Patrick Gasda työskentelee tutkijana Los Alamosin kansallisen laboratorion avaruustieteen ja sovellusten ryhmässä. OrganiCam-tiimin jäsenenä hän työskentelee tiimin johtajan Roger Wiensin kanssa Europan geokemian ja astrobiologian tutkimiseksi. OrganiCamin konseptivaihetta rahoitetaan Laboratory Directed Research and Development -ohjelmasta. Gasda kirjoitti tämän artikkelin Space.comin Expert Voices -sivustolle: Op-Ed & Insights.
Koska Jupiterin kuilla ei ole pieniä vihreitä avaruusolentoja tai Marsissa ei ole kanavia rakentavaa sivilisaatiota, maapallon ulkopuolisen elämän metsästys venyttää tieteelliset ja teknologiset taitomme äärirajoille. Jos löydämme elämää sieltä, se on pientä, molekyyliasteikolla.
Nasa:n Perseverance-mönkijä purjehtii heinäkuun lopulla onnistuneen laukaisun jälkeen hiljaa avaruuden halki seitsemän kuukauden matkallaan Marsiin, jossa se tutkii Jezeron kraatteria todisteiden löytämiseksi asuttavuudesta ja elämästä. Tässä rauhallisessa välivaiheessa ennen kuin Rover laskeutuu punaiselle planeetalle ensi vuoden alussa, meillä on aikaa miettiä tulevia tehtäviä, joilla etsitään elämää muilta aurinkokunnan planeetoilta.
Suhteessa: 6 todennäköisintä paikkaa avaruusolentojen elämälle aurinkokunnassa
Näissä tehtävissä metsästetään biologisia orgaanisia molekyylejä, hiilipohjaisia rakennuspalikoita, joista kaikki tuntemamme elävät olennot koostuvat. Tämä johtuu siitä, että jos lopulta löydämme elämää – tai todisteita menneestä elämästä – Marsista tai jostain muualta, se ei tule olemaan pieni vihreä avaruusolio. Se tulee olemaan biomolekyyli tai fossiilinen bakteerielämä.
Etsinnässä keskitytään asuttaviin ympäristöihin Marsissa ja sen ulkopuolella. Viimeaikaiset ulkoisille planeetoille suuntautuneet avaruuslennot ovat havainneet todisteita Jupiterin Europa-kuusta peräisin olevista vesihöyrypilvistä, mikä herättää kiehtovan mahdollisuuden, että sen pinnalla on orgaanisia molekyylejä, jotka ovat peräisin alla olevasta valtamerestä. Avaruusalukset ovat havainneet orgaanisia molekyylejä Saturnuksen Enceladus-kuusta peräisin olevissa huuruissa. Hiljattain NASAn Dawn-avaruusalus lensi 35 kilometrin päähän asteroidivyöhykkeeseen kuuluvan kääpiöplaneetta Cereksen pinnasta ja havaitsi suolavettä ja todennäköisesti valtavan syvän nestemäisen suolaveden varaston.
Nämä kaikki ovat ensisijaisesti etsittäviä paikkoja.
Yhtenä todennäköisimmistä paikoista löytää elämää – ja varmasti lähimpänä sitä – Mars herättää edelleen huomiomme. Vaikka kylmä, kuiva maa, ohut ilmakehä ja äärimmäinen säteily maan pinnalla ovat elämälle vihamielisiä, Marsia parhaillaan tutkiva NASAn Curiosity-mönkijä on löytänyt orgaanisia molekyylejä. Mutta ovatko ne biologisia? Sitä on vaikea sanoa, koska kaikki pinnalla olevat molekyylit olisivat vaurioituneet pahoin säteilyn vaikutuksesta miljoonien vuosien aikana.
Biologiset orgaaniset aineet saattavat olla yleisempiä Marsin laavaputkiluolissa. Syvällä maan alla suojassa elämä on voinut joskus kukoistaa – tai kukoistaa yhä? – suolaisessa suolavedessä, joka tihkui nyt kadonneista pintajärvistä. Suolaisen veden jäätymislämpötila on alhaisempi kuin tavallisen veden, ja syvällä maan alla Marsin vaipan lämpö saattaa pitää veden nestemäisenä.
Voidaksemme selvittää, olisiko Marsissa saattanut muodostua elämää orgaanisista molekyyleistä, meidän on lähetettävä instrumentteja, jotka pystyvät vastaamaan tähän kysymykseen, mutta Marsin tutkiminen syvällä maan alla on pelottava tehtävä. Useimmissa tunnetuissa Marsin laavaputkissa on ainakin yksi pinnalle avautuva kattoikkuna. Emme tiedä, kuinka syviä nämä luolat ovat, mutta niiden suuaukot ovat 91 metriä (300 jalkaa) leveitä, ja joidenkin luolien uskotaan laskeutuvan ainakin 0,4 kilometrin (neljännesmailin) päähän maan alle.
Miksi ei lennetä sisään? Sitä varten välineidemme on oltava yksinkertaisia, kestäviä, kevyitä ja kompakteja. Sama pätee instrumenttien lähettämiseen Europan, Enceladuksen tai Cereksen karuihin, jäisiin ja korkean säteilyn ympäristöihin. Näiden haastavien kriteerien täyttämiseksi Los Alamos National Laboratory on hyödyntänyt asiantuntemustaan avaruustutkimuslaitteiden suunnittelussa ja käyttöönotossa ja kehittänyt uuden mallin, OrganiCamin.
Elämää Marsissa: Tutkimus ja todisteet
Yksi Los Alamosissa kehitetty esiasteinstrumentti, ChemCam, tutkii parhaillaan Marsia Curiosity-mönkijällä. Mönkijän mastossa korkealla sijaitseva ChemCam ampuu infrapunalasersädettä kiviin ja maaperään, jolloin syntyy kuuma plasma. Sen jälkeen laite mittaa plasman valon värejä, jotka antavat viitteitä kivien alkuainekoostumuksesta. Kamera tuottaa erittäin yksityiskohtaisia valokuvia laserkohteista, jotka auttavat tutkijoita myös määrittämään pinnan geologiaa.
ChemCamin löydöt ovat syventäneet tietojamme Marsista aikoinaan lämpimämpänä ja asuttavampana planeettana, mullistaneet käsityksemme planeetan geologiasta ja saaneet meidät tarkistamaan ylöspäin arvioitamme pintaveden ja hapen aiemmista runsauksista ilmakehässä – molemmista elämän edellytyksistä.
SuperCam, jonka Los Alamos on kehittänyt yhdessä Ranskan avaruusjärjestön kanssa, on ChemCam steroideissa. SuperCam purjehtii nyt Marsiin osana Perseverancen Mars 2020 -lentoa, ja se yhdistää ChemCamin etäkemian kyvyt ja kuvantamisen kahteen mineralogiseen tekniikkaan, mikä tekee siitä entistäkin paremman elämän mahdollisuuteen liittyvien yhdisteiden havaitsemisessa. Lisäksi se voi tallentaa ääntä mikrofonin avulla, mikä on ensimmäinen kerta Marsissa.
Sukupuun seuraavana haarana OrganiCam tuo mukanaan lisää innovaatioita, kuten ainutlaatuisen nopean fluoresenssikuvauksen, jolla voidaan havaita orgaanisten aineiden lisäksi biomolekyylejä. Näin se toimii. Laserin stimuloimana biologiset orgaaniset molekyylit säteilevät nopeita valopurseita (noin 100 nanosekuntia). Muut materiaalit, kuten kiviaines, säteilevät valoa hitaammin (mikrosekunnista millisekunteihin). OrganiCam käyttää samaa supernopeaa kameraa kuin SuperCam mitatakseen näitä nopeita emissioita, jolloin voimme erottaa biologiset signaalit taustakivistä. Laitteen analyysin seuraavana vaiheena Raman-spektroskopia tunnistaa biologisten materiaalien molekyylirakenteen, joten voimme erottaa kalkkikiven vulkaanisesta kivestä.
OrganiCamissa on myös ultrasäteilyä kestävät linssit, parempi energiatehokkuus ja edeltäjiään kevyempi ja kompaktimpi rakenne, joten pieni lennokki voisi kuljettaa sen paljon useampaan paikkaan Marsissa kuin mihin se pääsisi kulkuneuvon kyydissä. Vielä parempi on, että lennokki voisi viedä laitteen syvälle johonkin laavaputkiluolaan. OrganiCam voitaisiin myös helposti sovittaa jäiseen maailmaan tehtävään. (Voit katsoa videon OrganiCamista täältä.)
OrganiCam voidaan suunnata myös maallisempiin tehtäviin. Se voi tuhoutumatta havaita biologisia materiaaleja ainutlaatuisissa näytteissä tuhoamatta niitä, kuten ulkoplaneetoilta ja asteroideilta lähetetyistä tehtävistä palautettua materiaalia, ja se voi arvioida biologisten orgaanisten aineiden esiintymistä puhdastiloissa, sairaaloissa tai muissa steriileissä tiloissa auttaakseen pysäyttämään infektioiden leviämisen tai epäpuhtauksien leviämisen teollisuusprosesseissa.
Vaikka nämä ovatkin arvokkaita tehtäviä tälle uudelle instrumentille, meille, jotka kuulumme Los Alamosin ryhmään, joka kehitti OrganiCamin, ylivoimainen motivaatio on houkutus löytää todisteita elämästä toisella planeetalla, kuussa, asteroidilla tai komeetalla. Tämän suuruinen löytö on jokaisen tiedemiehen unelma. Toivottavasti saamme siihen mahdollisuuden.
Seuraa meitä Twitterissä @Spacedotcom tai Facebookissa.
Uudemmat uutiset