Mars Anlayışımızı Dönüştürebilecek Uzun Zamandır Beklenen Görev

M17 Aralık 2022, Jorge Vago için zor bir gündü. Bir gezegen fizikçisi olan Vago, Avrupa Uzay Ajansı’nın ExoMars programının bir bölümünde bilime başkanlık ediyor. Ekibi, yaklaşık yirmi yıldır üzerinde çalıştıkları bir hedef olan Avrupa’nın ilk Mars gezicisini fırlatmasına sadece aylar kalmıştı. Ancak o gün ESA, Ukrayna’nın işgali nedeniyle Rusya’nın uzay ajansıyla bağlarını askıya aldı. Fırlatma, Kazakistan’ın Rusya’ya kiralanan Baykonur Uzay Üssü için planlanmıştı.

Vago, “Bize her şeyi iptal etmemiz gerektiğini söylediler,” diyor. “Hepimiz yas tutuyorduk.”

İlk olarak 2005’te onaylanan, kuşatma altındaki Rosalind Franklin gezgini için acı verici bir başarısızlıktı. Bütçe sıkıntıları, ortak değişiklikleri, teknik sorunlar ve Covid-19 salgını, sırasıyla önceki gecikmelere neden olmuştu. Ve şimdi, bir savaş. Vago, “Kariyerimin çoğunu bu şeyi yerden kaldırmaya çalışarak geçirdim” diyor. İşleri daha da karmaşık hale getiren görev, ESA üye devletlerinin değiştirmek için finansmana ihtiyaç duyacağı Rus yapımı bir arazi aracı ve araçları içeriyordu. Kullanılmayan geziciyi bir müzeye koymak da dahil olmak üzere birçok seçeneği değerlendirdiler. Ancak daha sonra, Kasım ayında, Avrupalı ​​araştırma bakanlarının, Rus bileşenlerinin değiştirilmesi de dahil olmak üzere misyon masraflarını karşılamak için 360 milyon avro taahhüt etmesiyle can simidi geldi.

Gezici nihayet 2028’de patladığında, bir dizi gelişmiş enstrüman taşıyacak – ancak özellikle bir tanesi çok büyük bir bilimsel etki yaratabilir. Mars yüzeyinin altında bulunan herhangi bir karbon içeren malzemeyi analiz etmek için tasarlanan gezicinin yeni nesil kütle spektrometresi, Kızıl Gezegen hakkındaki en yakıcı soruyu nihayet yanıtlama stratejisinin temel taşıdır: Geçmişin veya bugünün kanıtı var mı? hayat?

NASA’nın Jet Propulsion Laboratuvarı’nda doktora sonrası program üyesi ve bu konuda bir makalenin ortak yazarı olan analitik kimyager Marshall Seaton, “Yaşamı arayabileceğiniz pek çok farklı yol var” diyor. gezegen analizi içinde Analitik Kimyanın Yıllık Gözden Geçirilmesi. Belki de en bariz ve doğrudan yol, basitçe fosilleşmiş mikropları aramaktır. Ancak cansız kimya yaratabilir aldatıcı gerçekçi yapılar. Bunun yerine, kütle spektrometresi, bilim adamlarının canlı biyolojinin yokluğunda oluşması muhtemel olmayan moleküler kalıpları aramasına yardımcı olacak.

Seaton, yapılar veya belirli moleküller yerine yaşam kalıpları için avlanmanın dünya dışı bir ortamda ek bir faydası olduğunu söylüyor. “Sadece bildiğimiz hayatı değil, bilmediğimiz hayatı da aramamızı sağlıyor.”

Mars için Paketleme

NASA’nın Washington, DC dışındaki Goddard Uzay Uçuş Merkezinde, gezegen bilimci William Brinckerhoff, gezginin Mars Organik Molekül Analizörü veya MOMA olarak bilinen kütle spektrometresinin bir prototipini gösteriyor. Kabaca bir el bagajı büyüklüğündeki alet, teller ve metalden oluşan bir labirenttir. Brinkerhoff, meslektaşı gezegen bilimcisi Xiang Li’nin numuneleri tutan bir atlı karıncayı göstermeden önce prototip üzerindeki vidaları ayarlarken, “Bu gerçekten bir beygir,” diyor.

Bu çalışan prototip, Dünya’daki Mars benzeri topraklardaki organik molekülleri analiz etmek için kullanılıyor. Ve gerçek MOMA yaklaşık olarak 2030’da Mars’a vardığında, Brinckerhoff ve meslektaşları prototipi ve NASA’da Mars benzeri bir ortamda saklanan bozulmamış bir kopyayı deneysel protokollerdeki ince ayarları test etmek, ortaya çıkan sorunları gidermek için kullanacaklar. görev sırasında ve Mars verilerinin yorumlanmasını kolaylaştırır.

Bu en yeni kütle spektrometresi köklerinin izini sürebilir yaklaşık 50 yıl, Mars topraklarını inceleyen ilk göreve. İkiz 1976 Viking iniş araçları için mühendisler, oda büyüklüğündeki kütle spektrometrelerini kabaca günümüzün masaüstü yazıcılarının kapladığı alana küçülttüler. Aletler ayrıca 2008 Phoenix iniş aracında, 2012 Curiosity gezgininde ve daha sonra Çin, Hindistan ve ABD’den gelen Mars yörünge araçlarındaydı.

Brinckerhoff’un prototipini ziyaret eden herkes, önce Smithsonian Enstitüsü’nden ödünç alınan Viking aletinin demonte bir kopyasının bulunduğu bir vitrini geçmelidir. Brinckerhoff, coşkuyla bileşenleri işaret ederek, “Bu, ulusal bir hazine gibi,” diyor.

Kütle spektrometreleri, dünya çapında laboratuvarlarda ve diğer tesislerde analitik kimya için kullanılan vazgeçilmez araçlardır. TSA ajanları, bunları havaalanında bagajda patlayıcı olup olmadığını test etmek için kullanıyor. EPA bilim adamları bunları içme suyunu kirletici maddeler açısından test etmek için kullanıyor. Ve ilaç üreticileri bunları potansiyel yeni ilaçların kimyasal yapılarını belirlemek için kullanıyor.

Merck ilaç şirketinde analitik kimyager olan Devin Swiner, birçok türde kütle spektrometresi vardır, ancak her biri “üç parçalı bir alettir” diye açıklıyor. İlk olarak, alet molekülleri gaz fazına buharlaştırır ve ayrıca onlara bir elektrik yükü verir. Bu yüklü veya iyonize gaz molekülleri daha sonra elektrik veya manyetik alanlarla manipüle edilebilir, böylece alet içinde hareket edebilirler.

İkinci olarak alet, bilim adamlarının moleküler ağırlıkla ilişkilendirebilecekleri bir ölçüme göre iyonları sıralar, böylece bir molekülün içerdiği atomların sayısını ve türünü belirleyebilirler. Üçüncüsü, alet bir numunedeki tüm “ağırlıkları” göreceli bolluklarıyla birlikte kaydeder.

Rosalind Franklin gezgini MOMA ile birlikte, kabaca 4 milyar yıl önce muhtemelen eski yaşam için çok önemli bir bileşen olan su bulunan bir Mars bölgesine inecek. Gezicinin kameraları ve diğer araçları, örneklerin seçilmesine ve çevreleri hakkında bağlam sağlanmasına yardımcı olacaktır. Bir matkap, antik örnekleri iki metreye kadar derinlikten alacaktır. Vago, bilim adamlarının, Mars’ta “bir milyon küçük bıçak gibi” molekülleri parçalayan kozmik radyasyondan korunmak için yeterince uzak olduğunu varsayıyorlar.

Uzaya bağlı kütle spektrometreleri sağlam ve hafif olmalıdır. MOMA’nın yeteneklerine sahip bir kütle spektrometresi normalde birden fazla çalışma tezgahını işgal ederdi, ancak önemli ölçüde küçültüldü. Swiner, “Bir oda kadar büyük olabilen bir şeyi bir tost makinesi veya küçük bir bavul büyüklüğünde alıp uzaya gönderebilmek çok büyük bir olay” diyor.

hayatın görünüşü

MOMA, bilim adamlarının başka bir şekilde oluşması pek mümkün olmayan kalıpları araştırmak için molekülleri inceleyerek Mars’ta yaşamın belirgin belirtilerini aramalarına yardımcı olacak. Örneğin, lipitler – hücre zarlarının yapı taşlarını içeren bileşikler – neredeyse tüm canlılarda çift sayıda karbon atomu baskınlığına sahipken, cansız kimyası daha eşit sayıda çift ve tek sayıda karbon atomu karışımı üretir. Rastgele bir çeşitlilikten ziyade, bir sayının katları olan karbon atomlarına sahip bir lipit seti bulmak, yaşamın potansiyel bir imzasıdır.

Benzer şekilde, amino asitler – proteinlerin yapı taşları – ya yaşam tarafından ya da biyolojik olmayan kimya tarafından yaratılabilir. Sol ve sağ eller gibi birbirlerinin ayna görüntüleri olan ancak bunun dışında aynı olan iki biçimde gelirler. Dünya’da yaşam ezici bir çoğunlukla yalnızca solak amino asitler içerir. Cansız kimya hem solak hem de sağlak çeşitleri üretir. Başka bir deyişle, sol veya sağ elli amino asitlerin büyük bir fazlası, daha eşit bir karışımdan daha gerçekçidir.

Daha genel olarak, bilim adamları, Dünya biyokimyasında kalıpları sergileyen moleküller olmasa bile, bunlara benzer kimyasal dağılımların yaşamın göstergesi olacağını düşünüyorlar.

Kütle spektrometrelerini içeren önceki Mars misyonları, yaşam belirtilerini belirleme yeteneklerini engelleyen sorunlarla karşılaştı. Bilim adamları zor kazanılan bu dersleri aldılar ve MOMA’yı bu engellerin üstesinden gelmek için tasarladılar; en rahatsız edici olanlardan biri de dahil: kötü şöhretli molekül yok edici, perklorat. Güney Amerika gibi aşırı Dünya ortamlarında da ortaya çıkan perklorat Atacama Çölüorganik molekülleri yüksek sıcaklıklarda bozarak potansiyel yaşam belirtilerini gizleyebilir.

2008’de Mars Phoenix iniş aracı, Mars topraklarında perklorat iyonları keşfetti. Diğer iki görev, Viking iniş aracı ve Merak gezici, klorlu hidrokarbonları tespit etti – kütle spektrometrelerinin yüksek sıcaklık fırınlarında Mars molekülleriyle reaksiyona giren perkloratın olası yan ürünleri. Bu, perkloratın yaşamı işaret edebilecek herhangi bir organik molekül kanıtını gizlemiş olabileceği anlamına geliyordu.

MOMA, ultraviyole lazerle perklorat sorununu zekice ortadan kaldırıyor. lazer numuneleri tek seferde buharlaştırır ve iyonize ederiki nanosaniyenin altında süren ışık darbeleriyle – perklorat reaksiyonlarının oluşması için çok hızlı.

Lazerin başka bir faydası daha var: Moleküllere iyon oluşturmaları için bir yük verirken onları büyük ölçüde sağlam bırakıyor. Viking ve Merak, iyonları elektronlarla bombardıman ederek üretti. Bu çarpışmalar, bir numunedeki moleküllerin yapılarını belirlemek için önemli olabilecek zayıf kimyasal bağları korumazken, lazer molekül parçalanmasını minimumda tutar. MOMA daha sonra bu nispeten bozulmamış iyonları sıralayabilir ve ilgili tek bir iyonu kasıtlı olarak izole olarak parçalayabilir, bu ne Viking ne de Curiosity’nin yapamayacağı bir şeydir. Bu iyonun ortaya çıkan yapboz parçalarını analiz ederek, Mars örneğinden orijinal molekülün kimyasal yapısını belirlemek ve böylece ne olduğunu belirlemek mümkündür.

Bu lazer tekniği Mars’a ilk kez gidecek, ancak Dünya’daki testler işe yarayacağını gösteriyor. Brinckerhoff, prototipin Phoenix’in Mars topraklarında tespit ettiğinden daha fazla perklorat varlığında bile organik molekül izleri bulduğunu söylüyor. Ve Yellowstone Milli Parkı’nda toplanan Mars benzeri örneklerde, lipitleri tespit etti ve önceki Mars görevlerinde toplananlardan daha karmaşık olan diğer moleküller.

MOMA, öncekiler gibi, aynı zamanda yüksek sıcaklığa sahiptir. fırınlar ve bilim adamları numuneleri buharlaştırmak için lazer yerine bunları kullanmayı tercih edebilirler. Örneğin, lazer amino asit ipuçları verirse, fırın seçeneği lazerin sağlayamadığı bilgileri sağlayabilir. Fırın modundayken MOMA, kütle spektrometrisini kolaylaştırmak için molekülleri stabilize eden üç kimyasal reaktif kullanır. Bunlardan biri, Mars’ta daha önce hiç kullanılmamış, sol ve sağ elli amino asitleri ayırt etmek için orada, önceki görevlerin yapamadığı bir şekilde canlı ve cansız kökenler için bir kanıt oluşturmasını sağlıyor.

MOMA, Mars’ta yaşamın var olup olmadığı konusunda son söz olmayacak. Vago, en cezbedici sonuçların bile, tekrarlanan deneyler ve gezginin diğer araçlarından elde edilen kanıtlarla doğrulanması gerektiğini söylüyor. Bazı doğrulama çalışmaları, diğer misyonlar aracılığıyla veya hatta bir gün Dünya’ya geri getirilen Mars örneklerinin analizinden de yapılabilir. Vago, “Bir dava oluşturmamız gerekecek, aksi halde kimse bize inanmayacak,” diyor.

Misyon üzerinde çalışan uluslararası bilim adamları ekibi bu davayı oluşturmak için neye ihtiyaçları olduğunu biliyor, ancak Rosalind Franklin Rover Kızıl Gezegenin yüzeyine inene kadar başlayamazlar. Bu bilim adamlarının tümü, Mart 2022’de uzun süredir durdurulan görevin bir kez daha ertelendiğini görmenin hayal kırıklığını paylaştı.

Ancak Brinckerhoff için bu hayal kırıklığı, heyecanla dengeleniyor: Ne de olsa görev hala yaşıyor. “Bu şey hepimiz için en iyisi” diyor ve “ve onun Mars’ta çalıştığını görmek bile kariyer katarsisi olacak.”

10.1146/bilinebilir-050323-1

---

Carmen Drahl, Washington DC’de yaşayan serbest gazeteci ve editördür. Bu makale ilk olarak yayınlandı Bilinen Dergi, Yıllık İncelemelerden bağımsız bir gazetecilik girişimi. orijinali oku Burada.