивного движения НАСА, сказал. «У нас есть множество доказательств этого в… минералы, которые мы наблюдаем на поверхности формы суши, которые мы видим, сети долин, вырезанные на поверхности Марса, наличие этих дельт в бассейнах древних кратерных озер. Мы знаем это вода была на поверхности.”

Это знание приводит к другим выводам, например, к тому, что температура поверхности должна была быть выше, поскольку сегодня слишком холодно, чтобы вода постоянно существовала в жидком состоянии на поверхности. Это также предполагает, что Атмосфера Марса, вероятно, была толще и богаче чем сегодня.

Ведутся споры о том, как долго вода находилась на поверхности, но ученые сходятся во мнении, что для чего она там была. Стек Морган описываются как «геологически значимые периоды времени».

А там, где есть жидкая вода, есть вероятность существования жизни.

Как могла бы выглядеть жизнь на Марсе?

Исследователи стараются подчеркнуть, что ищут жизнь такой, какой мы ее знаем, потому что было бы невозможно искать что-то совершенно незнакомое. Но есть веские основания предполагать, что если бы на Марсе была жизнь, она была бы, по крайней мере, сопоставима с жизнью здесь, на Земле.

«Здесь, на Земле, существует изменчивость микробной жизни», Стек Морган сказал, в зависимости от факторов окружающей среды, таких как влажность, температура, высота над уровнем моря и многие другие. «Но одна из причин, по которой мы ожидаем, что жизнь, если она существовала на Марсе, будет, по крайней мере, узнаваемой, заключается в том, что как мы видим, типы настроек на Марсе когда-то были очень похожи на те, что есть у нас на Земле. Земля."

Мы знаем, что на Марсе были озера, как и на Земле, а также такие особенности, как дельты и горы. Мы знаем, что есть органические молекулы на Марсе, которые могли быть созданы жизнью, но также могли возникнуть в результате других природных процессов. В какой-то момент истории планеты это могло быть не так уж отличается от Земли сегодня.

«У нас есть все основания полагать, что микробы, если бы они существовали на Марсе, адаптировались бы так же, как адаптировались микробы на Земле», — сказал Стэк Морган. «Насколько нам известно, у нас были те же ингредиенты для жизни на Марсе, что и здесь, на Земле. Так что это создает уверенность в том, что если бы жизнь на Марсе когда-то существовала, мы бы ее признали».

Как выглядят свидетельства жизни

Так как же нам обнаружить то, что когда-то могло быть живым?

К сожалению, «трикодера нет», Лютер Бигл, главный исследователь SHERLOC (Scanning Habitable Окружающая среда с рамановским и люминесцентным прибором для органических и химических веществ на марсоходе Perseverance. «Нет ничего, что вы могли бы указать на что-то и сказать: «О, это жизнь». Вам нужно просмотреть много информации, чтобы посмотреть на все вместе и прийти к научному заключению».

«Мы ищем то, что мы называем потенциальными биосигнатурами», — объяснил Бигл. «На любом конкретном теле в Солнечной системе, если что-то не машет вам рукой, я не уверен, можно ли назвать это жизнью или нет. У нас в этом сообществе ведутся серьезные научные дебаты о том, что такое жизнь и как ее обнаружить».

Было бы легко обнаружить живые в настоящее время сообщества микроорганизмов, такие как бактериальные маты. Но очень маловероятно, что мы найдем живые организмы на Марсе, поэтому вместо этого ученые ищут доказательства того, что эти сообщества могли существовать в прошлом.

«Но трудно сказать, какими будут эти сообщества после двух [миллиардов] или трех миллиардов лет сидения на поверхности», — сказал Бигл. «Поэтому нам трудно понять, какое одно измерение мы могли бы провести, чтобы мы могли сказать: «Это определенно было живым».

«Что мы можем сделать, так это сказать: «Это действительно интересный образец». Есть большая вероятность, что это было живо давным-давно. Мы должны вернуть этот образец и изучить его в земной лаборатории». И тогда вы сможете прийти к научному консенсусу».

Как охотиться на инопланетянина

Когда дело доходит до фактического обнаружения доказательств в образцах, первый и самый очевидный метод — просто искать их.

«Первый способ, которым вы ищете признаки древней жизни, — это ваши камеры», Стек Морган объяснил. «Вы представляете местность вокруг себя и ищете то, что мы называем морфологическими признаками — формы и текстуры в горных породах — которые кажутся необычными или что они, возможно, не были сформированы физическими процессы. Итак, самый простой пример, который вы можете придумать здесь, на Земле, — это кость динозавра, с точки зрения примеров макроскопических свидетельств жизни и харизматической мегафауны.

«Но мы ожидаем, что поиск на Марсе потребует большей тонкости. Поскольку предыдущие миссии марсохода никоим образом не наблюдали за мегафауной, поэтому, если мы ищем признаки жизни, то, скорее всего, в микробном масштабе».

Итак, чтобы понять, как могут выглядеть свидетельства существования микробной жизни на Марсе, мы можем взглянуть на горные породы здесь, на Земле, и на то, как они сохраняют признаки древней жизни. «Мы ищем очень мелкие формы и текстуры в скалах», Стек Морган сказал. «Но также и такие вещи, как слои горных пород, которые, возможно, изгибаются необычным образом. Или, возможно, закономерности, которых мы не ожидали».

Другой способ поиска признаков жизни — сосредоточиться на составе горных пород, особенно на наличии потенциальной органики. Присутствие органики и необычные каменные текстуры в сочетании могут свидетельствовать о том, что здесь когда-то жила жизнь.

Это сочетание состава и текстуры — это именно то, для чего был разработан прибор SHERLOC компании Beegle. И в отличие от предыдущих марсоходов, он может исследовать образцы, не разрушая текстуру горных пород. «Именно так мы ищем доказательства древней жизни в наших собственных каменных записях здесь, на Земле», Стек Морган сказал. «И теперь мы можем сделать это на Марсе».

Использование света для анализа горных пород

Самым важным инструментом SHERLOC является спектрометр, который использует свет, чтобы увидеть, из чего состоит образец. «Вы освещаете что-то светом и смотрите на длину волны излучаемого света, которая говорит вам, какого это цвета», — объяснил Бигл. «И, глядя на этот цвет, вы можете кое-что сказать об образце».

Существует множество различных типов спектроскопии, например спектроскопия лазерного пробоя, выполняемая прибором Perseverance SuperCam, в котором мощный лазер испаряет образец и анализирует выделяемые соединения. Но для поиска признаков жизни нужно смотреть в меньшем масштабе и желательно использовать неразрушающий метод, чтобы не пришлось разрушать образец, чтобы проанализировать его.

SHERLOC использует неразрушающий метод, называемый рамановской спектроскопией. «С помощью рамановской спектроскопии вы можете сказать, является ли что-то аминокислотой, карбонатом, углем или чем-то еще», — объяснил Бигл. SHERLOC также может выполнять флуоресцентную спектроскопию, которая может обнаруживать присутствие органических молекул.

При совместном использовании эти методы могут дать информацию об образце, например, является ли он органическим, образовался ли он в жидкой среде, находился ли он при высокой температуре и т. д. Данные SHERLOC также можно комбинировать с данными других инструментов Perseverance, таких как PIXL (Planetary Instrument for Рентгеновская литохимия) или камеры на Mastcam-Z, чтобы дать более полное представление о том, из чего состоит тот или иной образец. из.

Особую ценность для изучения представляют осадочные породы, формирующиеся во времени слоями. Если Perseverance сможет найти и проанализировать такой образец, он потенциально сможет увидеть, как окружающая среда на Марсе развивалась на протяжении тысячелетий, и, возможно, даже мельком увидит что-то вроде карбонатного слоя в группе базальтовых слоев, что предполагает, что что-то редкое и важное произошло в определенный момент времени в регионе. история.

Выбор места для посадки

Для поиска признаков жизни подойдет не любое место на Марсе. НАСА специально выбрало кратер Джезеро для поиска, поскольку он обладает особыми особенностями, которые делают его наиболее вероятным местом, которое мы нашли до сих пор, где сохранились свидетельства жизни.

«Джезеро — особенное место на Марсе». Стек Морган сказал, из-за наличия там дельты. «Существуют сотни древних кратерных котловин, в которых, по мнению людей, были озера, в том числе кратер Гейла [где в настоящее время исследует марсоход Curiosity]. Но не в каждом кратере сохранилась дельта. Дельта — это форма суши, возникающая, когда река впадает в большой бассейн и откладывает свои наносы».

Дельта является еще одним доказательством того, что вода когда-то была на этом месте, и означает, что здесь будут интересные скалы для исследования.

«Езеро также делает особенным то, что у него есть входная долина, куда впадает вода, но что делает его почти уникальным, так это наличие выходной долины». — сказал Стек Морган. «Это простая, тонкая вещь, но удивительно, насколько это важно, потому что, если у вас есть входная долина, вы знаете, что вода должна была втекать внутрь. Но если у вас есть выходная долина, вы знаете, что вода должна была наполниться до уровня выходной долины».

Если бы озеро было мелким, оно могло бы периодически пересыхать и было бы непригодно для жизни. Но если бы озеро было достаточно глубоким, чтобы долгое время оставаться стоячим водоемом, это было бы гораздо более вероятным местом для развития и закрепления жизни.

«У Джезеро есть не только форма суши, которая показывает нам, что там была вода, но у нас также есть доказательства того, что весь кратер заполнился». — сказал Стек Морган. «Именно это помогает укрепить нашу уверенность в том, что Джезеро — хорошее место для поиска жизни, в то время как другие места, включая Гейл, — это скорее азартная игра».

Еще одна вещь, которая делает Джезеро уникальным, — это минералы, которые мы можем там наблюдать. «Кратер Джезеро — единственный из этих бассейнов древних кратерных озер, в котором есть карбонатные минералы». Стек Морган сказал. Карбонаты на Земле составляют структурную основу окаменелостей и встречаются в коралловых рифах, таких как Большой Барьерный риф в Австралии. Обнаружение их в бассейне озера на Марсе может указывать на то же самое.

Присутствуют не только карбонаты, но и расположен вокруг внутреннего края кратера, где озеро должно было быть мелким, где мы и ожидали их найти. Карбонаты «действительно хороши в сохранении доказательств существования жизни». Стек Морган сказал. «Поэтому, если бы вам нужно было выбрать место на Марсе, чтобы отправиться на поиски жизни, вы бы отправились к карбонатному внутреннему кольцу мелководной озерной среды» — именно это предлагает кратер Джезеро.

Возвращение образцов на Землю

Хотя у публики часто возникает представление о волшебной машине, которая может мгновенно анализировать образцы и видеть, из чего они сделаны, а-ля CSI, реальность такова, что процесс анализа пробы занимает много времени и состоит из множества шагов, которые приходится тщательно выполнять. последовал. Невозможно втиснуть весь набор аналитических инструментов в крошечное пространство, доступное на вездеходе — некоторые из инструментов имеют размер дом, а доступное пространство на марсоходе размером с обувную коробку — поэтому, чтобы действительно понять, из чего состоит марсианский образец, нам нужно вернуть его в Земля.

Вот почему следующим шагом в поисках жизни на Марсе после «Настойчивости» является миссия по возвращению образцов, в котором один или несколько космических аппаратов отправляются на Марс, чтобы собрать образцы горных пород и почвы, собранные Perseverance, и вернуть их на Землю.

«Если вы собираетесь искать жизнь, миссия по возврату образцов является важным следующим шагом», — сказал Бигл. «Поскольку это позволяет вам вернуть образец, вы можете поместить его в лабораторию, вы немного знаете о нем, а затем вы можете спланировать все оттуда.

«Что делает каждая космическая миссия, так это предполагает, что вы собираетесь там найти — и именно так вы проектируете свои инструменты. Но с возвратом образца вы можете вернуть его, вы идентифицируете образец немного больше, вы используете много неразрушающего контроля. таких технологий, как компьютерная томография и рентгеновская томография, и вы лучше понимаете образец, чтобы вы могли адаптировать свои эксперименты к тому, что образец есть.

«Поэтому возвращение образцов действительно ценно и действительно важно… Это жизненно важно для вопроса о том, существовала ли жизнь на Марсе. Я не знаю, как бы вы это делали без него», — добавил Бигл.

Охота начинается этим летом

Марсоход Perseverance должен быть запущен этим летом, примерно через две с половиной недели, начиная с 17 июля. Он должен приземлиться на Марсе 18 февраля, и оттуда можно будет начать исследовать его окрестности и брать образцы, и, возможно, даже найти доказательства того, что Земля — не единственная планета, на которой есть жизнь.

Рекомендации редакции

• Космологическое путешествие: сложная логистика доставки людей на Марс
• Совершенствование двигательной установки: как мы доставим людей на Марс
• Электростанции на других планетах: как мы будем генерировать электричество на Марсе
• Сбор гидратации: как будущие поселенцы будут создавать и собирать воду на Марсе
• Астроземледелие: как мы будем выращивать урожай на Марсе