Patrick Gasda is stafwetenschapper in de groep Ruimtewetenschap en -toepassingen van het Los Alamos National Laboratory. Als lid van het OrganiCam-team werkt hij samen met teamleider Roger Wiens aan het onderzoek naar de geochemie en astrobiologie van Europa. De conceptfase van OrganiCam wordt gefinancierd door het Laboratory Directed Research and Development programma. Gasda droeg dit artikel bij aan Space.com’s Expert Voices: Op-Ed & Insights.
In de teleurstellende afwezigheid van kleine groene aliens op een van Jupiters manen of een kanalenbouwende beschaving op Mars, rekt de jacht op leven buiten de Aarde onze wetenschappelijke en technologische bekwaamheid tot het uiterste op. Als we daar leven vinden, zal het klein zijn, op moleculaire schaal.
Na een succesvolle lancering eind juli, vaart NASA’s Perseverance rover stil door de ruimte op zijn zeven maanden durende reis naar Mars, waar het Jezero Crater zal afzoeken naar bewijs van bewoonbaarheid en leven. In dit vredige intermezzo voor de aankomst van de rover op de Rode Planeet begin volgend jaar, hebben we tijd om na te denken over toekomstige missies op zoek naar leven op andere planetaire lichamen in het zonnestelsel.
Verwant: 6 meest waarschijnlijke plaatsen voor buitenaards leven in het zonnestelsel
Die missies zullen op jacht gaan naar biologische organische moleculen, de op koolstof gebaseerde bouwstenen waaruit alle levende dingen bestaan die we kennen. Dat komt omdat, als we uiteindelijk leven vinden – of bewijs van vroeger leven – op Mars of ergens anders, het niet een klein groen buitenaards wezen zal zijn. Het zal een biomolecuul zijn of gefossiliseerd bacterieel leven.
De zoektocht richt zich op bewoonbare omgevingen op Mars en daarbuiten. Recente missies naar de buitenplaneten hebben bewijs waargenomen van waterdamppluimen van Jupiters maan Europa, wat de intrigerende mogelijkheid oproept van organische moleculen op zijn oppervlak, afkomstig van de oceaan eronder. Ruimtevaartuigen hebben organische moleculen waargenomen in de pluimen die afkomstig zijn van Saturnus’ maan Enceladus. Recentelijk vloog NASA’s Dawn ruimtevaartuig tot op 35 kilometer van het oppervlak van Ceres, een dwergplaneet in de asteroïdengordel, en detecteerde pekel en een waarschijnlijk groot, diep reservoir van vloeibaar zout water.
Dit zijn allemaal plaatsen met hoge prioriteit om te zoeken.
Als een van de meest waarschijnlijke plaatsen om leven te vinden – en zeker de meest nabije – blijft Mars onze aandacht opeisen. Hoewel het koude, droge land, de ijle atmosfeer en de extreme straling aan het oppervlak vijandig zijn voor leven, heeft NASA’s Curiosity rover, die Mars nu aan het verkennen is, organische moleculen gevonden. Maar zijn ze biologisch? Het is moeilijk te zeggen, omdat alle moleculen op het oppervlak in de loop van miljoenen jaren door straling ernstig zijn beschadigd.
Biologische organische stoffen zouden meer verspreid kunnen zijn in de grotten van de lavabuizen op Mars. Diep onder de grond kan leven hebben geheerst – of nog steeds? – in zoute pekel die sijpelde uit nu verdwenen oppervlaktemeren. Zout water heeft een lagere vriestemperatuur dan gewoon water, en diepe ondergrondse warmte uit de mantel van Mars zou het water vloeibaar kunnen houden.
Om te weten te komen of er misschien leven is ontstaan uit de organische moleculen op Mars, moeten we instrumenten sturen die die vraag kunnen beantwoorden, maar Mars diep onder de grond onderzoeken is een ontmoedigende taak. De meeste bekende lavabuizen op Mars hebben ten minste één opening naar de oppervlakte. Hoewel we niet weten hoe diep deze grotten zijn, zijn hun monden 300 voet (91 meter) breed, en van sommige wordt gedacht dat ze ten minste een kwart mijl (0,4 km) ondergronds afdalen.
Waarom er niet heen vliegen? Om dat te kunnen doen, moeten onze instrumenten eenvoudig, robuust, licht en compact zijn. Hetzelfde geldt voor het zenden van instrumenten naar de ruige, ijzige omgevingen met veel straling van Europa, Enceladus of Ceres. Om aan deze uitdagende criteria te voldoen, heeft het Los Alamos National Laboratory gebruik gemaakt van zijn ervaring met het ontwerpen en in de praktijk brengen van instrumenten voor ruimteverkenning om een nieuw model te ontwikkelen, OrganiCam.
Leven op Mars: Exploratie en bewijs
Een voorloper instrument ontwikkeld in Los Alamos, ChemCam, is momenteel Mars aan het verkennen op de Curiosity rover. Hoog op de mast van de rover vuurt ChemCam een infrarode laserstraal af op rotsen en bodems, waardoor een heet plasma ontstaat. Het instrument meet vervolgens de kleuren van het licht in het plasma, die aanwijzingen geven over de elementaire samenstelling van het gesteente. Een camera levert zeer gedetailleerde foto’s van de laserdoelen, die wetenschappers ook helpen de geologie van het oppervlak te bepalen.
De ontdekkingen van ChemCam hebben onze kennis van Mars als een ooit warmere en meer bewoonbare planeet verdiept, ons begrip van de geologie van de planeet radicaal veranderd, en ons ertoe aangezet onze schattingen van de vroegere overvloed van oppervlaktewater en zuurstof in de atmosfeer – beide voorwaarden voor leven – naar boven bij te stellen.
SuperCam, gezamenlijk ontwikkeld door Los Alamos en het Franse ruimteagentschap, is ChemCam op steroïden. SuperCam vaart nu naar Mars als onderdeel van de Mars 2020-missie van Perseverance en combineert ChemCam’s remote chemiecapaciteiten en beeldvorming met twee mineralogietechnieken, waardoor het nog beter is in het detecteren van verbindingen die verband houden met de mogelijkheid van leven. Bovendien kan het geluid opnemen via een microfoon, een primeur op Mars.
Als volgende tak van de stamboom brengt OrganiCam verdere innovaties, waaronder unieke snelle-fluorescentiebeeldvorming voor het detecteren van niet alleen organische stoffen, maar ook biomoleculen. Het werkt als volgt. Wanneer biologische organische moleculen door de laser worden gestimuleerd, zenden ze snelle lichtuitbarstingen uit (ongeveer 100 nanoseconden). Maar andere materialen, zoals gesteente, zenden langzamer licht uit (microseconden tot milliseconden). OrganiCam maakt gebruik van dezelfde supersnelle camera als SuperCam om deze snelle emissies te meten, zodat we biologische signalen kunnen onderscheiden van de achtergrondgesteenten. Als volgende stap in de analyse van het instrument identificeert Raman-spectroscopie de moleculaire structuur van de biologische materialen, zodat we kalksteen van een vulkanisch gesteente kunnen onderscheiden.
OrganiCam heeft ook ultra-stralingsharde lenzen, een grotere energie-efficiëntie en een lichter en compacter ontwerp dan zijn voorgangers, zodat een kleine drone het naar veel meer plaatsen op Mars zou kunnen brengen dan het zou kunnen gaan door op een rover mee te liften. Nog beter is dat een drone het instrument diep in een van die lavagrotten kan brengen. OrganiCam kan ook gemakkelijk worden aangepast voor een missie op een ijzige wereld. (U kunt hier een video over OrganiCam bekijken.)
OrganiCam kan ook worden gericht op meer aardse bezigheden. Het kan niet-destructief detecteren biologische materialen in unieke monsters zonder ze te vernietigen, zoals materiaal teruggebracht door missies van de buitenplaneten en asteroïden, en het kan de aanwezigheid van biologische organisch materiaal in cleanrooms, ziekenhuizen of andere steriele faciliteiten beoordelen, om te helpen de verspreiding van infecties of onzuiverheden in industriële processen te stoppen.
Hoewel dit waardige opdrachten zijn voor dit nieuwe instrument, voor degenen onder ons in het Los Alamos-team dat OrganiCam heeft ontwikkeld, is de verlokking van het vinden van bewijs van leven op een andere planeet, een maan, een asteroïde of een komeet de overweldigende motivatie. Een ontdekking van die omvang is de droom van elke wetenschapper. Ik hoop dat we de kans krijgen.
Volg ons op Twitter @Spacedotcom of Facebook.
Recent nieuws