For nogle videnskabsmænd, Mars 2020 er en udholdenhedsmission

Ligesom millioner af mennesker rundt om i verden, David Shuster og hans 7-årige datter jublede vildt, da Perseverance-roveren blev sænket med skykran til Mars-overfladen den 18. februar for at starte mange års udforskning. Men for ham og en undergruppe af Mars 2020 videnskabsholdet, ægte tilfredsstillelse vil blive forsinket.

Shuster er et af 15 medlemmer af teamet, der fokuserer på prøve returnering, hvilket betyder, at de - eller deres efterfølgere - ikke vil få fingrene i faktiske Mars-sten i endnu 10 år, tidligst. NASA og den europæiske rumfartsorganisation vil igangsætte to yderligere missioner for at indsamle de sten, som Perseverance sætter til side, og sende dem tilbage til Jorden, helst i 2031.

Alligevel, Shuster, en professor i jord- og planetvidenskab ved University of California, Berkeley, og en specialist i dating gamle sten, er ikke sur. Han har selv studeret månesten, som astronauter fra Apollo-æraen bragte tilbage for mere end 50 år siden og føler en særlig tilknytning til de videnskabsmænd, der beskyttede disse dyrebare prøver til gavn for dem, der kom efter. Han, også, vil hjælpe en ny generation af forskere.

"En af de ting, der motiverer mig ved denne mission, er det faktum, at jeg har nydt godt af de Apollo-prøver, der blev indsamlet, før jeg blev født. Jeg ved selv, hvordan det er at drage fordel af det virkelig hårde arbejde, ikke kun under selve missionerne og af astronauterne selv, men af ​​videnskabsmænd, der kurerede og dokumenterede alle disse prøver, sagde Shuster. Jeg forstår straks værdien af ​​det, men også vigtigheden af ​​at gøre det omhyggeligt for Mars-prøvereturmissionen. Med al den videnskab, der vil blive udført på disse prøver, det betyder noget, hvilke prøver vi indsamler. Ikke en hvilken som helst gammel sten fungerer for de ting, vi gør her i laboratoriet."

For ham, Nøglespørgsmålene er:Hvor gammel er Jezero Crater, hvor udholdenhed landede, og hvornår fandtes flydende vand på overfladen og aflejrede sedimenterne og formede de alluviale træk, der var tydeligt synlige i krateret? Skøn over kraterets alder, som er baseret på antallet af mindre nedslagskratere inde i det større Jezero-krater, spænder fra 1,7 milliarder år til mere end 3 milliarder år, han sagde.

"En af de attraktive ting ved dette landingssted er, at det virker helt klart, at på et tidspunkt i fortiden - det er ukendt hvornår - Jezero-krateret var en sø, og det aflejrede sediment, såsom denne smukt bevarede ventilator, " han sagde.

Mens instrumenter om bord på Perseverance kan teste sten og sediment for kemisk sammensætning og mineralogi, de kan ikke bestemme alder. De radioaktive isotopmålinger, der er nødvendige for præcist at lokalisere alderen, kan kun udføres i laboratorier på Jorden.

"Forsøger at få svar på disse spørgsmål kvantitativt, baseret på geokemiske målinger, er ikke trivielt - det er svært at gøre selv på Jorden, " sagde Shuster, som primært bruger verdensklasse, state-of-the-art udstyr på det uafhængige Berkeley Geochronology Center.

komplicerer analysen, returprøverne - kun 28, hvis alt går vel - vil være lille, hver på størrelse med en stav tavlekridt. Forskere planlægger at analysere dem med enhver tilgængelig kemisk og mineralogisk teknik, og samtidig gemme så meget af prøverne til fremtiden som muligt, i håb om forbedrede analyseteknikker. Heldigvis, selvom geokronologisk analyse ødelægger sten for at bestemme dens alder, processen kræver kun små stykker.

"Det store spørgsmål er, hvis vi finder beviser for tidligere liv på Mars - hvilket er en stor motivation bag denne mission - vil det næste spørgsmål være:'Hvornår var det?', " sagde Shuster. "Vi har brug for at vide 'hvornår' i absolut forstand, fordi det næste spørgsmål vi vil stille er, 'Hvad skete der på Jorden på det tidspunkt, og hvordan sammenlignes disse to?'"

'En uselvisk mission'

Mens Shuster planlægger at være til stede for at udføre noget af denne analyse, hans kandidatstuderende, Andrew "Drew" Gorin, er klar til at høste fordelene, også.

"Mange af de mennesker, der er ansvarlige for missionen, vil gå på pension, når prøverne kommer tilbage - jeg føler mig forbløffet over, at et så massivt hold af videnskabsmænd ville begive sig ud på en så uselvisk mission, sagde Gorin, som kom til UC Berkeley sidste år og ikke har sat sine ben i et campuslaboratorium siden han ankom. "Folk dedikerer de sidste 10 år af deres karriere til dette og får måske ikke selv udviklet resultaterne. Så, det er spændende at være med i processen som kandidatstuderende."

Shuster, en 1996 UC Berkeley alumnus i geologi, har udført omfattende arbejde ikke kun på månens klipper, men også sten fra Mars:Sten, der blev kastet fra Mars-overfladen ved et meteornedslag og til sidst slingrede sig vej gennem solsystemet ind i Jordens kredsløb og kom ind i atmosfæren som stjerneskud. Mere end 100 sådanne meteoritter fra Mars er blevet identificeret, men deres voldelige historie, kombineret med sandsynlige ændringer, når man forlader Mars og falder til Jorden, gøre dem til fattige repræsentanter for, hvordan klipper er på Mars.

"Der er nogle vigtige begrænsninger for at studere meteoritter fra Mars:Der er ingen geologisk kontekst, fordi du ikke ved, hvor det er fra; du ved ikke, hvad stenens orientering var, da den var på planeten, som du har brug for til palæomagnetiske undersøgelser; og ikke alle materialer er stærke nok til at overleve processen med at blive slynget ud og forblive et stenet materiale, " sagde han. "Dette er alle grunde til, at det er enormt fordelagtigt at indsamle prøver på selve planeten. Det forenkler alt det der, det får mange af disse problemer til at forsvinde."

Prøve-returmissionen er designet til at bringe de første materialer tilbage fra en anden planet, ikke kun stykker af månen eller en asteroide eller rumstøv. Mens Perseverance-roveren navigerer rundt i Jezero-krateret og undersøger interessante fremspring, Shuster og andre medlemmer af prøve-returvidenskabsteamet mødes ugentligt, hvis ikke dagligt, at beslutte, hvilke sten der er værd at prøve for at vende tilbage til Jorden. Vedholdenhed vil så bore en kerne, Opbevar det hermetisk i kapsler og bær dem rundt, indtil det har samlet sig nok til at cache på overfladen. Der er planlagt mindst to cacher:en inde i krateret og en udenfor, da roveren bevæger sig fra det yngre kraterinteriør til den formentlig ældre klippe, hvori Jezero er indlejret.

"Vores rolle er at levere ekspertise og rådgive om, hvordan man bedst indsamler, og hvilke prøver der skal indsamles, " han sagde, bemærker, at holdet har foreløbige planer, der vil udvikle sig, efterhånden som roveren overvåger landskabet. "Beslutningerne vil være baseret på alle de oplysninger, vi har, og den information udvikler sig gennem tiden."

Tæller meteorkratere

Før du borer kerner, prøvereturteamet skal beslutte, hvilke sten der skal give de svar, de har brug for. vulkansk, eller magmatisk, klipper giver de bedste radiometriske datoer, sagde Gorin. Han håber, at Perseverance vil samle sten op, der vil hjælpe med at kalibrere standardteknikken – kratertælling – der nu bruges til at estimere alderen på planeternes og månernes overflader. Denne teknik er baseret på korrelationer mellem kratertællinger og radiometrisk datering af sten på månen, med den antagelse, at meteorbestanden i asteroidebæltet er ens omkring månen og Mars, med en vis indkvartering for den anderledes tyngdekraft og atmosfære på Mars.

"Ideen er, forestil dig, at du har en flad overflade, der bliver bombarderet med stødlegemer gennem tiden i en vis hastighed, " sagde han. "Baseret på det, hvis du tæller størrelsesfordelingen af ​​kratere, du kan trække tilbage, hvor lang tid det er siden, at overfladen engang var helt flad. Vi har nogle ankerpunkter, vi har samlet fra månen:basalt eller lavastrømme, som vi kan forestille os har fladet overfladen helt ud på et tidspunkt. Lavastrømme er virkelig fremragende til radiometrisk datering."

Gorin har fået til opgave at vurdere, hvilke sten der sandsynligvis vil give en dato, der er præcis nok til at kalibrere meteortællinger på Mars.

"Vi ønsker at finde en prøve af et let dateret materiale i Jezero Crater, hvor vi så kan anvende denne kratertællingsteknik og også radiometrisk datere noget derinde, sammenlign dem og brug det til at flytte ankerpunktet, som vil give os mulighed for bedre at forstå, hvordan systemet fungerer på Mars, " han sagde.

Shuster bemærkede, at hans prøvereturhold må ride på andre medlemmer af videnskabsteamet for at sikre, at Perseverance har tid til at samle nøgleprøver og cache dem til afhentning i lyset af nysgerrighedens ønske om at udforske alle interessante afkroge i Jezero-krateret.

"Denne mission er meget forskellig fra tidligere Mars rover-missioner, fordi vi har en bestemt dato, til sidst skal vi have disse prøver, som vi skal indsamle, placeret på et fast sted, " sagde han. "Så, vi har et tempo på denne mission, der er ubestrideligt."

Gorin vil have fået sin ph.d. når Mars-klipperne vender tilbage til Jorden, men han håber, at hans arbejde med missionen - som han sagde er forbløffende samarbejdende mellem yngre og ældre videnskabsmænd - vil hjælpe ham med at få adgang bagefter. Og det hele var serendipitalt. Hans kandidatafhandling ved Boston College involverede at bruge geokemi til at udforske klimaændringer over hele Jordens historie, Derfor bad han om at arbejde med Shuster, da han ansøgte til UC Berkeley. Han blev overrasket, da Shuster spurgte, om hans rolle med Mars-prøvereturmissionen, som ville tage meget af hans tid, ville være en deal breaker for Gorin.

"Da han spurgte mig, om jeg var interesseret i at udføre den slags arbejde, Jeg var som, 'Hvem ville sige nej til det?'" sagde Gorin. "Det lyder fantastisk. At arbejde på Mars-missionen rækker tilbage til den barnlige begejstring for videnskab, som vi alle har."

"Jeg føler mig virkelig heldig at have fået muligheden for at bidrage til en så vigtig mission, " tilføjede han. Det er også nemmere at forklare hans arbejde til ikke-videnskabsmænd. "Jeg har arbejdet på klimaændringsforskning i et stykke tid, hvilket jeg synes er lige så vigtigt, " han sagde, "men det er en del nemmere at få folk til at interessere sig for dette arbejde."