youmadam

Η 17η Μαρτίου 2022 ήταν μια δύσκολη μέρα για τον Χόρχε Βάγκο. Ένας πλανητικός φυσικός, ο Vago είναι επικεφαλής της επιστήμης για μέρος του προγράμματος ExoMars των Ευρωπαϊκών Διαστημικών Οργανισμών. Η ομάδα του απείχε μόλις μήνες από την εκτόξευση του πρώτου ευρωπαϊκού στόχου ρόβερα στον Άρη που εργαζόταν για σχεδόν δύο δεκαετίες. Αλλά εκείνη την ημέρα, η ESA διέκοψε τις σχέσεις της με τη ρωσική διαστημική υπηρεσία λόγω της εισβολής στην Ουκρανία. Η εκτόξευση είχε προγραμματιστεί για το κοσμοδρόμιο Baikonur του Καζακστάν, το οποίο είναι μισθωμένο στη Ρωσία.

Μας είπαν ότι έπρεπε να ακυρώσουμε το όλο θέμα, λέει ο Vago. Όλοι θρηνούσαμε.

Ήταν μια οδυνηρή οπισθοδρόμηση για το πολιορκημένο rover Rosalind Franklin, το οποίο εγκρίθηκε αρχικά το 2005. Τα προβλήματα στον προϋπολογισμό, οι διακόπτες συνεργατών, τα τεχνικά ζητήματα και η πανδημία COVID-19 είχαν όλα, με τη σειρά τους, προκαλώντας προηγούμενες καθυστερήσεις. Και τώρα πόλεμος. Πέρασα το μεγαλύτερο μέρος της καριέρας μου προσπαθώντας να βγάλω αυτό το πράγμα από το έδαφος, λέει ο Vago. Περιπλέκοντας τα πράγματα περαιτέρω, η αποστολή περιελάμβανε ένα ρωσικής κατασκευής προσγειωμένο όχημα και όργανα, τα οποία τα κράτη μέλη της ESA θα χρειάζονταν χρηματοδότηση για να αντικαταστήσουν. Εξέτασαν πολλές επιλογές, συμπεριλαμβανομένης της απλής τοποθέτησης του αχρησιμοποίητου rover σε ένα μουσείο. Στη συνέχεια, όμως, τον Νοέμβριο, ήρθε μια σανίδα σωτηρίας, όταν οι Ευρωπαίοι υπουργοί έρευνας υποσχέθηκαν 360 εκατομμύρια ευρώ για την κάλυψη των εξόδων αποστολής, συμπεριλαμβανομένης της αντικατάστασης ρωσικών εξαρτημάτων.

Όταν το rover τελικά εκτιναχθεί, ελπίζουμε, το 2028, θα φέρει μια σουίτα προηγμένων οργάνων, αλλά ένα συγκεκριμένα θα μπορούσε να έχει τεράστιο επιστημονικό αντίκτυπο. Σχεδιασμένο για να αναλύει οποιοδήποτε υλικό που περιέχει άνθρακα που βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια του Άρη, το φασματόμετρο μάζας επόμενης γενιάς rovers είναι η βάση μιας στρατηγικής για να απαντηθεί τελικά η πιο φλέγουσα ερώτηση σχετικά με τον Κόκκινο Πλανήτη: Υπάρχουν ενδείξεις προηγούμενης ή παρούσας ζωής;

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους μπορείτε να αναζητήσετε ζωή, λέει ο αναλυτικός χημικός Marshall Seaton, συνεργάτης του μεταδιδακτορικού προγράμματος της NASA στο Εργαστήριο Jet Propulsion και συν-συγγραφέας μιας εργασίας για την πλανητική ανάλυση στην ετήσια επιθεώρηση της αναλυτικής χημείας. Ίσως η πιο προφανής και άμεση διαδρομή είναι απλώς η αναζήτηση απολιθωμένων μικροβίων. Αλλά η μη ζωντανή χημεία μπορεί να δημιουργήσει απατηλά ρεαλιστικές δομές. Αντίθετα, το φασματόμετρο μάζας θα βοηθήσει τους επιστήμονες να αναζητήσουν μοριακά μοτίβα που είναι απίθανο να δημιουργηθούν απουσία ζωντανής βιολογίας.

Το κυνήγι για τα πρότυπα της ζωής, αντί για δομές ή συγκεκριμένα μόρια, έχει ένα πρόσθετο όφελος σε ένα εξωγήινο περιβάλλον, λέει ο Seaton. Μας επιτρέπει όχι μόνο να αναζητούμε τη ζωή όπως τη γνωρίζουμε, αλλά τη ζωή όπως δεν τη γνωρίζουμε.

Συσκευασία για τον Άρη

Στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA έξω από την Ουάσιγκτον, DC, ο πλανητικός επιστήμονας William Brinckerhoff παρουσιάζει ένα πρωτότυπο του φασματόμετρου μάζας ρόβερ, γνωστό ως Mars Natural Molecule Analyzer, ή MOMA. Χονδρικά στο μέγεθος μιας χειραποσκευής, το όργανο είναι ένας λαβύρινθος από σύρματα και μέταλλο. Είναι πραγματικά ένα άλογο εργασίας, λέει ο Brinkerhoff καθώς ο συνάδελφός του, πλανητολόγος Xiang Li, προσαρμόζει τις βίδες στο πρωτότυπο πριν επιδείξει ένα καρουζέλ που κρατά δείγματα.

Αυτό το πρωτότυπο εργασίας χρησιμοποιείται για την ανάλυση οργανικών μορίων σε εδάφη που μοιάζουν με τον Άρη στη Γη. Και μόλις το πραγματικό MOMA φτάσει στον Άρη, περίπου το 2030, ο Brinckerhoff και οι συνάδελφοί του θα χρησιμοποιήσουν τα πρωτότυπα καθώς και ένα παρθένο αντίγραφο που θα φυλάσσεται σε περιβάλλον παρόμοιο με τον Άρη στη NASA για να δοκιμάσουν τροποποιήσεις σε πειραματικά πρωτόκολλα, να αντιμετωπίσουν προβλήματα που προκύπτουν κατά τη διάρκεια της αποστολής και να διευκολύνουν την ερμηνεία των δεδομένων του Άρη.

Αυτό το τελευταίο φασματόμετρο μάζας μπορεί να εντοπίσει τις ρίζες του σχεδόν 50 χρόνια πίσω, στην πρώτη αποστολή που μελέτησε το έδαφος του Άρη. Για τα δίδυμα προσεδάφια Viking του 1976, οι μηχανικοί μικροποίησαν φασματόμετρα μάζας μεγέθους δωματίου σε περίπου το αποτύπωμα των σημερινών επιτραπέζιων εκτυπωτών. Τα όργανα βρίσκονταν επίσης στο σκάφος προσγείωσης Phoenix του 2008, στο ρόβερ Curiosity του 2012 και αργότερα σε τροχιά του Άρη από την Κίνα, την Ινδία και τις ΗΠΑ.

Όποιος επισκέπτεται το πρωτότυπο του Brinckerhoffs πρέπει πρώτα να περάσει μια βιτρίνα με ένα αποσυναρμολογημένο αντίγραφο του οργάνου των Βίκινγκ που έχει δανειστεί από το Ίδρυμα Smithsonian. Αυτό είναι σαν ένας εθνικός θησαυρός, λέει ο Brinckerhoff, επισημαίνοντας με ενθουσιασμό στοιχεία.

Τα φασματόμετρα μάζας είναι απαραίτητα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για την αναλυτική χημεία σε εργαστήρια και άλλες εγκαταστάσεις παγκοσμίως. Οι πράκτορες της TSA τα χρησιμοποιούν για να ελέγξουν τις αποσκευές για εκρηκτικά στο αεροδρόμιο. Οι επιστήμονες της EPA τα χρησιμοποιούν για να ελέγξουν το πόσιμο νερό για μολυσματικές ουσίες. Και οι φαρμακοποιοί τα χρησιμοποιούν για να προσδιορίσουν τις χημικές δομές πιθανών νέων φαρμάκων.

Υπάρχουν πολλά είδη φασματόμετρων μάζας, αλλά το καθένα είναι ένα όργανο τριών μερών, εξηγεί ο Devin Swiner, ένας αναλυτικός χημικός στη φαρμακευτική εταιρεία Merck. Πρώτον, το όργανο εξατμίζει τα μόρια στην αέρια φάση και τους δίνει επίσης ηλεκτρικό φορτίο. Αυτά τα φορτισμένα ή ιονισμένα μόρια αερίου μπορούν στη συνέχεια να υποστούν χειρισμό με ηλεκτρικά ή μαγνητικά πεδία, ώστε να κινούνται μέσα στο όργανο.

Δεύτερον, το όργανο ταξινομεί τα ιόντα με μια μέτρηση που οι επιστήμονες μπορούν να συσχετίσουν με το μοριακό βάρος, ώστε να μπορούν να προσδιορίσουν τον αριθμό και τον τύπο των ατόμων που περιέχει ένα μόριο. Τρίτον, το όργανο καταγράφει όλα τα βάρη σε ένα δείγμα μαζί με τη σχετική αφθονία τους.

Με το MOMA επί του σκάφους, το ρόβερ Rosalind Franklin θα προσγειωθεί σε μια τοποθεσία στον Άρη που περίπου πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια πιθανότατα είχε νερό, ένα κρίσιμο συστατικό για την αρχαία ζωή. Οι κάμερες των ρόβερ και άλλα όργανα θα βοηθήσουν στην επιλογή δειγμάτων και στην παροχή πλαισίου σχετικά με το περιβάλλον τους. Ένα τρυπάνι θα ανακτήσει αρχαία δείγματα από βάθος έως και δύο μέτρων. Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι είναι αρκετά μακριά, λέει ο Vago, για να προστατευθεί από την κοσμική ακτινοβολία στον Άρη που διασπά μόρια σαν ένα εκατομμύριο μικρά μαχαίρια.

Τα διαστημικά φασματόμετρα μάζας πρέπει να είναι ανθεκτικά και ελαφριά. Ένα φασματόμετρο μάζας με δυνατότητες MOMA θα καταλάμβανε κανονικά πολλούς πάγκους εργασίας, αλλά έχει συρρικνωθεί σημαντικά. Το να μπορείς να πάρεις κάτι που μπορεί να είναι τόσο μεγάλο όσο ένα δωμάτιο σε μέγεθος σαν τοστιέρα ή μια μικρή βαλίτσα και να το στείλεις στο διάστημα είναι πολύ μεγάλη υπόθεση, λέει ο Swiner.

Το βλέμμα της ζωής

Το MOMA θα βοηθήσει τους επιστήμονες να αναζητήσουν ενδεικτικά σημάδια ζωής στον Άρη, κοιτάζοντας μόρια σε αναζήτηση μοτίβων που είναι απίθανο να σχηματιστούν με άλλο τρόπο. Για παράδειγμα, οι λιπιδικές ενώσεις που περιλαμβάνουν δομικά στοιχεία κυτταρικής μεμβράνης υπερισχύουν ζυγού αριθμού ατόμων άνθρακα σχεδόν σε όλα τα έμβια όντα, ενώ η μη ζωντανή χημεία παράγει ένα πιο ίσο μείγμα ζυγών και περιττών αριθμών ατόμων άνθρακα. Η εύρεση ενός συνόλου λιπιδίων με άτομα άνθρακα που είναι πολλαπλάσια ενός αριθμού και όχι μιας τυχαίας ποικιλίας είναι μια πιθανή υπογραφή ζωής.

Ομοίως, τα αμινοξέα τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών μπορούν να δημιουργηθούν είτε από τη ζωή είτε από τη μη βιολογική χημεία. Έρχονται σε δύο μορφές που αντικατοπτρίζουν το ένα το άλλο αλλά είναι κατά τα άλλα πανομοιότυπα, όπως το αριστερό και το δεξί χέρι. Στη Γη, η ζωή περιέχει συντριπτικά μόνο αριστερόχειρα αμινοξέα. Η μη ζωντανή χημεία δημιουργεί ποικιλίες τόσο αριστερόχειρες όσο και δεξιόχειρες. Με άλλα λόγια, μια μεγάλη περίσσεια είτε αριστερόστροφων είτε δεξιόχειρων αμινοξέων είναι πιο ζωντανή από ένα πιο ομοιόμορφο μείγμα.

Γενικότερα, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι χημικές κατανομές παρόμοιες με αυτές θα ήταν ενδεικτικές της ζωής ακόμα κι αν τα μόρια που παρουσιάζουν τα μοτίβα δεν υπάρχουν στη βιοχημεία της Γης.

Προηγούμενες αποστολές στον Άρη που περιελάμβαναν φασματόμετρα μάζας αντιμετώπισαν προβλήματα που εμπόδισαν την ικανότητά τους να αναγνωρίζουν σημάδια ζωής. Οι επιστήμονες πήραν αυτά τα σκληρά αποκτημένα μαθήματα και σχεδίασαν το MOMA για να ξεπεράσει αυτά τα εμπόδια, συμπεριλαμβανομένου ενός από τα πιο ανησυχητικά: τον περιβόητο καταστροφέα μορίων, το υπερχλωρικό. Το υπερχλωρικό, το οποίο εμφανίζεται επίσης σε ακραία γήινα περιβάλλοντα όπως η έρημος Ατακάμα της Νότιας Αμερικής, μπορεί να αποικοδομήσει οργανικά μόρια σε υψηλές θερμοκρασίες, αποκρύπτοντας πιθανά σημάδια ζωής.

Το 2008, το σκάφος προσεδάφισης Mars Phoenix ανακάλυψε υπερχλωρικά ιόντα στο έδαφος του Άρη. Δύο άλλες αποστολές, το προσεδάφιο Viking και το ρόβερ Curiosity, εντόπισαν χλωριωμένους υδρογονάνθρακες πιθανά υποπροϊόντα υπερχλωρικού που αντιδρούν με μόρια του Άρη στους φούρνους υψηλής θερμοκρασίας των φασματόμετρων μάζας τους. Αυτό σήμαινε ότι το υπερχλωρικό μπορεί να είχε κρύψει οποιαδήποτε ένδειξη οργανικών μορίων που θα μπορούσαν να υποδεικνύουν ζωή.

Το MOMA παρακάμπτει έξυπνα το πρόβλημα των υπερχλωρικών με ένα υπεριώδες λέιζερ. Το λέιζερ εξατμίζει και ιονίζει τα δείγματα με μία κίνηση, με παλμούς φωτός που διαρκούν κάτω από δύο νανοδευτερόλεπτα γρήγορα για να συμβούν αντιδράσεις υπερχλωρικού.

Το λέιζερ έχει ένα άλλο πλεονέκτημα: αφήνει τα μόρια σε μεγάλο βαθμό ανέπαφα όταν τους δίνει ένα φορτίο για τη δημιουργία ιόντων. Οι Viking και Curiosity δημιούργησαν ιόντα βομβαρδίζοντάς τα με ηλεκτρόνια. Αυτές οι συγκρούσεις δεν διατήρησαν ασθενείς χημικούς δεσμούς που μπορεί να είναι σημαντικοί για τον προσδιορισμό των δομών των μορίων σε ένα δείγμα, ενώ το λέιζερ διατηρεί τον κατακερματισμό των μορίων στο ελάχιστο. Το MOMA μπορεί στη συνέχεια να ταξινομήσει αυτά τα σχετικά άθικτα ιόντα και να κατακερματίσει σκόπιμα ένα μεμονωμένο ιόν ενδιαφέροντος μεμονωμένα, κάτι που ούτε ο Viking ούτε το Curiosity θα μπορούσαν να κάνουν. Αναλύοντας τα προκύπτοντα κομμάτια του παζλ αυτού του ιόντος, είναι δυνατό να προσδιοριστεί η χημική δομή του αρχικού μορίου από το δείγμα του Άρη και έτσι να προσδιοριστεί τι είναι.

Θα είναι η πρώτη φορά που αυτή η τεχνική λέιζερ πηγαίνει στον Άρη, αλλά οι δοκιμές στη Γη δείχνουν ότι θα λειτουργήσει. Το πρωτότυπο βρήκε ίχνη οργανικών μορίων ακόμη και παρουσία περισσότερων υπερχλωρικών από το Phoenix που ανιχνεύθηκε στο έδαφος του Άρη, λέει ο Brinckerhoff. Και σε δείγματα που μοιάζουν με τον Άρη που συλλέχθηκαν στο Εθνικό Πάρκο Yellowstone, ανίχνευσε λιπίδια και άλλα μόρια που είναι πιο περίπλοκα από αυτά που είχαν συλλεχθεί σε προηγούμενες αποστολές στον Άρη.

Το MOMA, όπως και οι προκάτοχοί του, διαθέτει επίσης φούρνους υψηλής θερμοκρασίας και οι επιστήμονες μπορούν ακόμα να επιλέξουν να τους χρησιμοποιήσουν αντί του λέιζερ για την εξάτμιση δειγμάτων. Εάν το λέιζερ εμφανίσει υπαινιγμούς αμινοξέων, για παράδειγμα, η επιλογή φούρνου θα μπορούσε να παρέχει πληροφορίες που το λέιζερ δεν μπορεί. Όταν βρίσκεται σε λειτουργία φούρνου, το MOMA χρησιμοποιεί τρία χημικά αντιδραστήρια που σταθεροποιούν τα μόρια για να διευκολύνουν τη φασματομετρία μάζας. Ένα από αυτά, που δεν έχει χρησιμοποιηθεί ποτέ στο παρελθόν στον Άρη, είναι εκεί για να ξεχωρίζει τα αμινοξέα αριστερόχειρα και δεξιόχειρα, επιτρέποντάς του να κάνει λόγο για ζωντανή ή μη ζωντανή προέλευση με τρόπο που δεν μπορούσαν οι προηγούμενες αποστολές.

Η MOMA δεν θα είναι η τελευταία λέξη για το αν υπήρξε ποτέ ζωή στον Άρη. Ακόμη και τα πιο δελεαστικά αποτελέσματα θα πρέπει να επιβεβαιωθούν με επαναλαμβανόμενα πειράματα και σειρές αποδείξεων από άλλα όργανα των ρόβερ, λέει ο Vago. Ορισμένες επιβεβαιωτικές εργασίες θα μπορούσαν επίσης να πραγματοποιηθούν μέσω άλλων αποστολών ή ακόμη και κάποια μέρα από την ανάλυση των δειγμάτων του Άρη που επιστράφηκαν στη Γη. Θα χρειαστεί να φτιάξουμε μια υπόθεση, γιατί διαφορετικά κανείς δεν θα μας πιστέψει, λέει ο Vago.

Η διεθνής ομάδα επιστημόνων που εργάζεται στην αποστολή γνωρίζει τι χρειάζεται για να φτιάξει αυτή την υπόθεση, αλλά μέχρι να προσγειωθεί το Rosalind Franklin Rover στην επιφάνεια των Κόκκινων Πλανητών, δεν μπορούν να ξεκινήσουν. Όλοι αυτοί οι επιστήμονες μοιράστηκαν την απογοήτευση τον Μάρτιο του 2022 που είδαν την καθυστερημένη αποστολή να καθυστερεί για άλλη μια φορά.

Αλλά για τον Brinckerhoff, αυτή η απογοήτευση μετριάζεται από ενθουσιασμό: Τελικά, η αποστολή είναι ακόμα ζωντανή. Αυτό το πράγμα είναι το καλύτερο από όλους μας, λέει, και το να το δούμε να λειτουργεί στον Άρη θα είναι κάθαρση καριέρας.

Knowable Journal, 2023. DOI: 10.1146/knowable-050323-1 (About DOIs).

Κάρμεν Ντραλ είναι ανεξάρτητος δημοσιογράφος και συντάκτης με έδρα την Ουάσιγκτον, DC. Βρείτε το χαρτοφυλάκιό της στο carmendrahl.com και ακολουθήστε την στο Twitter ή στο Mastodon @carmendrahl.

Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε αρχικά στο Knowable Journal, μια ανεξάρτητη δημοσιογραφική προσπάθεια από την Annual Evaluations. Εγγραφείτε για το ενημερωτικό δελτίο.