Patrick Gasda är forskare i gruppen för rymdvetenskap och tillämpningar vid Los Alamos National Laboratory. Som medlem av OrganiCam-gruppen arbetar han tillsammans med gruppledaren Roger Wiens för att studera Europas geokemi och astrobiologi. Konceptfasen för OrganiCam finansieras av programmet Laboratory Directed Research and Development. Gasda bidrog med den här artikeln till Space.coms Expert Voices: Op-Ed & Insights.
I den besvikna avsaknaden av små gröna utomjordingar på någon av Jupiters månar eller en civilisation som bygger kanaler på Mars, innebär jakten på liv utanför jorden att vår vetenskapliga och tekniska förmåga ställs på sin spets. Om vi hittar liv där ute kommer det att vara litet, på molekylär skala.
Efter en lyckad uppskjutning i slutet av juli seglar NASA:s rover Perseverance tyst genom rymden på sin sju månader långa resa till Mars, där den kommer att genomsöka Jezero-kratern för att hitta bevis på beboelighet och liv. Under detta fredliga intermezzo innan roverns landning på den röda planeten i början av nästa år har vi tid att tänka på framtida uppdrag för att söka efter liv på andra planetariska kroppar i solsystemet.
Relaterat: Dessa uppdrag kommer att jaga efter biologiska organiska molekyler, de kolbaserade byggstenar som utgör alla levande varelser som vi känner till. Om vi så småningom hittar liv – eller bevis på tidigare liv – på Mars eller någon annanstans, kommer det nämligen inte att vara en liten grön utomjording. Det kommer att vara en biomolekyl eller fossiliserat bakteriellt liv.
Sökandet är inriktat på beboeliga miljöer på Mars och bortom Mars. Vid nyligen genomförda uppdrag till de yttre planeterna har man observerat bevis på vattenånga från Jupiters måne Europa, vilket ger upphov till den spännande möjligheten att det finns organiska molekyler på dess yta som härstammar från havet under ytan. Rymdfarkoster har upptäckt organiska molekyler i rökplymer från Saturnus måne Enceladus. Nyligen flög NASA:s rymdskepp Dawn inom 35 kilometer från ytan av Ceres, en dvärgplanet i asteroidbältet, och upptäckte saltlake och troligen en stor, djup reservoar av flytande saltvatten.
Dessa är alla högprioriterade platser att leta på.
Som en av de mest sannolika platserna att hitta liv – och säkerligen den närmaste – fortsätter Mars att väcka vår uppmärksamhet. Även om det kalla, torra landet, den tunna atmosfären och den extrema strålningen på ytan är fientligt inställda till liv har NASA:s Curiosity-rover, som nu utforskar Mars, hittat organiska molekyler. Men är de biologiska? Det är svårt att säga eftersom alla molekyler på ytan skulle ha skadats allvarligt av strålning under miljontals år.
Biologiska organiska ämnen kan vara mer utbredda i grottorna med lavatunnlar på Mars. I skydd djupt i underjorden kan livet en gång ha frodats – eller gör det fortfarande? – i salta saltlake som sipprade från nu försvunna sjöar på ytan. Saltvatten har en lägre frystemperatur än vanligt vatten, och djupt under jord kan värme från Mars mantel hålla vattnet flytande.
För att ta reda på om liv kan ha bildat några av de organiska molekylerna på Mars måste vi skicka instrument som kan besvara den frågan, men att utforska Mars djupt under jord är en skrämmande uppgift. De flesta kända lavatunnlar på Mars har minst ett takfönster som öppnar sig mot ytan. Även om vi inte vet hur djupa dessa grottor är, är deras mynningar 91 meter (300 fot) breda, och vissa tros gå ner minst 0,4 km (en kvarts mil) under jorden.
Varför inte flyga in? För att kunna göra det måste våra instrument vara enkla, robusta, lätta och kompakta. Samma sak gäller för att skicka instrument till de tuffa, isiga miljöerna med hög strålning på Europa, Enceladus eller Ceres. För att uppfylla dessa utmanande kriterier har Los Alamos National Laboratory utnyttjat sin erfarenhet av att utforma och använda instrument för rymdforskning för att utveckla en ny modell, OrganiCam.
Liv på Mars: Utforskning och bevis
Ett föregångsinstrument som utvecklats vid Los Alamos, ChemCam, utforskar för närvarande Mars med Curiosity-rovern. ChemCam sitter högt upp på roverns mast och avfyrar en infraröd laserstråle mot stenar och jord, vilket skapar en het plasma. Instrumentet mäter sedan ljusets färger i plasman, vilket ger ledtrådar om stenarnas elementära sammansättning. En kamera ger mycket detaljerade fotografier av lasermålen, som också hjälper forskarna att fastställa ytans geologi.
ChemCams upptäckter har fördjupat vår kunskap om Mars som en gång varmare och mer beboelig planet, revolutionerat vår förståelse av planetens geologi och fått oss att revidera uppåt våra uppskattningar av de tidigare förekomsterna av ytvatten och syre i atmosfären – båda förutsättningar för liv.
SuperCam, som utvecklats gemensamt av Los Alamos och den franska rymdorganisationen, är ChemCam på steroider. SuperCam, som nu seglar till Mars som en del av Perseverances Mars 2020-uppdrag, kombinerar ChemCams fjärrkemiska kapacitet och avbildning med två mineralogiska tekniker, vilket gör den ännu bättre på att upptäcka föreningar som är relaterade till möjligheten av liv. Dessutom kan den spela in ljud via en mikrofon, vilket är en nyhet på Mars.
Som nästa gren i släktträdet kommer OrganiCam med ytterligare innovationer, inklusive unik snabbfluorescensavbildning för att upptäcka inte bara organiska ämnen utan även biomolekyler. Så här fungerar det. När biologiska organiska molekyler stimuleras av lasern avger de snabba ljusstötar (cirka 100 nanosekunder). Men andra material, som sten, avger ljus långsammare (mikrosekunder till millisekunder). OrganiCam använder samma supersnabba kamera som SuperCam för att mäta dessa snabba emissioner, vilket gör att vi kan skilja biologiska signaler från bakgrundsstenar. Som nästa steg i instrumentets analys identifierar Raman-spektroskopi den molekylära strukturen hos de biologiska materialen, så att vi kan skilja kalksten från en vulkanisk sten.
OrganiCam har också ultrastrålningshärdade linser, större energieffektivitet och en lättare och mer kompakt konstruktion än sina föregångare, så att en liten drönare kan bära den till betydligt fler platser på Mars än vad den kan göra genom att sitta på en rover. Ännu bättre är att en drönare kan föra instrumentet djupt in i en av grottorna med lavatunnlar. OrganiCam skulle också lätt kunna anpassas till ett uppdrag på en isig värld. (Du kan se en video om OrganiCam här.)
OrganiCam kan också riktas mot mer jordiska sysselsättningar. Den kan på ett icke-förstörande sätt upptäcka biologiska material i unika prover utan att förstöra dem, t.ex. material som returneras av uppdrag från yttre planeter och asteroider, och den kan bedöma förekomsten av biologiska organiska ämnen i renrum, sjukhus eller andra sterila anläggningar, för att hjälpa till att hejda spridningen av infektioner eller föroreningar i industriella processer.
Och även om detta är värdiga uppdrag för detta nya instrument, är lockelsen att hitta bevis på liv på en annan planet, en måne, en asteroid eller en komet den överväldigande motivationen för de av oss i Los Alamos-teamet som utvecklade OrganiCam. En sådan upptäckt är varje forskares dröm. Jag hoppas att vi får chansen.
Följ oss på Twitter @Spacedotcom eller Facebook.
Renliga nyheter