PopularEditorialNewBest

Холмс и Ватсон спешат на помощь

В закладки

Марсианский ровер, совершивший посадку в феврале этого года, приступает к возможно важнейшим исследованиям — изучению марсианского грунта. Напомним что Perseverance оснащён 23 камерами (и конечно микрофоном), и в этой статье речь пойдёт об одной из них — Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC). Инструмент находится на конце (который разработчики любовно назвали башней) двухметровой роботизированной руки, которая в дальнейшем будет вытягиваться и поворачивать в нужном направлении, позволив Шерлоку приступить к исследованиям находясь в сантиметрах от объекта (объектом может послужить и крошечная песчинка размеров в десятки микрометров). В дополнение к черно-белой камере, Шерлоку помогает WATSON, цветная камера для съёмки крупным планом уже выбранного участка поверхности.

Тест системы фокусировки камеры WATSON, размещённой на роборуке Perseverance, был проведён 10 мая 2021 года.
NASA/JPL

По словам Лютера Бигла, главного исследователя SHERLOC из Лаборатории реактивного движения NASA (JPL), основные научные инструменты «башни» —  PIXL и SHERLOC, действуют вместе для анализа горных пород, собирая данные различными, но взаимодополняющими способами. Вместе датчики будут искать то, что NASA после десятилетий различных исследований определило как наиболее универсальные биосигнатуры, или признаки жизни.

Одним из первых вопросов, на который хотят найти ответ исследователи, является характер окружающей Perseverance породы. Она может быть осадочной, наподобие песчаника, или вулканической. Разница заключается в том, какую именно информацию могут поведать учёным эти два типа породы. Осадочная, которая формируется в присутствии воды с фрагментами песка, ила и глины, лучше сохраняет биосигнатуры (признаки существовавшей когда-то жизни). А вулканическая порода – это точные геологические часы, которые помогут учёным узнать хронологию формирования окружающей местности.

Ольга Мурая

Хотя два эти инструмента (PIXL и SHERLOC) совершенно разные, принцип работы их одинаков и основан на спектрометрии : там, где PIXL использует рентгеновские лучи, для того чтобы определить детальный химический состав, SHERLOC использует ультрафиолетовый лазер для идентификации более сложных соединений ( минералов и органических молекул). На выбранный образец будет направлен очень тонкий луч, отражённое от него излучение будет улавливаться детектором, благодаря которому и будет происходит дальнейший анализ.

Рамановская спектроскопия комбинационного рассеяния – один из методов анализа веществ, использующий неупругое рассеяние оптического излучения на молекулах вещества, при котором происходит существенное изменение частоты излучения (сигнала). Химики применяют данный принцип при исследовании структуры молекул. Через образец исследуемого вещества пропускается луч света, и разница между цветом и частотой (то есть энергией) входящего и выходящего света фиксируется как рамановский спектр вещества, представляющий собой своего рода отпечатки его химических связей. Если говорить простыми словами – для получения спектра образца необходимо направить на него луч, а затем собрать рассеянный свет. Метод выявления данного спектра — рамановская спектроскопия — носит имя индийского физика. За разработку данного метода Раман был удостоен Нобелевской премии по физике.

Жизнь на грани

Исследование SHERLOC сочетает в себе два спектральных явления, проявляющихся при взаимодействии пучка света от прибора и исследуемого грунта : флуоресценцию и резонансное комбинационное рассеяние. При флуоресценции, во время облучения определённые молекулы поглощают свет определённой частоты и излучают свет другой (в большинстве случаев излучаемый свет имеет большую длину волны и, следовательно, меньшую энергию, чем поглощенное излучение). Последующий анализ расскажет исследователям, на какой тип молекулы они смотрят.

Рамановская спектроскопия работает следующим образом: лазером обстреливается поверхность образца, молекулы которого начинают вибрировать в частотах, которые можно определить. Измерение этих частот позволяет провести идентификацию неорганических и органических веществ.

Инженеры JPL устанавливают «башню» на конце роботизированной руки марсохода
11 июля 2019 года. NASA/JPL-Caltech

Эта широкая вариативность поможет найти органические молекулы—то есть молекулы, богатые углеродом, позволит исследовать различные минералы на поверхности Красной планеты. Например, содержание достаточного количества водорода в образце, может быть доказательством присутствия воды в далёком прошлом, что делает этот образец практически идеальной мишенью для поиска признаков жизни.

Проектирование и создание текущей версии SHERLOC началось в далёком 2012 году, но Бигл вспоминает историю исследования марсианского метеорита, обнаруженного в Антарктиде, с которой и началось зарождение астробиологии. Тогда в 1996 году в остатках метеорита исследователи наткнулись на нечто похожее на окаменелые микробы. Позже появились альтернативные, небиологические объяснения появления подобных формаций, но подобные проблемы в процессе исследования внеземного материала с целью обнаружения «биомаркеров» послужили тревожным сигналом.



В 2013 году NASA объявило конкурс на предложения приборов для нового марсохода, каждый из них должен был справиться со своей “великой задачей”. Один из победивших проектов был SHERLOC, задачей которому ставилась — найти жизнь на другой планете. Астробиологи JPL пришли к выводу, что главное—сосредоточиться не на конкретных формах жизни или химических соединениях, распространённых среди земных видов, а на одной общей черте, общей для всех известных организмов: склонности к скапливанию.

Обзор камер на марсоходе Perseverance.
NASA

Небиологические силы, которые формируют планеты—такие как глубоководные жерла, вулканы, метеоритные удары, космические лучи, ветер и эрозия — склонны к хаотическому распределению материала. Ну а жизнь концентрируется вокруг определённого ресурса — воды, солнечного света…

Никто не знает, как выглядели древние организмы на Марсе и как они вели себя, если вообще существовали. И если Perseverance обнаружит малейшие намёки на существовавшую когда-то жизнь, их интерпретация потребует коллективных усилий как инструментов, так и исследователей. Для начала система Mastcam-Z, состоящая из двух камер, сделает снимки, которые помогут исследователям определить далёкое прошлое места «раскопок» — было ли это русло реки или эти камни сформированы в процессе вулканической деятельности. Затем к работе приступит «башня» вооружённая марсианским детективом. Наш Холмс способен различать детали размером от 30 до 40 микрометров. Этого разрешения достаточно для распознавания биологически собранных групп молекул, но недостаточно, чтобы увидеть окаменелости реальных микробных тел, которые могут быть размером всего в один микрометр. Итак, как надеются исследователи, многообещающий кусок камня найден, упакован и оставлен для сбора другой миссией, которая и доставит этот образец на Землю. Но это уже другая история.

Источник

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

12
Войдите, чтобы видеть ещё 9 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
If you were unable to log in, try this link.