Forskere skrumper kemi-laboratoriet for at søge beviser for liv på Mars

Et internationalt hold af videnskabsmænd har skabt et lillebitte kemilaboratorium til en rover, der vil bore under Mars-overfladen på udkig efter tegn på tidligere eller nuværende liv. Laboratoriet på størrelse med brødristerovnen, kaldet Mars Organic Molecule Analyzer eller MOMA, er et nøgleinstrument på ExoMars Rover, en fælles mission mellem Den Europæiske Rumorganisation og den russiske rumfartsorganisation Roscosmos, med et væsentligt bidrag til MOMA fra NASA. Den vil blive opsendt mod den røde planet i juli 2020.

"ExoMars Rover's to meter dybe bor vil give MOMA unikke prøver, der kan indeholde komplekse organiske forbindelser bevaret fra en gammel æra, når livet måske er startet på Mars, " sagde MOMA-projektforsker Will Brinckerhoff fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Selvom Mars overflade er ugæstfri over for kendte livsformer i dag, der er bevis for, at i en fjern fortid, Marsklimaet tillod tilstedeværelsen af ​​flydende vand - en væsentlig ingrediens for liv - ved overfladen. Dette bevis inkluderer funktioner, der ligner tørre flodsenge og mineralaflejringer, der kun dannes i nærværelse af flydende vand. NASA har sendt rovers til Mars, der har fundet yderligere tegn på tidligere beboelige miljøer, såsom Opportunity- og Curiosity-roverne, der begge i øjeblikket udforsker Mars-terrænet.

MOMA-instrumentet vil være i stand til at detektere en lang række organiske molekyler. Organiske forbindelser er almindeligvis forbundet med liv, selvom de også kan skabes af ikke-biologiske processer. Organiske molekyler indeholder kulstof og brint, og kan omfatte ilt, nitrogen, og andre elementer. For at finde disse molekyler på Mars, MOMA-teamet måtte tage instrumenter, der normalt ville optage et par arbejdsborde i et kemilaboratorium, og krympe dem til nogenlunde størrelsen af ​​en brødristerovn, så de ville være praktiske at installere på en rover.

Selvom instrumentet er komplekst, MOMA er bygget op omkring en enkelt, meget lille massespektrometer, der adskiller ladede atomer og molekyler efter masse. Den grundlæggende proces til at finde Mars organiske forbindelser kan koges ned til to trin:Adskil organiske molekyler fra Mars klipper og sedimenter og giv dem en elektrisk ladning (ioniseret), så de kan detekteres og identificeres af massespektrometeret. MOMA har to metoder til at skelne så mange forskellige slags organiske molekyler som muligt. Den første metode bruger en ovn til at opvarme en prøve - denne bageproces fordamper de organiske molekyler og sender dem til en tynd søjle, der adskiller blandinger af forbindelser i deres individuelle bestanddele. Forbindelserne passerer sekventielt ind i massespektrometeret, hvor de får en elektrisk ladning og sorteres efter masse ved hjælp af elektriske felter. Hver type molekyle har et sæt forskellige masse-til-elektrisk ladningsforhold. Massespektrometerinstrumentet bruger dette mønster kaldet et massespektrum til at identificere molekylerne.

Nogle større organiske molekyler er skrøbelige og ville blive brudt fra hinanden under højtemperaturfordampningen i ovnen, så MOMA har en anden metode til at finde dem:Den zapper prøven med en laser. Da der kun bruges et hurtigt udbrud af laserlys, det fordamper nogle typer af større organiske molekyler uden at bryde dem totalt fra hinanden. Laseren giver også disse molekyler en elektrisk ladning, så de sendes direkte fra prøven til massespektrometeret for at blive sorteret og identificeret.

Visse organiske molekyler har en egenskab, der potentielt kan bruges som et stærkt hint om, at de er skabt af livet:deres håndfasthed, eller chiralitet. Nogle organiske molekyler, der bruges af livet, findes i to varianter, der er spejlbilleder af hinanden, som dine hænder. På jorden, livet bruger alle venstrehåndede aminosyrer og alle højrehåndede sukkerarter til at bygge større molekyler, der er nødvendige for livet, som proteiner fra aminosyrer og DNA fra sukkerarter. Liv baseret på højrehåndede aminosyrer (og venstrehåndede sukkerarter) kunne fungere, men en blanding af højre- og venstrehåndede for begge vil ikke. Dette skyldes, at disse molekyler skal komme sammen med den korrekte orientering, som puslespilsbrikker, at bygge andre molekyler, der er nødvendige for, at livet kan fungere.

MOMA er i stand til at detektere chiraliteten af ​​organiske molekyler. Hvis den finder, at et organisk molekyle primært er af venstre- eller højrehåndsvarianten (kaldet "homokiralitet"), hvilket kan være bevis på, at livet producerede molekylerne, da ikke-biologiske processer har en tendens til at lave en lige blanding af sorter. Dette er kendt som en biosignatur.

Mars-rovere står over for en anden udfordring, når de søger efter beviser på liv:Forurening. Jorden er mættet med liv, og videnskabsmænd skal være meget forsigtige med, at det organiske materiale, de opdager, ikke blot blev båret med instrumentet fra Jorden. For at sikre dette, MOMA-teamet har lagt stor vægt på at sikre, at instrumentet er så fri som muligt for jordiske molekyler, der er signaturer på liv.

ExoMars rover vil være den første til at udforske dybt under overfladen, med et bor, der er i stand til at tage prøver fra så dybt som to meter (over seks fod). Dette er vigtigt, fordi Mars' tynde atmosfære og plettede magnetfelt giver utilstrækkelig beskyttelse mod rumstråling, som gradvist kan ødelægge organiske molekyler efterladt eksponerede på overfladen. Imidlertid, Marsediment er et effektivt skjold, og holdet forventer at finde større mængder af organiske molekyler i prøver fra under overfladen.

NASA Goddard udvikler massespektrometeret og elektronikbokse til MOMA, mens LATMOS (Laboratory for Atmospheres, Miljøer, og rumobservationer), Guyancourt, Frankrig og Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA eller Interuniversity Laboratory of Atmospheric Systems) Paris, Frankrig, lave MOMAs gaskromatograf, og Max Plank Institute for Solar System Research, Göttingen, Tyskland og Laser Zentrum Hannover, Hannover, Tyskland, bygge instrumentets laser, ovne, og tappestation (ovnforsegling).

MOMA afsluttede for nylig både ESA og NASA præ-leveringsgennemgange, der ryddede vejen for flyinstrumentet, der skulle leveres til missionen. På onsdag, 16. maj, MOMA-massespektrometerholdet samledes ved Goddard for at se deres enestående videnskabelige instrument på den første del af deres rejse til Mars:levering til Thales Alenia Space, i Torino, Italien, hvor den vil blive integreret i roverens analytiske laboratorieskuffe under kommende aktiviteter på missionsniveau denne sommer. Efter efterfølgende integrationsaktiviteter på højere niveau rover og rumfartøjer i 2019, ExoMars Rover er planlagt til at lancere til Mars i juli, 2020 fra Baikonur Cosmodrome i Kasakhstan.