Hur NASA: s Perseverance Rover kommer att söka efter liv på Mars

När NASA: s Perseverance-rover lanseras i sommar kommer den att ställas inför ett av de mest ambitiösa uppdragen i något rymdutforskningsprojekt hittills: Att söka efter bevis på liv på Mars. Om det någonsin funnits liv på Mars, så är det nästan säkert inte det nu - så hur går man tillväga för att leta efter bevis på något miljarder år gammalt på en annan planet?

Svaret involverar den tyngsta rover som någonsin skickats till en annan planet, en uttorkad sjöbädd som är miljontals år gammal och en superkraftig laser som förångar prover på 20 fots avstånd. Vi pratade med två NASA Mars-experter för att ta reda på mer.

En kort historia om Mars

Mars är idag en kall, karg planet med en mycket tunn atmosfär som är ogästvänlig mot liv. Men för miljarder år sedan var det en helt annan plats, täckt av ytvatten och möjligen till och med värd för ett enormt hav som spred sig över dess norra halvklot. Dessa faktorer betyder att det en gång kunde ha varit värd för livet.

"Vad vi vet är att det fanns rikligt med vatten på Mars yta i dess avlägsna förflutna," Katie Stack Morgan, en forskare i Mars geologi vid NASA: s Jet Propulsion Lab, sa. "Vi har gott om bevis för det i... mineraler som vi observerar vid ytan, de landformer som vi ser, den dalnät uthuggna i ytan av Mars, närvaron av dessa delta i gamla kratersjöbassänger. Vi vet det vatten fanns där vid ytan.”

Den kunskapen leder till andra slutsatser som att yttemperaturen måste ha varit varmare, eftersom det idag är för kallt för att vatten ska kunna existera kontinuerligt som vätska på ytan. Det tyder också på det Mars atmosfär var sannolikt tjockare och rikare än vad det är idag.

Det finns en viss debatt om exakt hur länge vatten var på ytan, men forskarna är överens om att det var där för vad Stack Morgan beskrivs som "geologiskt betydande tidsperioder."

Och där det finns flytande vatten finns potentialen för liv att ha funnits.

Hur kan livet på Mars ha sett ut?

Forskare är noga med att betona att de söker efter livet som vi känner det - eftersom det skulle vara omöjligt att söka efter något helt obekant. Men det finns goda skäl att anta att om det fanns liv på Mars så skulle det åtminstone vara jämförbart likt livet här på jorden.

"Det finns variation av mikrobiellt liv här på jorden," Stack Morgan sagt, beroende på miljöfaktorer som luftfuktighet, temperaturer, höjd och många andra. "Men en av anledningarna till att vi förväntar oss att livet, om det fanns på Mars, åtminstone skulle kunna kännas igen, är att så långt som vi kan se var typerna av inställningar på Mars en gång väldigt lika de typer av inställningar vi har på Jorden."

Vi vet att det fanns sjöar på Mars, precis som de på jorden, liksom funktioner som deltan och berg. Vi vet att det finns organiska molekyler på Mars, som kunde skapas av liv men också kan ha uppstått från andra naturliga processer. Någon gång i planetens historia kan det ha varit det inte så olik jorden i dag.

"Vi har all anledning att tro att mikrober, om de fanns på Mars, skulle anpassa sig på samma sätt som mikrober på jorden har anpassat sig," sa Stack Morgan. "Så vitt vi vet hade vi samma ingredienser för livet på Mars som vi hade här på jorden. Så det skapar förtroende för att om liv på Mars en gång existerade, skulle vi känna igen det."

Hur bevis på liv ser ut

Så hur ser vi något som en gång kan ha varit vid liv?

Tyvärr, "det finns ingen tricorder", Luther Beegle, principiell utredare av SHERLOC (Scanning Habitable Miljöer med Raman och Luminescence for Organics and Chemicals) instrument på Perseverance rover, sa. "Det finns inget du kan peka på något och säga, 'Åh, det finns liv'. Det är mycket information du måste vada igenom, för att titta på allt tillsammans och komma med en vetenskaplig slutsats."

"Vi letar efter vad vi kallar potentiella biosignaturer," förklarade Beegle. "På en given kropp i solsystemet, om inte något vinkar mot dig, är jag inte säker på om du kan kalla det liv eller inte. Vi har en allvarlig vetenskaplig debatt i det här samhället om vad liv är och hur du upptäcker det."

Det skulle vara lätt att upptäcka för närvarande levande mikroorganismsamhällen såsom bakteriemattor. Men det är mycket osannolikt att vi skulle hitta för närvarande levande organismer på Mars, så forskare letar istället efter bevis för att dessa samhällen kan ha funnits i det förflutna.

"Men det är svårt att säga hur dessa samhällen skulle se ut efter två [miljarder] till tre miljarder år av sittande på ytan," sa Beegle. "Så det är svårt för oss att veta vilken mätning vi skulle kunna ta som skulle göra det möjligt för oss att säga: "Det här levde definitivt."

"Vad vi kan göra är att säga," Det här är ett riktigt intressant exempel. Det finns en god chans att detta levde för länge sedan. Vi borde ta tillbaka det här provet och titta på det i ett terrestriskt labb.’ Och då kan man komma till en vetenskaplig konsensus.”

Hur man jagar ett främmande fossil

När det gäller att faktiskt lokalisera bevis i prover är den första och mest uppenbara metoden helt enkelt att leta efter det.

"Det första sättet att leta efter tecken på forntida liv är med dina kameror," Stack Morgan förklarade. ”Du avbildar terrängen runt dig och letar efter vad vi kallar morfologiska drag — former och texturer i stenarna - som verkar ovanliga eller som de kanske inte har bildats av fysiska processer. Så, det enklaste exemplet du kan tänka dig här på jorden är ett dinosaurieben, när det gäller exempel på makroskopiska bevis på liv och karismatisk megafauna.

"Men vi förväntar oss att sökningen på Mars kommer att kräva mer subtilitet. Eftersom tidigare roveruppdrag inte har observerat megafauna på något sätt, så om vi letar efter tecken på liv är det troligtvis i mikrobiell skala."

Så för att förstå hur bevis på mikrobiellt liv på Mars kan se ut, kan vi titta på klipporna här på jorden och hur de bevarar tecken på forntida liv. "Vi letar efter mycket fina skalformer och texturer i klipporna," Stack Morgan sa. ”Men även sådant som berglager, som kanske skrynklar på ett ovanligt sätt. Eller kanske mönster som vi inte skulle förvänta oss."

Det andra sättet att leta efter tecken på liv är att fokusera på sammansättningen av stenar, särskilt närvaron av potentiella organiska ämnen. Förekomsten av organiska ämnen och de ovanliga stenstrukturerna i kombination kan antyda att livet en gång levde där.

Denna kombination av komposition och textur är precis vad Beegles instrument SHERLOC designades för att undersöka. Och till skillnad från tidigare rovers kan den undersöka prover utan att förstöra strukturen på stenar. "Det är precis så vi letar efter bevis på forntida liv i vår egen rockskiva här på jorden," Stack Morgan sa. "Och nu kan vi göra det på Mars."

Använder ljus för att analysera stenar

SHERLOCs viktigaste verktyg är dess spektrometer, som använder ljus för att se vad ett prov är gjort av. "Du lyser ett ljus på något och du tittar på våglängden av ljus det avger, vilket talar om för dig vilken färg det är," förklarade Beegle. "Och genom att titta på den färgen kan du berätta något om provet."

Det finns många olika typer av spektroskopi, såsom laserinducerad nedbrytningsspektroskopi som utförs av Perseverances SuperCam-instrument, där en kraftfull laser förångar ett prov och analyserar de avgivna föreningarna. Men för att söka efter bevis på liv måste du titta i mindre skala och helst använda en oförstörande metod, så att du inte behöver förstöra ett prov för att analysera det.

SHERLOC använder en oförstörande metod som kallas ramanspektroskopi. "I ramanspektroskopi kan du se om något är en aminosyra, eller om det är ett karbonat, eller om det är ett kol eller något annat," förklarade Beegle. SHERLOC kan också utföra fluorescerande spektroskopi, som kan detektera närvaron av organiska molekyler.

Tillsammans kan dessa metoder ge information om ett prov som om det är organiskt, om det har bildats i en flytande miljö, om det har en hög temperatur och så vidare. SHERLOC-data kan också kombineras med data från andra Perseverance-instrument som PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) eller kamerorna på Mastcam-Z för att ge en mer komplett bild av vad ett givet prov består av av.

Särskilt värdefulla för studier är sedimentära bergarter som bildas i lager över tiden. Om Perseverance kan hitta och analysera ett sådant prov, kan det potentiellt se hur miljön på Mars utvecklats under tusentals år - och det kan till och med få en glimt av något som liknar ett karbonatlager i ett gäng basaltlager, vilket skulle tyda på att något sällsynt och viktigt hände vid en viss tidpunkt i regionens historia.

Att välja en landningsplats

Att jaga efter tecken på liv, inte vilken plats som helst på Mars duger. NASA har specifikt valt Jezero-kratern för sökningen, eftersom den har särskilda egenskaper som gör det till den mest sannolika platsen vi hittills har hittat för att ha bevarade bevis på liv.

"Jezero är en mycket speciell plats på Mars," Stack Morgan sade, på grund av närvaron av ett delta där. "Det finns hundratals gamla kraterbassänger som folk tror hade sjöar, inklusive Gale-kratern [där Curiosity-rovern för närvarande utforskar]. Men inte varje krater har ett delta bevarat i sig. Ett delta är den landform som skapas när en flod mynnar upp i en stor bassäng och avsätter sitt sediment."

Ett delta ger ytterligare bevis på att vatten en gång var på platsen, och betyder att det kommer att finnas intressanta stenar att utforska.

"Det som också gör Jezero väldigt speciellt är att den har en inloppsdal där vattnet rinner in, men det som gör den nästan unik är närvaron av en utloppsdal." sa Stack Morgan. "Det är en enkel, subtil sak, men det är anmärkningsvärt hur viktigt det är, för om du har en inloppsdal vet du att vattnet måste rinna in. Men om du har en utloppsdal vet du att vattnet måste fyllas upp till nivån för utloppsdalen.”

Om en sjö var grund, kan den ha torkat upp periodvis och inte varit gästvänlig för livet. Men om en sjö var tillräckligt djup för att vara en stående vattenmassa under lång tid, skulle det vara en mycket mer sannolikt plats för livet att utvecklas och få fäste.

"Jezero har inte bara landformen som visar att det fanns vatten där, utan vi har också bevis på att hela kratern fylldes upp." sa Stack Morgan. "Det är det som bidrar till att öka vårt förtroende för att Jezero är ett bra ställe att leta efter livet på, på ett sätt som andra platser inklusive Gale är lite mer av en chansning."

En annan sak som gör Jezero unik är mineralerna som vi kan observera där. "Jezero Crater är den enda av dessa gamla kratersjöbassänger som har karbonatmineraler," Stack Morgan sa. Karbonater på jorden utgör den strukturella grunden för fossiler och finns i korallrev, som Stora barriärrevet i Australien. Att hitta dem i en sjöbassäng på Mars kan tyda på samma sak.

Det finns inte bara karbonater – de finns också ligger runt den inre kanten av kratern, där sjön skulle ha varit grund, vilket är där vi förväntar oss att hitta dem. Karbonater är "riktigt bra på att bevara bevis för livet" Stack Morgan sa. "Så om du var tvungen att välja en plats på Mars för att söka efter liv, skulle du gå till den inre karbonatringen av en grund sjömiljö" - vilket är precis vad Jezero-kratern erbjuder.

Får prover tillbaka till jorden

Även om allmänheten ofta har idén om en magisk maskin som omedelbart kan analysera prover och se vad de är gjorda av, à la CSI, verkligheten är att processen med provanalys tar lång tid och består av många steg som måste vara noggrant följt. Det är inte möjligt att krympa en hel uppsättning analysverktyg till den lilla mängd utrymme som finns tillgängligt på en rover - vissa av instrumenten är lika stora som en hus, och det tillgängliga utrymmet på roveran är storleken på en skokartong - så för att verkligen förstå vad ett marsprov består av måste vi få tillbaka det till Jorden.

Det är därför nästa steg i sökandet efter liv på Mars efter Perseverance är en exempel på returuppdrag, i vilken en eller flera rymdfarkoster skickas till Mars för att samla in proverna av sten och jord som Perseverance har samlat in och återlämna dem till jorden.

"Om du ska leta efter livet, är ett provuppdrag för återvändande ett viktigt nästa steg," sa Beegle. "Eftersom det låter dig ta tillbaka ett prov, kan du lägga det i ett labb, du kan lite om det och sedan kan du planera allt därifrån.

"Vad varje rymduppdrag gör är att anta vad du kommer att hitta där - och det är så du designar dina instrument. Men med provretur kan du ta tillbaka det, du identifierar lite mer om provet, du använder mycket oförstörande teknologier som datortomografi och röntgentomografi, och du förstår mer om provet så att du kan skräddarsy dina experiment efter vad provet är.

"Så provavkastning är verkligen värdefullt och verkligen viktigt... Det är avgörande för frågan om det fanns liv på Mars eller inte. Jag vet inte hur du skulle göra det utan det, tillade Beegle.

Jakten börjar i sommar

Perseverance-rovern kommer att lanseras i sommar, någon gång under en period på två och en halv vecka som börjar den 17 juli. Den borde landa på Mars den 18 februari och därifrån kan den börja utforska sin omgivning och ta prover, och kanske till och med hitta bevis för att jorden inte är den enda planeten som har varit värd för liv.

Redaktörens rekommendationer

• En kosmologisk pendling: Den knepiga logistiken att sätta människor på Mars
• Perfekt framdrivning: Hur vi får människor till Mars
• Kraftverk på andra planeter: Hur vi genererar elektricitet på Mars
• Skörda hydrering: Hur framtida bosättare kommer att skapa och samla vatten på Mars
• Astroagriculture: Hur vi odlar grödor på Mars