Kako bo Nasin rover Perseverance iskal življenje na Marsu

Ko bo Nasin rover Perseverance izstreljen to poletje, se bo soočil z eno najbolj ambicioznih misij v katerem koli projektu raziskovanja vesolja doslej: iskanje dokaz življenja na Marsu. Če je na Marsu kdaj obstajalo življenje, ga zdaj skoraj zagotovo ni - kako se torej lotiti iskanja dokazov o nečem, kar je milijarde let staro na drugem planetu?

Odgovor vključuje najtežji rover, ki je bil kdaj poslan na drug planet, posušeno jezersko dno, staro na milijone let, in super zmogljiv laser, ki uparja vzorce z razdalje 20 metrov. Pogovarjali smo se z dvema strokovnjakoma Nase za Mars, da bi izvedeli več.

Kratka zgodovina Marsa

Današnji Mars je hladen, pust planet z zelo tanko atmosfero, ki je negostoljubna za življenje. Toda pred milijardami let je bil to povsem drugačen kraj, pokrit s površinsko vodo in morda celo gostil ogromen ocean, ki se je širil po njegovi severni polobli. Ti dejavniki pomenijo, da je nekoč lahko gostilo življenje.

"Kar vemo, je, da je bilo na površju Marsa v njegovi daljni preteklosti obilo vode," Katie Stack Morgan, raziskovalec marsovske geologije v Nasinem laboratoriju za reaktivni pogon, rekel. "Za to imamo veliko dokazov v... mineralov, ki jih opazujemo na površini, oblike zemlje, ki jih vidimo, dolinske mreže, vrezane v površje Marsa, prisotnost teh delt v starodavnih kraterskih jezerskih bazenih. To vemo voda je bila na površju.”

To znanje vodi do drugih sklepov, kot je na primer, da je morala biti površinska temperatura višja, saj je danes premrzlo, da bi voda lahko obstajala kot tekočina na površini. Predlaga tudi, da Marsova atmosfera je bila verjetno debelejša in bogatejša kot je danes.

Obstajajo razprave o tem, koliko časa je bila voda na površju, vendar se znanstveniki strinjajo, zakaj je bila tam Stack Morgan opisano kot »geološko pomembna časovna obdobja«.

In kjer je tekoča voda, obstaja možnost, da obstaja življenje.

Kako bi lahko izgledalo življenje na Marsu?

Raziskovalci previdno poudarjajo, da iščejo življenje, kot ga poznamo - ker bi bilo nemogoče iskati nekaj povsem neznanega. Toda obstajajo dobri razlogi za domnevo, da bi bilo življenje na Marsu vsaj primerljivo podobno življenju na Zemlji.

"Mikrobno življenje tukaj na Zemlji je raznoliko," Stack Morgan glede na okoljske dejavnike, kot so vlažnost, temperature, nadmorska višina in mnogi drugi. »Toda eden od razlogov, zakaj pričakujemo, da bo življenje, če je obstajalo na Marsu, vsaj prepoznavno, je ta, da kot lahko vidimo, so bile vrste nastavitev na Marsu nekoč zelo podobne vrstam nastavitev, ki jih imamo mi Zemlja."

Vemo, da so bila na Marsu jezera, tako kot tista na Zemlji, pa tudi značilnosti, kot so delte in gore. Vemo, da obstajajo organske molekule na Marsu, ki bi jih lahko ustvarilo življenje, lahko pa so nastali tudi iz drugih naravnih procesov. Na neki točki v zgodovini planeta je morda bilo ni tako drugačen od Zemlje danes.

"Imamo vse razloge, da verjamemo, da bi se mikrobi, če bi obstajali na Marsu, prilagodili na enak način, kot so se prilagodili mikrobi na Zemlji," je dejal Stack Morgan. »Kolikor vemo, smo imeli enake sestavine za življenje na Marsu, kot smo jih imeli tukaj na Zemlji. To ustvarja zaupanje, da če bi življenje na Marsu nekoč obstajalo, bi ga prepoznali.«

Kako izgleda dokaz življenja

Kako torej opazimo nekaj, kar je morda nekoč živelo?

Na žalost "ni trikoderja", Luther Beegle, glavni raziskovalec SHERLOC (Skeniranje bivalnih Okolja z instrumentom Raman and Luminescence for Organics and Chemicals) na roverju Perseverance, je dejal. "Nič ni, kar bi lahko pokazali na nekaj in rekli: 'Oh, tam je življenje.' To je veliko informacij, skozi katere se moraš prebiti, da pogledaš vse skupaj in prideš do znanstvenega zaključka."

"Iščemo tisto, čemur pravimo potencialni biološki podpisi," je pojasnil Beegle. »Na katerem koli telesu v sončnem sistemu, razen če vam nekaj maha, nisem prepričan, ali bi temu lahko rekli življenje ali ne. V tej skupnosti imamo resno znanstveno razpravo o tem, kaj je življenje in kako ga zaznati.«

Z lahkoto bi bilo odkriti trenutno živeče skupnosti mikroorganizmov, kot so bakterijske preproge. Vendar je zelo malo verjetno, da bi na Marsu našli trenutno živeče organizme, zato znanstveniki namesto tega iščejo dokaze, da so te skupnosti morda obstajale v preteklosti.

"Vendar je težko reči, kakšne bi bile te skupnosti po dveh [milijardah] do treh milijardah let sedenja na površju," je dejal Beegle. "Zato nam je težko vedeti, katero meritev bi lahko opravili, da bi nam omogočili reči:" Ta je bil zagotovo živ.

"Lahko rečemo:" To je res zanimiv vzorec. Obstaja velika verjetnost, da je bilo to živo že dolgo nazaj. Ta vzorec bi morali prinesti nazaj in ga pogledati v zemeljskem laboratoriju.’ In potem lahko pridete do znanstvenega soglasja.”

Kako loviti fosil nezemljana

Ko gre za dejansko iskanje dokazov v vzorcih, je prva in najbolj očitna metoda preprosto iskanje.

"Prvi način, kako iščete znake starodavnega življenja, je s fotoaparati," Stack Morgan pojasnil. »Predstavljate si teren okoli sebe in iščete tisto, čemur pravimo morfološke značilnosti – oblike in teksture v kamninah — ki se zdijo nenavadne ali ki jih morda niso oblikovale fizične procesov. Torej, najlažji primer, ki si ga lahko zamislite tukaj na Zemlji, je dinozavrova kost, v smislu primerov makroskopskih dokazov o življenju in karizmatični megafavni.

»Pričakujemo pa, da bo iskanje na Marsu zahtevalo več subtilnosti. Ker prejšnje misije roverjev niso opazovale megafavne na noben način, tako da, če iščemo znake življenja, je to verjetno na ravni mikrobov.«

Da bi razumeli, kako bi lahko izgledali dokazi o življenju mikrobov na Marsu, lahko pogledamo kamnine tukaj na Zemlji in kako ohranjajo znake starodavnega življenja. "V skalah iščemo zelo fine oblike in teksture," Stack Morgan rekel. »Ampak tudi stvari, kot so kamninske plasti, ki se morda zmečkajo na nenavaden način. Ali morda vzorce, ki jih ne bi pričakovali.«

Drugi način iskanja znakov življenja je osredotočanje na sestavo kamnin, zlasti na prisotnost potencialnih organskih snovi. Prisotnost organskih snovi in ​​nenavadne teksture kamnin v kombinaciji lahko nakazujejo, da je tam nekoč živelo življenje.

Ta kombinacija kompozicije in teksture je točno tisto, za kar je bil zasnovan Beegleov instrument SHERLOC. Za razliko od prejšnjih roverjev lahko raziskuje vzorce, ne da bi uničil teksturo kamnin. "Točno tako se lotevamo iskanja dokazov starodavnega življenja v naših kamninskih zapisih tukaj na Zemlji," Stack Morgan rekel. "In to lahko zdaj storimo na Marsu."

Uporaba svetlobe za analizo kamnin

Najpomembnejše orodje SHERLOC-a je njegov spektrometer, ki uporablja svetlobo, da vidi, iz česa je vzorec. "Na nekaj osvetliš in pogledaš valovno dolžino svetlobe, ki jo oddaja, kar ti pove, kakšne barve je," je pojasnil Beegle. "In če pogledate to barvo, lahko poveste nekaj o vzorcu."

Obstaja veliko različnih vrst spektroskopije, kot je lasersko inducirana razgradna spektroskopija, ki jo izvaja instrument Perseverance SuperCam, pri katerem visoko zmogljiv laser upari vzorec in analizira sproščene spojine. Toda če želite iskati dokaze o življenju, morate pogledati v manjšem merilu in po možnosti uporabiti nedestruktivno metodo, tako da vam ni treba uničiti vzorca, da bi ga analizirali.

SHERLOC uporablja nedestruktivno metodo, imenovano ramanska spektroskopija. "Pri ramanski spektroskopiji lahko ugotovite, ali je nekaj aminokislina, ali je karbonat, ali je premog ali kaj drugega," je pojasnil Beegle. SHERLOC lahko izvaja tudi fluorescentno spektroskopijo, ki lahko zazna prisotnost organskih molekul.

Če jih uporabimo skupaj, lahko te metode dajo informacije o vzorcu, na primer, ali je organski, ali je nastal v tekočem okolju, ali je bil pri visoki temperaturi itd. Podatke SHERLOC je mogoče združiti tudi s podatki iz drugih instrumentov Perseverance, kot je PIXL (planetarni instrument za X-ray Lithochemistry) ali kamere na Mastcam-Z za popolnejšo sliko sestave posameznega vzorca od.

Posebej dragocene za preučevanje so sedimentne kamnine, ki se skozi čas oblikujejo v plasteh. Če bi Perseverance lahko našel in analiziral tak vzorec, bi lahko videl, kako se je okolje na Marsu razvijalo v tisočletjih - in morda celo dobil vpogled v nekaj podobnega karbonatni plasti znotraj kupa bazaltnih plasti, kar bi nakazovalo, da se je nekaj redkega in pomembnega zgodilo v določenem trenutku v regiji zgodovina.

Izbira mesta pristanka

Za iskanje znakov življenja ne bo zadostoval kateri koli kraj na Marsu. NASA je za iskanje posebej izbrala krater Jezero, saj ima posebne značilnosti, zaradi katerih je to najverjetnejša lokacija, ki smo jo doslej našli, kjer so ohranjeni dokazi o življenju.

“Jezero je zelo poseben kraj na Marsu,” Stack Morgan rečeno, zaradi prisotnosti delte tam. »Obstaja na stotine starodavnih kraterjev, za katere ljudje mislijo, da so imela jezera, vključno s kraterjem Gale [kjer trenutno raziskuje rover Curiosity]. Toda v vsakem kraterju ni ohranjena delta. Delta je oblika kopnega, ki nastane, ko se reka odpre v veliko kotlino in odloži svoj sediment."

Delta zagotavlja dodatne dokaze, da je bila na tem mestu nekoč voda, kar pomeni, da bodo tam zanimive kamnine za raziskovanje.

»Jezero dela posebno tudi to, da ima vstopno dolino, v katero priteka voda, skorajda edinstveno pa je prisotnost iztočne doline,« je rekel Stack Morgan. »To je preprosta, subtilna stvar, vendar je neverjetno, kako pomembna je, kajti če imate vstopno dolino, veste, da je voda morala pritekati. Če pa imate iztočno dolino, veste, da se je morala voda napolniti do nivoja iztočne doline.”

Če bi bilo jezero plitvo, bi morda občasno presahnilo in ne bi bilo gostoljubno za življenje. Toda če bi bilo jezero dovolj globoko, da bi bilo dolgo časa stoječe vodno telo, bi bila tam veliko verjetnejša lokacija za razvoj in uveljavitev življenja.

"Jezero nima samo oblike kopnega, ki nam kaže, da je bila tam voda, ampak imamo tudi dokaze, da je bil celoten krater napolnjen," je rekel Stack Morgan. "To je tisto, kar nam pomaga povečati zaupanje, da je Jezero dober kraj za iskanje življenja, na način, da so drugi kraji, vključno z Galeom, nekoliko bolj kockarski."

Druga stvar, zaradi katere je Jezero edinstveno, so minerali, ki jih tam lahko opazujemo. "Krater Jezero je edino od teh starodavnih kraterskih jezerskih bazenov, ki ima karbonatne minerale," Stack Morgan rekel. Karbonati na Zemlji tvorijo strukturno osnovo fosilov in jih najdemo v koralnih grebenih, kot je Veliki koralni greben v Avstraliji. Če jih najdemo v jezeru na Marsu, bi to lahko pomenilo isto.

Ne samo, da so prisotni karbonati - tudi ki se nahaja okoli notranjega roba kraterja, kjer bi bilo jezero plitvo, kjer bi jih pričakovali najti. Karbonati so "res dobri pri ohranjanju dokazov za življenje," Stack Morgan rekel. »Torej, če bi morali izbrati kraj na Marsu, kamor bi šli iskat življenje, bi šli v karbonatni notranji obroč plitvega jezerskega okolja« — kar je natanko tisto, kar ponuja krater Jezero.

Pridobivanje vzorcev nazaj na Zemljo

Čeprav ima javnost pogosto idejo o čarobnem stroju, ki lahko takoj analizira vzorce in vidi, iz česa so narejeni, à la CSI, resničnost je taka, da postopek analize vzorca traja dolgo in je sestavljen iz številnih korakov, ki morajo biti mukotrpni sledil. Celotne zbirke orodij za analizo ni mogoče skrčiti v majhno količino prostora, ki je na voljo na roverju - nekateri instrumenti so veliki kot hišo, razpoložljivi prostor na roverju pa je velik kot škatla za čevlje – da bi resnično razumeli, iz česa je Marsov vzorec, ga moramo vrniti Zemlja.

Zato je naslednji korak v iskanju življenja na Marsu po Perseverance a misija vračanja vzorcev, v katerem eno ali več vesoljskih plovil so poslani na Mars, da poberejo vzorce kamnin in zemlje, ki jih je zbral Perseverance, in jih vrnejo na Zemljo.

"Če boste iskali življenje, je misija vrnitve vzorcev bistven naslednji korak," je dejal Beegle. »Ker vam omogoča, da vzorec prinesete nazaj, ga lahko daste v laboratorij, o njem veste nekaj malega, nato pa lahko od tam vse načrtujete.

»Vsaka vesoljska misija naredi predpostavko, kaj boste tam našli - in tako oblikujete svoje instrumente. Toda z vrnitvijo vzorca ga lahko prinesete nazaj, ugotovite malo več o vzorcu, uporabite veliko nedestruktivnih tehnologije, kot sta CT skeniranje in rentgenska tomografija, in razumete več o vzorcu, tako da lahko svoje poskuse prilagodite vzorec je.

»Vrnitev vzorcev je torej res dragocena in zelo pomembna... Bistvena je za vprašanje, ali je na Marsu obstajalo življenje ali ne. Ne vem, kako bi to naredil brez tega,« je dodal Beegle.

Lov se začne to poletje

Rover Perseverance naj bi bil izstreljen to poletje, nekaj časa v obdobju dveh tednov in pol, ki se začne 17. julija. Na Marsu bi moral pristati 18. februarja, od tam pa bi lahko začeli raziskovati njegovo okolico in jemati vzorce ter morda celo najti dokaze, da Zemlja ni edini planet, na katerem je živelo.

Priporočila urednikov

• Kozmološko potovanje na delo: zapletena logistika pošiljanja ljudi na Mars
• Izpopolnjevanje pogona: Kako bomo ljudi spravili na Mars
• Elektrarne na drugih planetih: Kako bomo proizvajali elektriko na Marsu
• Pridobivanje hidracije: Kako bodo prihodnji naseljenci ustvarjali in zbirali vodo na Marsu
• Astrokmetijstvo: Kako bomo gojili pridelke na Marsu