Як марсохід NASA Perseverance шукатиме життя на Марсі

Коли марсохід NASA Perseverance буде запущений цього літа, його чекає одна з найамбітніших місій у будь-якому дослідницькому проекті на сьогодні: шукати докази існування життя на Марсі. Якщо на Марсі колись і було життя, то зараз його майже напевно немає — тож як шукати докази існування чогось, якому мільярди років, на іншій планеті?

Відповідь включає найважчий марсохід, який коли-небудь відправляли на іншу планету, висохле дно озера, якому мільйони років, і надпотужний лазер, який випаровує зразки з відстані 20 футів. Щоб дізнатися більше, ми поспілкувалися з двома експертами NASA з вивчення Марса.

Коротка історія Марса

Сьогоднішній Марс — це холодна безплідна планета з дуже тонкою атмосферою, непривітною для життя. Але мільярди років тому це було зовсім інше місце, вкрите поверхневими водами і, можливо, навіть містило величезний океан, що розкинувся через північну півкулю. Ці фактори означають, що колись там могло бути життя.

«Ми знаємо, що в далекому минулому на поверхні Марса було багато води», — сказала Кеті. Стек Морган, дослідник марсіанської геології в Лабораторії реактивного руху NASA, сказав. «У нас є чимало доказів цього в... мінерали, які ми спостерігаємо на поверхні, форми землі, які ми бачимо, мережі долин, вирізані на поверхні Марса, наявність цих дельт у стародавніх кратерних озерних басейнах. Ми це знаємо вода була на поверхні.”

Це знання призводить до інших висновків, таких як те, що температура поверхні повинна була бути вищою, оскільки сьогодні занадто холодно, щоб вода могла постійно існувати в рідині на поверхні. Це також свідчить про те, що Атмосфера Марса, ймовірно, була густішою і багатшою ніж сьогодні.

Існують деякі суперечки щодо того, скільки саме часу вода була на поверхні, але вчені погоджуються, що для чого вона там була Стек Морган описується як «геологічно значущі періоди часу».

А там, де є рідка вода, є потенціал для існування життя.

Як могло виглядати життя на Марсі?

Дослідники обережно підкреслюють, що вони шукають життя, яке ми знаємо, оскільки було б неможливо шукати щось зовсім незнайоме. Але є вагомі підстави припускати, що якби на Марсі існувало життя, воно було б принаймні порівняно подібним до життя тут, на Землі.

«Життя мікробів тут, на Землі, різноманітне», Стек Морган залежно від факторів навколишнього середовища, таких як вологість, температура, висота над рівнем моря та багато інших. «Але одна з причин, чому ми очікуємо, що життя, якщо воно існувало на Марсі, буде принаймні впізнаваним, полягає в тому, що як ми бачимо, типи налаштувань на Марсі колись були дуже схожі на ті, які ми маємо Земля».

Ми знаємо, що на Марсі були такі ж озера, як і на Землі, а також дельти та гори. Ми знаємо, що є органічні молекули на Марсі, які могли бути створені життям, але також могли виникнути в результаті інших природних процесів. У якийсь момент в історії планети це могло бути не так сильно відрізняється від Землі сьогодні.

«У нас є всі підстави вважати, що мікроби, якби вони існували на Марсі, адаптувалися б так само, як мікроби на Землі», — сказав Стек Морган. «Наскільки нам відомо, у нас були ті ж інгредієнти для життя на Марсі, що й тут, на Землі. Тож це створює впевненість, що якби життя на Марсі колись існувало, ми б його визнали».

Як виглядає свідчення життя

Отже, як ми помітимо щось, що колись могло бути живим?

На жаль, «трикодера немає», Лютер Бігль, головний дослідник SHERLOC (Scanning Habitable Середовища з Раманом і Люмінесценцією для органіки та хімікатів) на марсоході Perseverance. «Немає нічого, на що можна вказати на щось і сказати: «О, це життя». Це багато інформації, яку вам потрібно пробратися, щоб переглянути все разом і зробити науковий висновок».

«Ми шукаємо те, що ми називаємо потенційними біопідписами», — пояснив Бігл. «На будь-якому тілі в Сонячній системі, якщо вам щось не махає, я не впевнений, чи можна назвати це життям чи ні. У цій спільноті ведуться серйозні наукові дебати про те, що таке життя і як його виявляти».

Було б легко виявити нині живі спільноти мікроорганізмів, такі як бактеріальні килимки. Але дуже малоймовірно, що ми знайдемо живі організми на Марсі, тому вчені натомість шукають докази того, що ці спільноти могли існувати в минулому.

«Але важко сказати, якими будуть ці спільноти після двох [мільярдів]-трьох мільярдів років перебування на поверхні», — сказав Бігль. «Тож нам важко знати, яке вимірювання ми можемо зробити, щоб дозволити нам сказати: «Це точно був живий».

«Ми можемо сказати: «Це справді цікавий зразок». Є хороший шанс, що це було живе давно. Ми повинні повернути цей зразок і подивитися на нього в земній лабораторії». І тоді ви зможете прийти до наукового консенсусу».

Як полювати на інопланетну скам'янілість

Коли справа доходить до справжнього пошуку доказів у зразках, перший і найбільш очевидний метод – це просто їх пошук.

«Перший спосіб, за допомогою якого ви шукаєте ознаки стародавнього життя, — це використовувати камери», Стек Морган пояснив. «Ви малюєте місцевість навколо себе і шукаєте те, що ми називаємо морфологічними особливостями — формами та текстури гірських порід — які здаються незвичайними або які, можливо, не були утворені фізичними процеси. Отже, найпростіший приклад, який ви можете придумати тут, на Землі, — це кістка динозавра, з точки зору прикладів макроскопічних доказів життя та харизматичної мегафауни.

«Але ми очікуємо, що пошуки на Марсі вимагатимуть більшої тонкощі. Оскільки попередні місії марсоходів жодним чином не спостерігали мегафауну, тож якщо ми шукаємо ознаки життя, то, швидше за все, в мікробному масштабі».

Отже, щоб зрозуміти, як можуть виглядати докази мікробного життя на Марсі, ми можемо поглянути на камені тут, на Землі, і на те, як вони зберігають ознаки стародавнього життя. «Ми шукаємо дуже тонкі масштабні форми та текстури в скелях», Стек Морган сказав. «Але також такі речі, як шари гірських порід, які, можливо, м’яться незвичайним чином. Або, можливо, шаблони, яких ми не очікували».

Інший спосіб знайти ознаки життя - зосередитися на складі гірських порід, особливо на наявності потенційної органіки. Наявність органіки та незвичайні текстури гірських порід у поєднанні можуть свідчити про те, що колись тут жило життя.

Це поєднання композиції та текстури – це саме те, для чого був розроблений інструмент Beegle SHERLOC. І на відміну від попередніх марсоходів, він може досліджувати зразки, не руйнуючи текстуру гірських порід. «Це саме те, як ми шукаємо докази стародавнього життя в наших власних каменях тут, на Землі», Стек Морган сказав. «І тепер ми можемо зробити це на Марсі».

Використання світла для аналізу гірських порід

Найважливішим інструментом SHERLOC є його спектрометр, який використовує світло, щоб побачити, з чого складається зразок. «Ви освітлюєте щось і дивитесь на довжину хвилі світла, яке воно випромінює, що говорить вам, якого це кольору», — пояснив Бігл. «І дивлячись на цей колір, ви можете щось сказати про зразок».

Існує багато різних типів спектроскопії, наприклад спектроскопія пробою, викликана лазером, що виконується інструментом Perseverance SuperCam, у якому потужний лазер випаровує зразок і аналізує виділені сполуки. Але щоб шукати докази життя, вам потрібно шукати в меншому масштабі та бажано використовувати неруйнівний метод, тому вам не доведеться знищувати зразок для його аналізу.

SHERLOC використовує неруйнівний метод, який називається раманівською спектроскопією. «За допомогою раманівської спектроскопії ви можете визначити, чи є щось амінокислотою, чи це карбонатом, чи це вугіллям, чи чимось іншим», — пояснив Бігл. SHERLOC також може виконувати флуоресцентну спектроскопію, яка може виявити присутність органічних молекул.

При спільному застосуванні ці методи можуть надати інформацію про зразок, наприклад, чи є він органічним, чи утворився він у рідкому середовищі, чи перебував при високій температурі тощо. Дані SHERLOC також можна комбінувати з даними інших інструментів Perseverance, таких як PIXL (планетарний інструмент для Рентгенівська літохімія) або камери на Mastcam-Z, щоб отримати більш повну картину того, з чого складається будь-який даний зразок з.

Особливо цінні для вивчення осадові породи, які з часом утворюються шарами. Якщо Perseverance зможе знайти та проаналізувати такий зразок, він потенційно зможе побачити, як розвивалося навколишнє середовище на Марсі протягом тисячоліть — і він може навіть отримати уявлення про щось на зразок карбонатного шару в купі базальтових шарів, що свідчить про те, що щось рідкісне та важливе сталося в певний момент часу в регіоні історії.

Вибір місця посадки

Щоб шукати ознаки життя, підійде не будь-яка точка на Марсі. NASA спеціально вибрало кратер Джезеро для пошуку, оскільки він має особливі особливості, які роблять це найбільш вірогідним місцем, яке ми знайшли, де збереглися докази життя.

«Єзеро — особливе місце на Марсі» Стек Морган сказав, через наявність там дельти. «Існують сотні стародавніх кратерних басейнів, які, як люди вважають, мали озера, включаючи кратер Гейл [де зараз досліджує марсохід Curiosity]. Але не в кожному кратері збереглася дельта. Дельта — це форма суші, яка утворюється, коли річка впадає у великий басейн і відкладає свій осад».

Дельта є додатковим доказом того, що на цьому місці колись була вода, і означає, що там будуть цікаві скелі для дослідження.

«Єзеро також робить особливим те, що воно має вхідну долину, куди впадає вода, але що робить його майже унікальним, так це наявність вихідної долини», — сказав Стек Морган. «Це проста, тонка річ, але дивовижно, наскільки це важливо, тому що якщо у вас є вхідна долина, ви знаєте, що вода повинна текти в неї. Але якщо у вас є випускна долина, ви знаєте, що вода мала наповнитися до рівня випускної долини».

Якби озеро було мілким, воно могло б періодично висихати і не було б гостинним для життя. Але якби озеро було достатньо глибоким, щоб тривалий час залишатися водоймою, це було б набагато більш імовірним місцем для розвитку та закріплення життя.

«Єзеро має не лише форму землі, яка показує нам, що там була вода, але ми також маємо докази того, що весь кратер заповнився», — сказав Стек Морган. «Саме це допомагає підвищити нашу впевненість у тому, що Jezero є хорошим місцем для пошуку життя, таким чином, що інші місця, включаючи Gale, є трохи більш азартними».

Ще одна річ, яка робить Єзеро унікальним, це корисні копалини, які ми можемо там спостерігати. «Кратер Джезеро — єдиний із цих стародавніх кратерних озерних басейнів, який містить карбонатні мінерали», Стек Морган сказав. Карбонати на Землі утворюють структурну основу скам’янілостей і знаходяться в коралових рифах, таких як Великий Бар’єрний риф в Австралії. Знаходження їх в басейні озера на Марсі може свідчити про те ж саме.

Присутні не тільки карбонати, але й вони розташовані навколо внутрішнього краю кратера, де озеро було б мілким, і саме там ми очікували їх знайти. Карбонати «дуже добре зберігають докази життя», Стек Морган сказав. «Отже, якби вам довелося вибрати місце на Марсі для пошуку життя, ви б пішли до внутрішнього карбонатного кільця мілководного озера» — саме це пропонує кратер Єзеро.

Повернення зразків на Землю

Хоча у громадськості часто виникає думка про чарівну машину, яка може миттєво аналізувати зразки та бачити, з чого вони зроблені, а-ля CSI, реальність така, що процес аналізу зразків займає багато часу і складається з багатьох кроків, які повинні бути кропіткими слідував. Неможливо помістити весь набір інструментів аналізу в крихітний простір, доступний на марсоході — деякі інструменти мають розмір будинок, а доступний простір на марсоході розміром з коробку для взуття, тому, щоб справді зрозуміти, з чого складається марсіанський зразок, нам потрібно повернути його земля.

Ось чому наступним кроком у пошуках життя на Марсі після Perseverance є a зразок місії повернення, в якому один або кілька космічних апаратів відправляються на Марс, щоб зібрати зразки каменів і ґрунту, зібрані Perseverance, і повернути їх на Землю.

«Якщо ви збираєтеся шукати життя, місія з повернення зразків є важливим наступним кроком», — сказав Бігл. «Оскільки це дозволяє вам повернути зразок, ви можете помістити його в лабораторію, ви трохи знаєте про це, а потім можете все планувати звідти.

«Кожна космічна місія робить припущення, що ви збираєтеся там знайти, і саме так ви проектуєте свої інструменти. Але з поверненням зразка ви можете повернути його, ви дізнаєтесь трохи більше про зразок, ви використовуєте багато неруйнівних таких технологій, як комп’ютерна томографія та рентгенівська томографія, і ви дізнаєтеся більше про зразок, щоб ви могли пристосувати свої експерименти до того, що зразок є.

«Тож повернення зразків є справді цінним і дуже важливим… Це життєво важливо для питання про те, чи існувало життя на Марсі. Я не знаю, як би ви робили це без нього, — додав Бігль.

Цього літа починається полювання

Марсохід Perseverance планується запустити цього літа, протягом двох з половиною тижнів, починаючи з 17 липня. Він повинен приземлитися на Марс 18 лютого, і звідти можна буде почати досліджувати його оточення та брати зразки, і, можливо, навіть знайти докази того, що Земля — не єдина планета, де є життя.

Рекомендації редакції

• Космологічне переміщення: хитра логістика відправлення людей на Марс
• Удосконалення двигуна: як ми доставимо людей на Марс
• Електростанції на інших планетах: як ми будемо виробляти електроенергію на Марсі
• Збирання гідратації: як майбутні поселенці будуть створювати та збирати воду на Марсі
• Астроагрокультура: як ми будемо вирощувати зернові культури на Марсі