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自年2月18日降落在Jezero陨石坑以来,恒心流浪者一直在准备其科学仪器以开始寻找红色星球上过去的生命的迹象。其中包括光谱仪,该光谱仪将扫描火星岩石中是否存在水而形成的有机物和矿物,以及一个缓存系统,该系统将存储火星土壤和岩石的样本,以供将来的任务取回。

这些有说服力的指标可能是过去生活的迹象,很可能会以化石微生物的形式出现。在不久的将来,可以使用类似的仪器来搜索当今的地球外生命。它被称为用于北方冰盖地下观测的电缆分析工具(WATSON),可用于寻找“海洋世界”内的生命证据,例如欧罗巴,土卫二和土卫六。

除了地球,火星是太阳系中最宜居的天体-至少在我们所知的生命中。尽管今天的火星环境十分恶劣,但有多种证据证实它曾经是一个温暖,湿润的地方。除了更稠密的大气层外,火星表面还以河流,湖泊和覆盖北半球大部分地区的海洋的形式存在着丰富的水。

系绳(包含电源线和数据馈送线)连接到WATSON和钻头的顶部。

自然地,这引发了人们对马尔德过去是否可以维持生命的疑问。为了对此进行研究,恒心公司提供了一种名为拉曼和发光的有机物和化学物质扫描可居住环境(SHERLOC)的仪器。SHERLOC将使用相机,光谱仪和紫外线(UV)激光来寻找与生物过程相关的矿物质和有机分子(又称“生物特征”)。

美国国家航空航天局(NASA)最近的新闻稿中解释说,火星SHERLOC仪器的首席研究员路德·比格尔(LutherBeegle)解释说:

毅力将寻找矿物,有机物和其他化合物的购物清单,这些清单可能揭示了一旦在火星上繁荣起来的微生物生命。但是,SHERLOC背后的技术可以在火星的岩石中寻找前世,它具有高度的适应性,也可以用于寻找土星和木星深冰中生命的微生物和化学基础。

除火星外,许多科学家认为,诸如欧罗巴,土卫二和土卫六等卫星是寻找外星生命证据的最可能地点。在其冰冷的外表之下,这些卫星被认为具有广阔的液态水海洋,其中包含与生物过程相关的化学化合物。结合地幔边界处的热液活动,这些卫星也可能包含生命。

将WATSON仪器从SummitStation的钻机上卸下进行检查之后。

不幸的是,找到生命的证据是一项重大挑战。与火星不同,科学家可能无法找到将其锁定在地表冰中的证据。要更深入地探查隐藏在其下的水环境,将需要使用其他种类的仪器。这是NASA喷气推进实验室(JPL)开发的WATSON仪器发挥作用的地方。

该原型仪器实质上是一根长1.2米(3.9英尺)的管,旨在从冰盖深处获取样本。WATSON最近与HoneywellRobotics的PlanetaryDeepDrill(PDD)结合使用,后者也旨在获取用于地质(和天体生物学分析)的钻探样品,并且该组合已在格陵兰冰盖的极寒条件下成功进行了测试。

之所以选择这种环境作为年的竞选活动是因为它处理冰冷卫星表面上存在的条件的方式。例如,土星的月亮土卫二(Enceladus)因在其南极地区经历周期性的喷发而闻名,在那里,冰深处的热液喷口导致水和有机分子通过表面的裂缝喷出。

在格陵兰岛,大陆中部且远离海岸的冰层是土卫二的合适“地球类比”,而海岸附近冰川边缘的碎冰可作为崎and不平的深部类比欧罗巴冰冷的外壳。为了进行年的宣传活动,WATSON被部署到格陵兰岛高海拔远程观测站Summit站附近的现有钻孔中。

WATSON荧光图显示了生物特征的模糊斑点(左)和类似有机化学物质的分组(右)。

与PDD集成后,WATSON下降到了地面下方多米(英尺)的高度。到达那里后,它使用紫外线激光照亮了冰壁,这使一些分子发光。使用分光计测量产生的微弱光,以使研究团队深入了解这些分子的结构和组成(及其分布)。

然后将结果转换成图(如上所示),以显示基于相似化学组成的分子分组,这些化学组成与天然和人工生产的化合物均一致。这些包括芳香烃(源自空气污染和/或腐烂的植物物质),在植物支持组织中发现的有机聚合物(木质素),在土壤中发现的复杂酸以及其他有机分子。

此外,该仪器记录的光谱特征类似于微生物簇产生的光谱特征。由此,研究小组发现,冰深处的微生物并未分层分布(如先前所预期的那样),而是趋向于聚集成团。正如马拉斯卡描述的那样:

“当WATSON扫描钻孔的侧面以及蓝色,绿色和红色的聚集热点时,我们创建了地图-所有这些都代表了不同种类的有机物质。对我来说有趣的是,这些热点的分布在我们所看到的所有地方几乎都是相同的:无论地图是在10或米(33或英尺)的深度上创建的,这些紧凑的小斑点都在那里。”

艺术家对HoneybeeRobotic的PDD部署到欧罗巴表面的印象。

尽管尚需进行大量测试,然后才能将该技术用于地球外环境,但WATSON对多种生物特征的敏感程度令团队倍感鼓舞。当需要执行任务前往海洋世界时,这将是非常有用的,在海洋世界中,目前尚不知道潜在生物特征的分布和密度。

WATSON首席研究员兼SHERLOC副首席研究员RohitBhartia说(在PhotonSystems上):

“如果我们要收集随机样本,我们可能会遗漏一些非常有趣的东西,但是通过我们的首次现场测试,我们能够更好地了解陆地冰中有机物和微生物的分布,这对我们钻进地底冰可以有所帮助。土卫二的外壳。”

在不久的将来,可能会在未来对这些卫星之一的机器人飞行中使用较小版本的WATSON,例如拟议中的欧罗巴着陆器概念。该仪器将能够扫描这些尸体的表面冰层,以寻找与生物过程相关的有机分子的迹象。

这些可以作为样品返回任务的一部分返回地球,也可以使用深紫外激光拉曼光谱仪进行原位分析。在某些方面,后一种方法将是更可取的,因为它将允许天文学家在其环境中研究潜在的生物特征。

艺术家渲染的可能的欧罗巴着陆器任务,它将在未来几十年内探索冰冷月球的表面。

正如JPL的天体生物学家和WATSON的首席科学家MikeMalaska所说:

“如果我们先研究这些样品在自然环境中的实际样子,然后再将其铲起并掺入浆液进行测试,那就太好了。这就是为什么我们要开发这种在冰雪环境中使用的非侵入性仪器的原因:深入研究冰层并确定有机化合物(甚至包括微生物)的簇,以便在进一步分析它们并失去其本机性之前就可以对其进行研究。上下文或修改其结构。”

顾名思义,SHERLOC和WATSON乐器之间有某种血缘关系。尽管它们在细节方面可能有所不同,但最终在目的上却非常相似。两者都依靠深紫外激光和光谱仪来识别生物特征,并且都依靠高分辨率相机来对所发现的东西进行特写拍摄。

幸运的是,它们都将为有史以来最伟大的科学突破做出贡献。简而言之,它们可以帮助我们最终回答“地球之外还有生命吗?”的问题。



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