Команда, яка керує дистанційною хімічною лабораторією на борту марсохода NASA Curiosity, отримала нагороду Gizmodo Science Fair за виявлення переконливих хімічних доказів того, що Марс колись міг підтримувати життя.
Марсохід NASA Curiosity зробив це селфі з поверхні Марса 25 жовтня 2020 року після видобування зразка гірської породи, що містив сім стародавніх органічних молекул.
Велика група вчених, включаючи астробіологів з Університету Флориди, геофізиків та інженерів Лабораторії реактивного руху NASA, а також кількох вчених з Франції та Мексики, стала переможцем Gizmodo Science Fair 2026 року. Команда виявила набір із семи органічних молекул, важливих для життя на основі вуглецю, збережених у глинистих відкладеннях, які марсохід NASA Curiosity взяв із висохлих залишків дна озера віком понад 3,5 мільярда років у кратері Гейла на Марсі.
Серед цих молекул хімічна сполука, що містить сірку, бензотіофен, раніше була виявлена в космічно стародавньому метеориті Мурчісон — історичній космічній породі віком понад 4 мільярди років, яка аналогічна до метеоритів, що, ймовірно, відповідальні за зародження найдавніших будівельних блоків життя тут, на Землі.
Питання
Команда, що стоїть за цією частиною багатогранної місії NASA Curiosity, зробила стратегічний крок назад від більш вагомих, великомасштабних питань, таких як “Чи є життя на Марсі?” або навіть “Чи існувало життя на Марсі колись?”. Зрештою, команда зосередилася на більш фундаментальному питанні: “Чи був Марс колись сприятливим для утворення тих базових молекулярних сполук, які необхідні для підтримки життя на основі вуглецю, принаймні, наскільки ми його знаємо, тут, на Землі?”.
Геофізик і планетолог Ешвін Васавада — який керує командою місії NASA Mars Science Laboratory (MSL) для Curiosity з його посади в Лабораторії реактивного руху NASA (JPL) в Каліфорнії — сформулював це по-іншому у своєму огляді місії 2022 року. Він написав, що команда NASA MSL прагне з’ясувати, чи мав Марс колись “давні середовища, потенційно придатні для життя”.
Результати
Підгрупа команди NASA MSL, яка дистанційно керує приладом Sample Analysis at Mars (SAM) на борту Curiosity, виявила сім різноманітних органічних молекул, збережених у глині, де вони, ймовірно, були пов’язані з цією глиною, безпосередньо під поверхнею кратера Гейла. Ці вуглецеві молекули включали триметилбензол, тетраметилбензол, метилбензоат (також відомий як метиловий ефір бензойної кислоти), дигідронафталін, нафталін, бензотіофен і метилнафталін.
За словами Емі Вільямс, професора геологічних наук в Університеті Флориди, яка керувала цим дослідженням для команди NASA SAM, виявлення цих сполук підтвердило дві речі. По-перше, це показало, що сумнозвісна відсутність належної магнітосфери, необхідної для захисту Марса від сонячної радіації та інших космічних променів, не була настільки катастрофічною, щоб ці органічні сполуки не могли залишатися відносно неушкодженими на невеликій відстані під поверхнею Марса. По-друге, завдяки тому, як прилад SAM проводить свої хімічні тести зі своїх відсіків всередині Curiosity, ці відкриття свідчать про те, що кілька з семи органічних сполук були хімічними побічними продуктами, відколотими від більших і ще складніших органічних молекул, збережених у марсіанській глині.
“Багато людей кажуть: ‘О, складний органічний вуглець! Це, мабуть, життя!'”, — сказала Вільямс Gizmodo. “На жаль, для досліджень виявлення життя, ви можете отримати подібні речі, що утворюються абіотично в метеоритах. Це залежить від типу макромолекулярного вуглецю”.
Іншими словами, найобережнішою робочою гіпотезою є те, що “первинне макромолекулярне джерело” сполук, як його називають Вільямс і команда SAM — тобто більші, пов’язані з життям молекули, з яких вони походять — походить від метеороїда на ранніх етапах історії Сонячної системи. Це був би лише один серед багатьох, які поховалися в марсіанському ґрунті протягом 4,5 мільярдів років існування планети.
М’яко кажучи, наслідки, хоч і не є прямим доказом існування марсіанських інопланетян, надзвичайно перспективні. Знахідка команди SAM свідчить про те, що давній Марс, щонайменше, бомбардувався тими ж типами багатих на вуглець метеоритів, які майже напевно внесли складні органічні молекули на нашу власну давню Землю. І, що ще краще, Марс тепер довів свою здатність зберігати ці основні будівельні блоки для життя під своєю поверхнею протягом мільярдів років. Це чудова новина для майбутніх дослідників Марса будь-якого рівня статків.
“Принаймні, деякі молекули, які ми бачили, дуже схожі на те, що ми бачимо в карбонатних хондритах та [інших] метеоритах”, — сказала Вільямс Gizmodo. Але все ще є надія, що невідомі та більш складні органічні вуглеці кратера Гейла можуть бути чимось, що насправді було створено чужою формою життя, яка походить з Марса.
Прилад SAM Curiosity — це, коротко кажучи, перша в своєму роді, дистанційно керована, міцна, міжпланетна лабораторія для хімічного аналізу. Вона вміщує лабораторне наукове випробувальне обладнання розміром зі стіл у космічний апарат розміром приблизно з мікрохвильову піч 1970-х років. Для аналізу хімічного складу своїх зразків інструмент газової хроматографії-масової спектрометрії (GC/MS) SAM Flight Model, за необхідності, є пристроєм без рук, який розбиває складні сполуки, видобуті марсоходом Curiosity, на менші, більш газоподібні та легше тестуються органічні сполуки.
“Деякі люди можуть бути розчаровані: ‘О, ви не можете сказати, що знайшли цю більш складну молекулу або ту більш складну річ'”, — пояснила Вільямс Gizmodo. “І це нормально в цьому дослідженні, я думаю, тому що ми продемонстрували, що існує більше складних органічних речовин [на Марсі]. Ми розбили їх за допомогою експерименту”.
Чому вони це зробили
Важливо зрозуміти, що відкриття команди SAM цього року є результатом понад двадцяти років роботи — успіх, народжений довгостроковим плануванням та стійкістю можливостей, яку, ймовірно, наважилися б спробувати лише великі установи, як NASA. Концепція розробки мініатюрної автоматизованої хімічної лабораторії під акронімом SAM, насправді, сягає щонайменше 2004 року, коли ця ідея була вперше викладена на 35-й Науковій асамблеї Комітету космічних досліджень (COSPAR), спільно організованій Європейським космічним агентством у Парижі.
Коли Вільям Брінкерхофф, тоді дослідник прикладної фізики в Університеті Джонса Гопкінса, був співавтором цих ранніх пропозицій SAM, метою пошуку марсіанських органічних речовин стало пряме реагування на тривожну відсутність цих молекул під час місій NASA Viking наприкінці 1970-х років.
“З Viking ми насправді нічого не побачили. Ми побачили, можливо, дві молекули — і знадобилося багато переінтерпретації, щоб пояснити, чому ми не знайшли органічних речовин там”, — пояснила Вільямс.
Місія Viking провела власний експеримент GC/MS, який, як зазначили Брінкерхофф та його колеги у своєму попередньому дослідженні життєздатності SAM, міг “знищити” виявлені амінокислоти Марса шляхом нагрівання під час цього процесу. Система Viking також не була достатньо чутливою, щоб виявити помірні сліди інших органічних сполук, таких як аміни.
“Крім того, Viking відібрав зразки лише з перших сантиметрів марсіанського ґрунту, де органічний матеріал був окислений/знищений атмосферним H2O2 [тобто відбілюючим агентом, перекисом водню …] або атомним киснем”, — написали Брінкерхофф та його співавтори.
Але “відсутність доказів не є доказом відсутності”, як говорили всі, від світила космічної науки Карла Сагана до вигаданого агента ФБР Фокса Малдера, щодо пошуку позаземного життя. Хороша наука означає, що коли ваш космічний зонд Viking не знаходить жодних цікавих вуглецевих молекул, поскребши лише кілька сантиметрів марсіанського ґрунту — тоді вам просто потрібно надіслати інший зонд, який може копати глибше.
Чому вони переможці
Коротко кажучи, це було важко. Це само собою зрозумілий важливий і цінний внесок у наше розуміння потенціалу життя поза Землею, але при врученні нагороди іноді слід надавати особливі пільги, коли досягнення само по собі було настільки, настільки складним. Крім того, це, безумовно, був довгий і звивистий шлях. Брінкерхофф, наприклад, досі є співдослідником SAM, через 22 роки, на своїй нинішній посаді в Центрі космічних польотів імені Годдарда NASA.
“Люди будували цей прилад (SAM), коли я ще навчався в коледжі”, — розповіла Вільямс, яка зараз є матір’ю, Gizmodo. “І тепер у мене була можливість допомогти керувати одним із цих експериментів, і тепер мої аспіранти працюють з цими даними, щоб уточнити наші інтерпретації того, що ми бачимо в шумі цього експерименту. Тож це, безумовно, поколіннєва справа”.
Були й несподівані перешкоди. Марсохід NASA Curiosity був розроблений, зокрема, для буріння отворів у дні озера кратера Гейла для видобування глибоких зразків — але 1 грудня 2016 року висувний двигун його свердла заклинило.
“Безпосередньо перед тим, як ми переїхали через гребінь і збиралися вперше опуститися в цей глинистий шар, цей двигун перестав працювати”, — розповів Gizmodo керівник команди MSL у NASA JPL Ешвін Васавада. “І якби ми ніколи не змогли його зсунути, ми б ніколи більше не свердлили за всю місію […]. Ми б ніколи не мали [нової] статті”.
Те, що сталося далі, було близько року напруженої драми, у стилі “Аполлон-13 зустрічає WALL-E”, коли Васавада та його команда вчених та інженерів дистанційно усували несправності свого витривалого шестиколісного марсіанського робота. “Ми якось змусили двигун рухатися, у його напівзруйнованому стані, до точки, де він виступав за зубці”, — згадує Васавада.
“Нам довелося, по суті, заново навчити марсохід свердлити гірські породи”, — сказав він Gizmodo. “Нам довелося навчитися самим, використовуючи наш тестовий стенд на Землі. Потім нам довелося написати новий польотний програмний код, щоб навчити марсохід”.
Хоча лабораторія мокрого хімічного аналізу SAM Curiosity мала десятки маленьких чашок для реагентів, схожих на Keurig, для розчинення глинистих зразків для її GC/MS аналізу, вона мала лише дві чашки більш унікального реагенту, необхідного для цього дослідження — тетраметиламонію гідроксиду (TMAH). І до того часу, коли команда знайшла правильне місце для буріння для цього доленосного тестування, настав 2020 рік — час, коли, як ви, можливо, пам’ятаєте, світ перебував у локдауні через пандемію нового коронавірусу.
“Вся наша команда JPL приблизно за тиждень навчилася робити все, що ми раніше робили разом у кімнаті […] з усіма нашими вишуканими моніторами та обладнанням […] зі своїх ноутбуків і моніторів у наших вітальнях”, — сказав Васавада.
Що далі
Окрім подальших досліджень кратера Гейла марсоходом Curiosity та подальшого аналізу зібраних ним даних тут, на Землі, успіх команди надихнув на створення наступного покоління її приладу SAM, який називається Mars Organic Molecule Analyzer. Ця нова дистанційна лабораторія мокрого хімічного аналізу буде запущена з марсоходом Європейського космічного агентства Rosalind Franklin у 2028 році. Ще один подібний прилад заплановано до запуску на супутник Сатурна Титан на борту ротора NASA Dragonfly того ж року.
Команда
До складу команди увійшли Емі Дж. Вільямс з Департаменту геологічних наук Університету Флориди; Ешвін Р. Васавада з Лабораторії реактивного руху NASA, який зараз обіймає посаду наукового керівника проєкту Mars Science Laboratory NASA; покійний астробіолог NASA Рафаель Наварро-Гонсалес (1959-2021) з Національного автономного університету Мексики; аналітичний хімік Керолайн Фрейссет з Лабораторії атмосфер, спостережень та космосу (LATMOS) у Франції; астробіолог Дженніфер Л. Айгенброд; та незліченна кількість інших вчених з Центру космічних польотів імені Годдарда NASA, а також багато, багато інших відданих дослідників, які поділяють це досягнення.