Har der eksisteret liv hinsides Jorden?

Når NASA Mars-roveren Perseverance lander på Mars' overflade den 18. februar, det vil ankomme til Jezero Crater, som bevarer beviser for en tid, hvor floder flød på Mars.

Missionen vil tage det næste spring inden for rumvidenskab ved at søge efter tegn på tidligere liv på den røde planet. Ikke marsboerne i tegneserie-science fiction, men i stedet for gamle mikrober, der kan have levet i Mars' floder, søer og sumpe for milliarder af år siden.

Dette videnskabeligt vigtige landingssted i Jezero Crater blev udvalgt af NASA efter en præsentation af Briony Horgan, Purdue University lektor i planetarisk videnskab, som er medlem af Perseverance science teamet. Horgan ledede en undersøgelse af stedets mineralogi, som gav et af de vigtigste resultater, der bidrog til dens udvælgelse. Hun var også med på holdet, der designede kameraet, der skal være de videnskabelige øjne for Perseverance.

Missionen

Perseverance-roverens primære mission er at lede efter tegn på tidligere liv på Mars. Horgan og hendes kolleger nærmer sig arbejdet som retsmedicinske detektiver, leder efter spor og bogstaveligt talt mikroskopiske bidder af beviser.

Ethvert liv, der engang eksisterede på den røde planet, ville have efterladt kemiske spor, som forskerne håber stadig kan findes i klippen.

"Målet med denne mission er at lede efter tegn på gammelt liv på Mars og derefter også indsamle prøver til fremtidig tilbagevenden til jorden, " siger Horgan. "Det er muligvis den eneste chance, vi nogensinde har for at komme til at gøre begge disse ting, især prøveafkastet. Det er virkelig svært at gøre, og det er dyrt.

"Vi ved, at vi måske kun har denne ene chance for at gøre dette, og det var svært at vælge webstedet. Hvis vi kun skulle vælge ét sted på Jorden for at samle alle data om hele planetens historie – ja, hvor ville du gå? Men vi tror, ​​at Jezero Crater er det bedste sted at søge efter beviser for, at der eksisterede liv på Mars, hvis det nogensinde gjorde det. Og det, vi finder, vil hjælpe os med at lære mere om, hvorvidt vi er alene i universet eller ej."

Vedholdenhed vil bruge sin tid på at fotografere, video, pulverisere sten ved at skyde lasere (så forskerne kan bestemme den kemiske sammensætning), bruge mikroskoper til at søge efter organiske molekyler, boring, analysere og udføre en række videnskabelige opgaver. Dette vil producere enorme mængder af data, som det vil tage forskerne år at analysere.

NASA planlægger at sende en returmission i det næste årti for at hente prøverne, som vil blive opbevaret i Perseverance.

"At bringe prøver tilbage fra Mars ville være fantastisk, " siger Horgan. "Det ville ikke kun være en ingeniørmæssig bedrift at hente prøverne og returnere dem, men det ville være første gang, vi ville få prøver bragt tilbage til Jorden fra en anden planet. Det ville være ret historisk."

Roveren

Den første Mars rover, diminutiv, Sojourner på størrelse med mikroovn, landede den fjerde juli i 1997. Den amerikanske offentlighed fandt roveren fascinerende - muligvis endda yndig - og Hot Wheels begyndte snart at producere en populær legetøjsmodel af håndværket.

Perseverance i bilstørrelse, NASAs femte Mars-rover, mere end opvejer i videnskabelig kapacitet for, hvad den mangler i legetøjslignende nuttethed. Det er den største, tungeste rover, og indeholder en futuristisk suite af teknologier. Den har lasere til at fordampe sten (så forskerne kan se lysbølgelængderne for at forstå den kemiske sammensætning), autonome køreegenskaber, så den kan bevæge sig over hastigheden af ​​en crawl til det næste forskningssted, øvelser til at indsamle prøver i blyantstørrelse, et internt robotsystem til at indsamle og opbevare prøverne, et testsystem til at skabe åndbar ilt fra Mars atmosfære. Og, som afdøde Steve Jobs måske siger, en ting mere:en helikopterlignende drone, som vil forsøge at flyve i en atmosfære, der er 100 gange tyndere end Jordens.

Men for videnskabsholdet, opmærksomheden vil være på en 7-fods robotarm på ydersiden af ​​roveren; for enden af ​​armen er en klynge instrumenter i størrelse med en plæneklipper.

"Denne robotarm er virkelig arbejdshesten, " siger Horgan. "Vi kan placere den med millimeter præcision, hvilket er utroligt. Og ude på armen er disse fantastiske mikroskoper, som vi kan bruge til at kortlægge mineraler og organiske materialer i meget fin skala."

På toppen af ​​roverens mast er der et særligt kamera med to objektiver, Mastcam-Z, som Horgan har en særlig affinitet til, fordi hun er en del af holdet, der har designet det og vil hjælpe med at betjene kameraet på Mars.

Kameraet har en zoomfunktion, der er stærk nok til, at det kan bruges til at se en stueflue i den fjerne ende af en fodboldbane. Kameraet kan optage billeder i farver, i 3D, og i video. Det er præcist nok, at forskerne kan bruge det til kompositionsanalyse af det omkringliggende terræn.

"Vi kan faktisk lave en meget simpel spektroskopi og se på bølgelængdeafhængigheden af ​​sollys, der reflekteres fra sten, for at hjælpe med at identificere deres mineralfingeraftryk, " siger Horgan.

Landingsstedet

Vedholdenhed forventes at lande et bestemt sted nord for Mars ækvator i et 28-mile bredt krater ved navn Jezero, et websted udvalgt af et videnskabeligt hold. Stedet er attraktivt, fordi det menes, at krateret engang indeholdt en sø på størrelse med Lake Tahoe.

"Hvis du ser på siden, du kan se tegn på en stor flodkanal, der fører ind i krateret, skabe et delta, hvor det kom ind i en sø, og en anden stor flodkanal, der fører ud af krateret, " siger Horgan. "Dette landingssted er spændende, fordi vi har virkelig klare beviser på, at denne gamle sø eksisterede, at det havde vedvarende flydende vand i lang nok tid til at skabe dette gamle delta, og at der var nok vandgennemstrømning til at løbe ud på den anden side for at skabe udløbskanalen. Dette tyder på, at søen var et langlivet og stabilt miljø, der kunne have været beboet af gammelt mikrobielt liv."

Roveren vil forsøge at lande ved kanten af ​​krateret nær deltaet, så den kan udforske begge landskaber. Målstedet er kendt som "landingsellipsen".

"Landingsellipsen for Mars 2020 er omkring 7 gange 9 kilometer [4,4 gange 5,6 miles], som faktisk er meget lille. Hvis du tænker tilbage på selv for 17 år siden, da vi sendte to rovere, Ånd og muligheder, til Mars, deres landingsellipse var omkring 100 kilometer lang for hver af dem. Så, vi er blevet rigtig gode til at lokalisere vores landing, " hun siger.

Videnskaben

Til denne Mars-mission, videnskabsmændene leder efter tegn på tidligere liv ved at lede efter biosignaturer, som er spor om, at der engang eksisterede liv der. Biosignaturer kan variere fra noget så lille som specifikke isotoper eller kemikalier produceret af levende ting, såsom kolesterol, til noget meget større, såsom mikroskopiske fossiler.

"En dinosaurknogle er et eksempel på en biosignatur, som vi finder i gamle klipper på Jorden, " siger Horgan. "Jeg ville elske at finde beviser for, at dinosaurer engang strejfede Mars, men i stedet skal vi lede efter biosignaturer af mikrober på størrelse med bakterier."

Det er her, de lagrede samples på Perseverance kommer i spil. Planen er en separat mission, skal ske i partnerskab med Den Europæiske Rumorganisation, at vende tilbage til Mars og hente prøverne.

"Når prøverne er tilbage på Jorden, vi kan bruge meget mere kraftfulde værktøjer, såsom scanningselektronmikroskoper, for at bekræfte, om disse biosignaturer blev skabt af mikrober, " hun siger.

"Som en del af vores arbejde med at evaluere Jezero under valg af sted, Jeg ledede et hold for at studere mineralogien i søaflejringerne. Og vi kom frem til nogle virkelig fede resultater."

Horgan og hendes kolleger opdagede beviser for karbonater omkring kanten af ​​den tidligere sø, i hvad Horgan beskriver som en "badekarring". Ringen af ​​karbonater opstår lige hvor gamle kystlinjer og strande til søen forudsiges, så holdet foreslog, at de dannede sig på kanten af ​​søen.

På jorden, karbonater er kendt for to ting. En, de angiver, at stedet, hvor de er fundet, engang indeholdt vand. Sekund, de danner sedimenter, der normalt er rige på fossiler.

"Dette er virkelig spændende, fordi det er præcis den slags sted, du ville tage hen for at lede efter mikrobielle biosignaturer fra en sø på Jorden. Når disse mineraler udfælder ud af vandet, de kan fange alt, herunder mikrober og organiske materialer, " siger hun. "Så, vi har arbejdet meget på holdet for at prøve at planlægge, hvordan vi vil udforske dette websted."

The landing

"The landing is always so stressful because you're basically sending your prized rover, which you've spent so many hours thinking about and working on, in a giant fireball to slam into the surface of a planet, " she says. "The fireball forms because the rover enters Mars' atmosphere at 13, 000 mph, generating a huge envelope of plasma around the rover. You can't get radio signals through the plasma fireball. It takes seven minutes for the rover to go down to the surface from when it enters the atmosphere.

"But it also takes seven minutes for the radio signal to get back to Earth. So, by the time we receive the signal that the rover has hit the atmosphere, either it is actually on the surface of the planet doing well, or it has crashed into the surface. You just don't know, so we'll be anxiously waiting to get that first signal back from the rover to know that it landed safely. That's why we call it the seven minutes of terror."

The future

"One of the best things about a Mars mission like this is that it's a great opportunity for students to get involved. I have a couple of graduate students who are helping with landing site analysis on the team and will help operate the rover on Mars, " Horgan says. "We're planning to have undergrads back at Purdue also working on rover data processing and analysis."

Sometimes the work with students includes field work at sites on Earth that may resemble terrain on Mars, which scientists call an analog environment. For eksempel, in September 2019 Horgan, Ph.D. student Bradley Garczynski, and a research team traveled eight hours from Istanbul, Turkey, to a deep lake, Lake Salda. The lake has carbonates and fossilized microbes in the form of stromatolites, exactly of the type that the Mars scientists hope to find on Jezero Crater.

"This is how we train the future of planetary science. We bring them onto the mission, and years from now they can become mission leaders, " Horgan says.