Ако постоянството намери доказателства за живота на Марс, как ще го разпознаем?

Ако всичко върви по план, пристигането на марсохода Perseverance на НАСА на 18 февруари 2021 г. ще отбележи края на една ера в изследването на Марс.

Първата ера започва през 1964 г., когато Mariner 4 , първият успешен космически кораб на Марс, прелетял от планетата и изпратил обратно изображения на привидно безплоден, кратериран, подобен на Луната свят. За обществеността, повдигната на фантастични приказки за Марс като сурова, но обитаема земя, възгледите бяха шокиращи. Следващите мисии рисуват по-разнообразен, нюансиран портрет на марсианската среда, пораждайки надежди за мисиите на викингите през 1976 г. Двама лендери се вкопаха в червената почва и я тестваха за признаци на живот – но те излязоха празни. Тези резултати завършиха Era One с разочароващо съобщение: Марс е мъртва планета.

През следващите две десетилетия планетарните учени започнаха да осъзнават, че експериментите с викингите са наивни, основаващи се на недостатъчни познания за геологията и химията на Марс. Втората ера на Марс започва през 1996 г., когато Mars Global Surveyor на НАСА навлезе в орбита и малката Sojourner марсоходът започна да се търкаля по повърхността. Целта този път беше да се развие задълбочено разбиране на историята и еволюцията на планетата, с поглед към това дали животът някога е утвърдил там, дори и да е изчезнал преди милиарди години. С течение на времето в усилията се включиха космически кораби от Индия и Европейската космическа агенция (ESA), а сега Китай и Обединените арабски емирства.

Постоянството е кулминацията на изследването на Марс, Ера две. За първи път марсоход ще изследва марсианската повърхност не само за местно проучване, но и за събиране на проби за връщане на Земята. Цялата сила на световните изследователски лаборатории ще бъде разгърната върху тях. Резултатите от тези проучвания могат най-накрая да разкрият дълго търсените признаци на извънземния живот или могат значително да засилят случая, че Марс никога не е бил живата планета, каквато се надявахме.

Научното любопитство, международната конкуренция и частните изследователи като Илон Мъск гарантират, че ще се случи изследването на Ера Три от Марс. Но как ще изглежда тази епоха ще зависи в голяма степен от това, което Постоянството открива, когато взема образци на пейзажа около кратера Джезеро на Марс. Можете да гледате кацането на живо (със забавяне на скоростта на светлината!) Чрез онлайн поток на живо с начало в 14:15 ч. EST на 18 февруари. След тъчдаун, в 20:00 EST същия ден, National Geographic Channel ще предложи задълбочен поглед към историята на мисията в двучасов документален филм, Построен за Марс: Роувърът на постоянството.

Дори ако кацането се разгърне безотказно, ние няма да разберем истинския смисъл на пътуването на Постоянството до края на това десетилетие, когато НАСА и ЕКА организират мисия за връщане на своята 15-сантиметрова проба тръби към Земята. Говорих с Кен Уилифорд < / a>, заместник-учен по проекта за постоянството и един от гласовете в Построен за Марс , относно целите на мисията, заедно с най-големите си надежди (и страхове) относно това, което може да намери безстрашният робот. Следва леко редактирана версия на нашия разговор.


Постоянството повърхностно наподобява своя предшественик, роувърът на НАСА Curiosity, но знам, че външността излъгва . Какво е коренно различното в тази мисия?

Страхотен въпрос. Начинът, по който придвижваме науката напред с Постоянството, е, че директно търсим знаците на древния живот и като такива директно търсим доказателства за живота отвъд Земята по начин, който е по-сериозен от която и да е мисия от Викинг в средата 1970-те. Или по- директно е може би по-добра дума. Това не е чук за Любопитство . Аз самият работех по тази мисия и я обичах; беше много успешен. Ние стоим на раменете на гиганти, но също така правим следващата стъпка.

Нещото, което е толкова вълнуващо за мен като астробиолог, е да получа шанса да бъда част от
мисия, която има пряка и изрична задача да търси доказателства за живота отвъд Земята. Ключовата разлика между нас и
Викинг е, че Викинг е търсил признаци на съществуващ живот, организми, които в момента са живи или наскоро починали, докато ние правим нещо съвсем различно, търсим признаци на древен живот, много древен живот, три до четири милиарда години стар.

Тялото му може да наподобява това на Curiosity, но марсоходът на Постоянството има уникална собствена научна душа. (Кредит: NASA / JPL-Caltech)

Какво може да направи постоянството, а не любопитството? Какви са новите му възможности?

Бих казал, че най-голямото нещо, което отличава постоянството и любопитството по отношение на хардуера, е нашата система за вземане на проби. Марс 2020 [оригиналното име на Постоянството] е
първа стъпка в това, което би била кампания от мисии, необходими за избор и събиране на проби, съхранение на повърхността на Марс и след това в крайна сметка да ги върнете на Земята за проучване в базирани на Земята лаборатории.

Това се нарича връщане на образец на Марс . Това е идея, която съществува от доста време и ние едва сега стоим на прага на това да започнем този процес сериозно. Имаме нови научни инструменти, както казахте, и ще използваме тези инструменти, за да изберем местата в нашата зона за изследване, в и около кратера Jezero [мястото за кацане на Постоянството на Марс], които имат най-голям шанс да имат запазени признаци на древен живот. Ние също така разглеждаме планетарната еволюция: Как Марс се е формирал и еволюира като планетарна система? Как е подобен или различен от пътя, по който Земята е преминала като скалиста планета?

Бихме искали да отговорим на тези въпроси от повърхността с нашите инструменти, но също така ще вземем проби с бормашина . Това е още една голяма разлика между двете мисии. Бормашината на Curiosity генерира прах, който отвежда на борда на роувъра до инструменти вътре в ровера, за да анализира точно там на Марс. Нашата тренировка вместо това прави сърцевини от скала с размерите на парче креда в класната стая, запечатва ги в титанови тръби, които след това се поставят на повърхността на Марс. В крайна сметка друга мисия ги взима и извежда в орбита. След това трета мисия ги грабва и ги отвежда обратно на Земята за цялата онази наука, която се случва по-късно, обратно в земните лаборатории.

Как ще изберете изключителните мостри, които ви казват , „О, това е нещо, което искаме да разгледаме по-отблизо на Земята?“

Получаваме много специфични такива, търсейки много специфични свойства на отделни проби. Ние също така приемаме по-широко мнение. Един от основните мотивиращи фактори е нашият интерес е да
изграждане на разнообразен
набор от проби , геологично разнообразен набор от проби. Научният екип е отделил много години за това. Други учени използват данни, получени от орбита. Въз основа на тези изображения и спектри от орбита около мястото за кацане, ние изградихме геоложки интерпретации на това как тази зона еволюира във времето. Кратерът се е образувал от голям удар, в него е плувала река, изпълвала кратера с езеро. Имаше делта, която се образува, така че езерото имаше древна брегова линия, имаше древна най-дълбока средна част на езерото. Имаше всички тези малки микросреди.

Районът извън Jezero е нещо, което се надяваме да изследваме и в крайна сметка, джантата на кратера
самата история на това въздействие. Бихме искали да разберем скалите извън Jezero, които са били там преди образуването на кратера. Тези скали са на западния край на много, много по-голям кратер, наречен Исидис, който според нас е могъл да се формира много рано в историята на Марс. Искаме да посетим всички тези различни скални звена и да съберем проби, защото всеки от тях съдържа важна част от този велик пъзел, който се опитваме да съберем, който наистина е за историята на Марс като система. Най-вълнуващ за мен е този въпрос, възникнал ли е животът някога на Марс и ако да, колко широко разпространен е бил?

Има ли специфични химически или структурни подписи, които ще ви кажат кои скали са най-много обещаващи за получаване на тези отговори?

Това, което търсим в отделни проби, по-специално когато се насочваме към признаци на древен живот, са реалистичните химически състави и реалистичните форми, особено когато те се срещат заедно. Ще наблюдаваме форми с нашите камери, които са навсякъде по маршрута. Ще наблюдаваме композиции с нашите спектрометри, от които има много на борда на марсохода. Търсим реалистични химически елементи в скалите – неорганични минерали и органични вещества и ако има органични вещества, какъв тип може да има там.

Голям технологичен напредък в инструментариума с Постоянство е тази способност да се прави това, което наричаме пространствено разрешен анализ . Имаме картографиращи инструменти, които, за разлика от измерването на общата химия на нещо, което е някак осреднено на по-голяма площ, може би кубичен сантиметър или кубичен инч, ако искате, те растрират лъч, в случай на PIXL и SHERLOC инструменти. Тези два инструмента имат лъч, който е около ширината на човешки косъм, около 100 микрона, и сканира този лъч върху зоната, за да
вземете карта на химичния състав.

 Инженерите инсталират пробните епруветки на Постоянство в Космическия център Кенеди на 21 май 2020 г. (Кредит: NASA / JPL-Caltech / KSC)
Инженери, инсталиращи епруветките за проби на Постоянство в Космическия център Кенеди на 21 май 2020 г. (Кредит: NASA / JPL-Caltech / KSC)

Бихте ли могли да видите вкаменелости на Марс? Това възможност ли е?

Не отделни клетки, освен ако клетките са много големи и не очакваме да видим нещо подобно. Всъщност една от основните причини да върнем пробите обратно на Земята е, за да можем да използваме светлинна микроскопия и спектроскопия, за да получим по-висока пространствена разделителна способност, дори до нанометрова разделителна способност. С подобна пространствена разделителна способност можем доста добре да различаваме отделни фосилни клетки. Има много примери за тях на Земята. Някои от най-старите седиментни скали на Земята имат вкаменени бактерии.

Това, което можем да видим на Марс с постоянство, са по-мащабни структури, които могат да се образуват от едноклетъчни организми, като микробни постелки. Абсолютно можем да видим нещата в такъв мащаб. Това са почти мета-форми, образувани от тези малки клетки.

Тези структури обаче могат да бъдат наистина двусмислени. Противоречието около структурите, подобни на живота в метеорита на Марс, Алън Хилс 84001, все още е неразрешено 25 години по-късно.

Да, абсолютно. Мислим за метеорита Alan Hills много. Стартира много интересна наука и в известен смисъл беше наистина отговорен за разрастването в тази област
на астробиологията. Финансирането, което плаща за докторска работа, може би нямаше да съществува, ако не беше това. Той задейства подхода, който току-що описах, търсейки както реалистични форми, така и реалистични композиции, когато се появят заедно. Мисля, че някои хора опростяват историята на метеорита [и съобщеното твърдение за изкопаем живот от Марс]. Имаше много повече от това
хартия , ако се върнете назад и погледнете подробностите.

Ще раздам ​​възрастта си и ще ви уведомя, че бях на пресконференцията през 1996 г.

Наистина? Хубаво!

Сред учените, които работят в астробиологията, все още има чувствителност към тълкуването на формите
самостоятелно [като показатели за миналия живот] при липса на информация за композицията. Хората са фантастични разпознаватели на образци. Виждаме неща, които не са там през цялото време. В момента гледам през прозореца си фигури, които виждам в облаците и такива неща. Така че трябва да бъдем бдителни, за да не се заблуждаваме, но в същото време, ако напълно изключим визуалния си усет и кажем: „Не вярвайте на това, което виждате“, тогава наистина сме изложени на риск да пропуснем големи неща. Това е едно от най-интересните предизвикателства, с които се сблъскваме с Постоянството: Как да останем отворени за интересни неща на Марс, без излишно да се заблуждаваме?

Нека да влезем в това, тогава! Как може да изглежда един наистина значим минерал или структурна реликва от древния живот?

Има редица минерали, които често намираме, свързани с признаци на древен живот на Земята. Карбонатите са големи. На Земята морските черупки са направени от карбонатни минерали. Не очакваме да открием големи, сложни животни от вида, които образуват морски черупки на Марс, но дори и най-старите строматолитите [седиментни структури, свързани с бактерии] се образуват от карбонатни минерали, които по-късно са частично силицирани. Порестите изкопаеми изкопаеми микробни постелки съдържаха карбонатни минерали и в тях се вливаха някои течности с разтворен силициев диоксид. В някои случаи силицият се утаява, замества някои от материалите в строматолита и води до запазването му по начин, който иначе не би могъл да бъде, като микрокристал и кварц.

Тогава има сулфатни и сулфидни минерали, съдържащи сяра минерали както в окислената, така и в редуцираната фаза. Един от начините да го разгледате е, че можете да го сведете до химическите елементи, които ви интересуват. Основният списък за астробиология са „CHNOPS елементите“ [въглерод, водород, азот, кислород, фосфор и сяра] и ние разглеждаме всички минерали, които носят тези елементи. Имаме карбонати, сулфати, фосфати и т.н. Има много други. Всеки случай, в който можете да получите двойки редокс, така че химията на окислението и редукцията, превръщайки нещо като сулфат в сулфид, всяка химическа реакция като тази е нещо, от което един микроб може да си изкарва прехраната.

Как голяма част от фокуса на постоянството е върху планетарната геология спрямо астробиологията? И има ли напрежение между двете цели?

Ами, геохронологията се крие в сферата на планетарната еволюция, разбирайки от какво е направена вътрешността на Марс и как това се е развило с течение на времето. Но тези големи, широки въпроси също са критични за астробиологията; всички тези процеси дават възможност и регулират обитаемостта на планетата. Как неживите системи на планетата са се развивали и променяли по начин, който е причинил обитаемостта на планетата, или е причинил това обитаване да рухне?

Тогава, най-добрите проби за геохронология може да не са най-добрите за запазване на признаци на живот. Там съществува естествено динамично напрежение. Начинът, по който мисля за това, идващ повече от астробиологичната страна, е точно както казах: Всички тези неща са напълно критични за признаците на живота и разбирането на контекста им. Всичко това е просто голяма, красива наука.

 Кратерът Jezero, както може да се е появил преди 3,5 милиарда години, когато Марс е бил топъл и мокър. (Кредит: NASA / JPL-Caltech)
Кратерът Jezero, тъй като може да се е появил преди 3,5 милиарда години, когато Марс е бил топъл и мокър. (Кредит: NASA / JPL-Caltech)

Разкажете ми повече за кратера Jezero, мястото за кацане на Perseverance. Защо избрахте точно това място?

Е, много ясно беше, че някога е било кратерно езеро. В него се влива древен речен канал от северозапад. По-малко очевидно, има канал за изтичане в североизточния ъгъл на кратера. Тогава има тази голяма, красива делта. Ако откриете делта в края на речната система вътре в басейн като кратер, се казва, че тук е имало стояща водна маса, която е била посрещната от течаща водна маса. В този случай езерото се среща с река и реката е способна да понесе цялата тази уловена утайка, защото има енергия на потока. След това, когато удари стоящата вода, енергията пада и утайката пада на голяма купчина, точно както там, където делтата на Мисисипи се среща с Мексиканския залив.

Така че това е самият Jezero, но той намалява мащаба към по-широкия регион около него, който наистина ни доведе до тук на първо място. Кратерът се намира в регион, който предлага достъп не само до най-ранния интервал от историята на Марс, но и до по-млад интервал, където имаме Вулканична провинция Сиртис [когато изригнаха огромните марсиански вулкани]. Jezero е разположен между Isidis на североизток от Jezero и вулканичната провинция Syrtis на югозапад. Материалите от този вулкан щяха да си взаимодействат и въздействието на този вулканизъм върху марсианската среда щеше да бъде регистрирано до известна степен в скалите около Йезеро.

Възможно ли е да се заключи колко отдавна Кратерът Jezero беше езеро и колко дълго продължи този влажен период?

Нашата най-добра оценка досега за възрастта на Isidis въздействието, което трябва да е било по-рано от въздействието на Jezero, е преди около 3,9 милиарда години . Не става дума обаче за абсолютната възраст на Jezero. Оценките варират от 3,8 милиарда до малко по-млади, но сме напълно уверени, че това е в периода между три и четири милиарда години. Интересното е, че точно тогава откриваме първите доказателства за живота на Земята.

Постоянството води със себе си експериментален хеликоптер, наречен Находчивост. Ще ви помогне ли да намерите интересни места за разглеждане?

Изобретателност има точно определена мисия, която планира да изпълни над 30 сола [марсиански дни] с пет полета с нарастваща сложност. Мисията там е да демонстрира, че летателната технология може да работи на Марс. Би било наистина мощно, за да даде възможност на бъдещи хеликоптери, които могат да кацнат и да бъдат основен компонент на научните изследвания. Всички се вкореняваме в екипа и нямаме търпение да видим резултатите, но това не е компонент от планирането на нашата научна мисия.

Какво прави кратера на Jezero толкова важно място за отидете да търсите доказателства за древен марсиански живот?

Jezero предлага ясен набор от среди и под-среди, всички различни области в древното езеро на кратера. Можем много уверено да кажем, че ако отидем там и си свършим работата, съберем разнообразен набор от примери, които са много добре характеризирани, и ги връщаме обратно – ако не намерим никакви доказателства за живота там, това ни казва нещо доста значимо. Това е очевидно обитаема среда в началото на историята на Марс. Ако животът беше възникнал на Марс, изглежда много вероятно той да е оставил следи в среда като кратера Jezero.

Това е доста мощно твърдение! Ако върнем проби от кратера Jezero и не открием признаци на живот, какво тогава? Следващата стъпка ще бъде ли извършването на дълбока сондажна мисия на Марс?

Да, мисля, че дълбока сондажна мисия или, по-общо казано, мисия, която изглежда дали все още има обитаеми среди на Марс днес. Ние вярваме, въз основа на това, което знаем, това
всеки съвременен живот би трябвало да се ограничи до подземната повърхност, може би доста дълбоката подпочвена повърхност, така че може да се наложи дълбоко пробиване.

Част от начина, по който гледам на това, е, че изглежда сме на път към човешкото изследване на Марс в може би не твърде далечното бъдеще. Това е нещо, за което съм много развълнуван. Идеята да видиш човешко същество на Марс и този човек да се върне и да предаде своя опит на хората на Земята и да покаже образите и всичко … Само да бъде наш представител там и планетата да бъде видяна директно през човешките очи, това е наистина вдъхновяващо за мен.

 Мъртъв или жив? Тази известна микрофотография на метеорит на Марс ALH84001 показва структури, които приличат на вкаменелости, но повечето учени ги разглеждат като минерални образувания. Постоянството търси по-малко двусмислени доказателства. (Кредит: НАСА / JSC)
Мъртъв или жив? Тази известна микрофотография на метеорит на Марс ALH84001 показва структури, които приличат на вкаменелости, но повечето учени ги разглеждат като минерални образувания. Постоянството търси по-малко двусмислени доказателства. (Кредит: НАСА / АД)

Наистина ли се нуждаем от изследване на човека, за да отговорим на въпроса за живота на Марс?

Има много неща на връзките и последиците между човешкото изследване на Марс и всякакви усилия да се разбере дали в момента Марс може да бъде обитаван. Тези две усилия са
свързани, преди всичко, от страната на планетарната защита. Екипът на Марс 2020 отдели много време и усилия за изграждане на система за избягване на замърсяването на повърхността на Марс от земни организми в интерес на запазването на Марс като девствена среда и запазването на способността ни да търсим доказателства за живота на Марс, съществуващия живот. Когато доведете хора, е много трудно да се изпълнят строгите изисквания за планетна защита [предотвратяване на замърсяване], които са предмет на международни споразумения.

Друга наистина интересна връзка е, че разполагаме с този инструмент на нашия роувър, наречен
MOXIE . Това е тип експеримент, наречен in-situ използване на ресурси, преминаване към околна среда и използване на нещо, което е там, за да бъде полезно за вашето проучване. В този случай MOXIE ще генерира кислород от марсиански CO2. В по-широк план, ако кацнете хора на Марс, какви ресурси ще могат да използват там? Ключов ресурс е водата, така че кацането там, където може да има достъп до вода за хората, е голямо нещо, за което те много мислят.

В някои отношения, тогава човек няма астронавтите затрудняват търсенето на живот?

Е, местата, където намирате вода, са местата, на които най-вероятно ще намерите живот, така че това е интересна връзка. Само с нетърпение очаквам да видя как върви всичко. В момента се фокусираме върху страната на роботиката и едновременно предпазваме Марс от ненужно замърсяване от земни организми. Съвсем критично и за първи път се занимаваме и с това, че сме част от по-голяма система, позволяваща на бъдещите мисии да вземат пробите, които събираме обратно на Земята. Трябва да го направим безопасно, като например, че няма замърсяване на Земята от какъвто и да било марсиански материал, така че контейнерът, в който се съхраняват тези проби, да се отвори в изключително сигурна среда и да се оцени безопасността на Земята, преди цялата голяма наука да се случи след тези проби се измъкват от защитеното съоръжение.

 Всичко се свежда до пробите на Марс, които Постоянството ще запечата в тези 15-сантиметрови титаниеви тръби и ще ги остави настрана за връщане на Земята. (Кредит: NASA / JPL-Caltech)
Всичко се свежда до пробите на Марс, които Постоянството ще запечата в тези 15-сантиметрови титаниеви тръби и ще ги отдели за връщане на Земята. (Кредит: NASA / JPL-Caltech)

Когато пробите на Марс се върнат у дома, как ще ги оцените? Имате ли система за класиране, от << леко интересна до << силна информация от марсианския живот?

Е, честно казано, умът ми не се замисля много по този начин! Би било фантастично да открием нещо толкова невероятно вълнуващо, че да скачаме нагоре и надолу, мислейки си, че може би имаме доказателства за живота на Марс. Но в момента съзнанието ми е толкова съсредоточено върху настоящата загриженост и върху изграждането на стратегическа структура за мисия, така че независимо дали някога ще намерим някакви доказателства за живота на Марс, ще съберем абсолютно феноменален набор от проби. Психологично помага да запазим фокуса си. Не става дума за приемане на най-лошото, а просто за казване: „Без значение какво, ще научим много от тези проби тук.“

Разбрано. Но все пак трябва да сте обмислили какви доказателства ще ви накарат да скачате нагоре и надолу.

Да, държим очите си обелени за видовете неща, които търсим, когато „ повторно проучване на докамбрийските скали на Земята, където животът е ограничен до строматолити и подобни неща. Търсим такива структури. Мога да спра и да съставя сценарий, който казва, че намираме нещо като това, което виждате в Австралия, наречено строматолити на Мики Маус.

Извинете, казахте ли „Мики Маус“?

Каноничният [небиологичен] строматолит е пластов купол. Когато видите, че тя ерозира в равна, хоризонтална равнина, виждате куп концентрични кръгове. Много минерали се утаяват по този начин. Но когато е включен животът, често слоевете са с различна дебелина и те могат да се прищипят и да се подуят и да се набръчкат. Клонът е нещо, което виждаме в живота, изразено навсякъде. Ще видите две куполи да растат от една, като ушите на Мики Маус на главата му. Спецификата на формата е много трудна до невъзможна за обяснение без биология. Би било вълнуващо да открием това в скала на Марс.

Ако видите минерална структура на Мики Маус на Марс, каква е следващата стъпка, докато се опитвате да забиете веднъж завинаги, доказателства за живот?

Дори на [древна] Земя, повечето от това, което намирате, е неясно. След това разглеждате композицията, но намирате композиции, които също имат известна сложност; може би има два различни химически състава в редуващи се слоеве. Където би започнало
станете наистина дълбоко вълнуващи, ако започнем да виждаме органична материя, концентрирана в определени слоеве, а не в други, и ако всичко това е организирано в някаква набръчкана, слоеста, куполообразна структура. Това са доказателства за древния живот, които можем да наблюдаваме днес на Земята, и те са най-близкият аналог на най-мощните наблюдения, които бихме могли да си представим да правим на Марс.

Шансовете да намерим тази игла в купа сено, това е друг въпрос. Той се връща към важността на връщането на проби обратно у дома. Има области на Земята, където може да имате уши на Мики Маус строматолит над тук , но може би никога не виждате това. Но ако вземете проба, която е близо до това нещо, тя ще има някакъв [химичен или микроскопичен] израз на живот в себе си, въпреки че няма да е очевидна за вас на полето. Няма да се появи за вас, докато не го върнете обратно в лабораторията, не направите много внимателна подготовка на пробата и не я преведете през редица различни аналитични техники.

Това е по-скоро сценарият, който, предполагам, бих казал, дори е оптимистично вероятно.


За повече място новини и идеи, следвайте ме в Twitter : @coreyspowell

http://discovermagazine.com/the-sciences/will-perseverance-finds-evidence-of-ancient-life-on-mars
Преводът е осигурен от „Google translate“. Посетете  линка свързан със заглавието над краткия текст за да прочетете пълния текст в оригинал.