Sherloc a hľadanie života na Marse
Ľudstvo sa zaujímalo o tom, či život existuje za našou malou backwater planéty tak dlho, že sme vyvinuli druh kultúrnej zaujatosti o tom, ako bude odpoveď na túto ústrednú otázku odhalil. Väčšina z nás pravdepodobne myslieť na to, že NASA alebo nejaká iná vesmírna agentúra naplánujú tlačovú konferenciu, zostavený panel vedeckých svietidiel oznámi zistenia a noviny po celom svete budú brušiť “Nie sme sami!” titulky. Všetci sme videli ten film predtým, takže to je spôsob, akým musí byť, že?
Pravdepodobne nie. Krátka doba nepravdepodobnej udalosti, ako je mimozemská kozmická loď pristátie, zatiaľ čo auto Google Street View Automobil riadi alebo dostávali jednoznačne inteligentné rozhlasové posolstvo z hviezd, záver, že život existuje teraz, alebo kedysi mimo našej konkrétnej gravitácie, pravdepodobne sa dosiahne Proces posielať, akreží dôkazov vybudovaných počas dlhého času, kým na rovnováhe, jediným rozumným záverom je, že nie sme sami. A to je presne to, čo oznámenie na konci minulého roka, že Mars Rover Perseverance objavili dôkazy o ekologických molekulách v skalách Jezero Crater, bol – ďalší kúsok puzzle a ďalší krok smerom k odpovedi na základnú otázku jedinečnosti života .
Objavovanie organických molekúl na Marse je ani zďaleka dôkaz, že tam existoval život. Je to však krok na ceste, rovnako ako úžasná výhovorka, aby sa pozrel na vedecké princípy a inžinierstvo nástrojov, ktoré umožnili tento objav možný – náramicky menovaný Sherloc a Watson.
Chceli by ste s tým nejaké chnopy?
Definovanie toho, čo presne predstavuje biologický život, je ťažké a existuje množstvo filozofických argumentov, ktoré zabili vody, aj keď znížite život na vlastnosti, ako je transformácia energie alebo schopnosť reprodukovať. Ale na konci dňa, takéto makroscale charakteristiky nepomáhajú veľa pri hľadaní mikroskopického života na iných planétach – najmä keď máte podozrenie, že ste práve hľadali pozostatky starovekého mikrobiálneho života, ako je pravdepodobné, že prípad na Marse .
Ak chcete preskúmať možnosť, že Mars Akonáhle som ukradol život, Mars 2020 Mission’s Perseverance Rover Science Bload obsahuje rad nástrojov určených na hľadanie najmenších zostávajúcich zvyškov minulého života. Šéfom týchto nástrojov je Sherloc, pre “skenovanie obytného prostredia s Ramanom a luminiscenciou pre organické látky a chemikálie” – trochu nútená, ale pôsobivo opisná akronym.
V srdci Sherloc, ktorý jazdí na konci dvojtroverskej ruží, je ultrafialovým laserovým Ramanovým spektrometrom, navrhnutý tak, aby identifikoval špecifické podpisy takzvaných prvkov CHNOPS – uhlíka, vodíka, dusíka, kyslíka, fosforu a síra. Niečo ako 98% biomasy na Zemi sa skladá z týchto šiestich prvkov; Hľadanie ich na Marse budú celkom dobrý dôkaz, že život tam kedysi existoval. Ale jednoducho nájsť prvky CHNOPS nevykonáva vzorku biologicky relevantné. Je to spôsob, akým sú tieto prvky organizované a štruktúry, ktoré vytvárajú, ktoré určujú, či vzorka môže mať pozostatky starovekého života a zisťovanie, že je to, čo Raman spektroskopia je naozaj dobrá.
Rozptyl dvoch spôsobov
Raman spektroskopia využíva to, čo je známe ako neelastický rozptyl, alebo raman rozptyl. Normálne elektromagnetické vlny interagujú s časticami hmoty elastických, alebo Rayleigh, rozptyl. Keď prichádzajú fotóny interagujú s molekulami, vzrušujú ich zo základného stavu do virtuálneho stavu vyššieho energetického stavu. V Rayleighovom rozptylovi sa vzrušený stav rýchlo zrúti a častica sa vracia do základného stavu bez straty kinetickej energie, ktorý mal incident fotónu. Je to ako pohybujúci sa biliardový loptičku, ktorý prenesie všetku svoju kinetickú energiu do nehybnej gule, ktorá potom pokračuje pohyb, zatiaľ čo prvá lopta zastaví mŕtvy.
Ale o jednom z každých zo 100 miliónov rozptyľov vedie k pádu z excitovaného virtuálneho stavu do štátu odlišný od miesta, kde začala molekula. Ak chcete natiahnuť skoršiu analógiu, by to bolo ako pohyblivý biliard loptu zasiahnuť nehybnú guľu s trhlou v ňom. Popraskaná lopta by stále absorbovala energiu prichádzajúcej gule, ale trhlina by to zmiernilo niektoré z nich, posielanie lopty odlišnej rýchlosti ako prichádzajúca guľa, a možno aj v inom smere, než by sa vyskytli v čisto elastickej kolízii ,
Rovnako ako rozdiel v rýchlosti a smere by mohli odhaliť informácie o charakteristikách popraskané loptou, tak taky môže Ramanovho rozptylu byť použitá na sondovania štruktúry molekuly. Rozdiel v energii medzi dopadajúcim fotóny a rozptýlených fotónov závisí na vibračných a rotačných stavov chemických väzieb v molekule. To má za následok v populácii fotónov s rôznymi vlnovými dĺžkami, ktoré predstavujú rôzne chemické väzby v molekule. keď Spread von do detektora s difrakčnou mriežkou, tieto fotóny vytvorenie odtlačku prsta, ktorý je charakteristický pre molekúl vo vzorke.
Kým Raman už desaťročia využíva na Zemi analyzovať všetky druhy chemických vzoriek, Sherl je to prvýkrát, kedy táto technika bola použitá v inom svete. a ako by ste si predstaviť, to trvá nejakú špeciálnu techniku zabaliť všetky optiky a elektroniky a urobiť z neho nielen robustný dosť prežiť úskalia kozmických letov, ale tiež pracovať autonómne.
postavený vykonať
Vežičke Assembly Sherl, alebo STA. ACI / Sherl objektív je v ľavom dolnom rohu, zatiaľ čo WATSON sa nachádza uprostred vpravo. Obidva fotoaparáty majú svoje motorizované kryty šošovky na svojom mieste. Pre porovnanie, oba fotoaparáty sú asi 9 cm v priemere. note Súčasťou systému hexapod vzpery závesného viditeľné za ACI / Sherl ciele. Zdroj: NASA, JPL / Caltech
Ak chcete dosiahnuť všetko, Sherl je rozdelená do dvoch hlavných zostáv: Body zhromaždenie Sherl (SBA) a Turret zhromaždenia Sherl (STA). STB je miesto, kde sa nachádzajú všetky velenia a manipuláciu dátové okruhy, a kde napájací životy. STA je obchodná koniec Sherl a žije na konci vytrvalosti svojej robotickej paže. Srdcom STA je hlboko UV (DUV) laser, výrazne zmeneného off-the-police neon medi laser kov-para. Poskytuje vysoko stabilný pulz 248,60 nm a očakáva sa, že posledný dosť dlho na to, aby dodať 3 milióny spektra, čo je asi sedemkrát projektovanej životnosti vozítka.
Rovnako ako u iných Ramanovho spektroskop optika Sherl sú zložitý súbor šošovky, zrkadlá, deliče zväzku a filtre. Na rozdiel od väčšiny z jeho pozemskej bratrancov, keď Sherl musí zvládnuť “S” v jeho názve: skenovanie. skôr než spoliehať na kontrolu jemné robotického ramena do polohy jeho lúča, Sherl má subsystém skenera, ktorý je veľmi podobný galvanometers používané na riadenie lúča laserovej šou. Skener poskytuje Sherl kontrolu lúča cez x 7 mm vzorke oblasti 7 mm, s veľkosťou kroku menej ako mikrónu v oboch smeroch, čo umožňuje zhromažďovať dáta od tých najmenších funkcií, bez toho aby sa spoliehať na ramene robota pohybuje.
Iný spôsob, ktorým sa odlišuje od ostatných Sherl Raman nástrojov je v potrebe korelovať spektier priestorové informácie o vzorke. Nestačí, aby spektrálnej odtlačok určitú časť vzorky; skôr Sherl musí tiež určiť kontext, čo to presne na mieste, na vzorku vyzerá vo viditeľnom svetle. Na dosiahnutie tohto cieľa, Sherl vyžaduje pomoc dvomi kamerami: automatické zaostrovanie a Context Imager (ACI), v odtieňoch sivej kamera s vysokým rozlíšením, ktorý zdieľa optická trasa Ramanovho spektroskop a Watson, široký uhol Topographic čidiel pre prevádzku a engineering kamerové , WATSON je samostatný, plne farebný, kamera s vysokým rozlíšením s makro schopnosťou nadol na 1,78 cm ohniskovou vzdialenosťou. WATSON a ACI spoločne sú v podstate ekvivalentom ruky šošovky geológ, čo umožňuje Sherl prekryť snímky za viditeľného svetla s dátami Raman v širokom rozsahu prevádzkových vzdialeností.
A konečne, Sherl je Raman spektroskop je navrhnutý tak, aby prežili dlhú cestu na Mars, na vysokoenergetické pristátie a drsné podmienky chladu, prachu svet. Kým SBA je zasadený bezpečne vnútri trupu vytrvalosti, STA musí byť vystavený vplyvom robiť svoju prácu. Sherl je namontovaná na hexapod usporiadanie pružinovými vzperami, ktoré tlmia vibrácie vyskytujú ako v priebehu spaceflight a vozidiel operácií. STA je tiež vybavená komplexným systémom riadenia teploty, vrátane vykurovacích survival prvkami, ktoré udržujú elektronika a optika teplý dosť prežiť najhorší prípad Marťan zimu.
Kontext je kľúč
Zatiaľ čo väčšina pozornosti verejnosti na misii Mars 2020 doposiaľ pochopiteľne bola zameraná na divoko úspešné vynaliezavosť vrtuľníka, Sherl už usilovne zbierať údaje skoro nepretržite od vytrvalosť prišiel na Marse chrbte v marci 2021. potvrdením organických v Jazero kráter prišiel z radu analyzovaných vzoriek späť v septembri 2021, a jedna skala zvlášť, ktorý bol nazvaný “Garde.” Podávačmi rameno namontované roveru zostava bola použitá k odbrúsiť niektorej zvetrané horniny pred Sherl sa otočil na miesto na analýzu vzorky.
Garde rock, s dôkazmi o organických zavolal. všimnite si spôsob Sherl možno kombinovať viditeľného svetla snímok s dátami Raman poskytnúť geologický kontext. Zdroj: NASA, JPL / Caltech.
Vďaka sile Sherl a jeho schopnosť prekrývajú optický snímku s údajmi Raman, planetárne vedci boli schopní určiť, že Garde obsahuje tak olivín minerály, čo svedčí o prítomnosti magmatické histórii a uhličitanové minerály, ktoré naznačujú, minulé obdobie vody reakciou s skala. To je v súlade s tým, čo už vieme o krátera Jazero a riečne delty, ktorá kedysi prúdila do neho. nájsť organické látky v skale s týmto druhom geologickej histórie je vzrušujúce kúsok dát, a môžeJedného dňa sa ukázal ako súčasť dôkazov, že život sa raz vážení na Marse.
