8 Minutės
NASA Perseverance marsaeigis atskleidė sluoksniuotą vandens praeitį Jezero krateryje: ne vieną vienkartinį užliejimą, o kelis atskirus potvynius ir gruntinio vandens įvykius, kurie palaipsniui pakeitė Marso chemines sąlygas nuo griežtų ir rūgščių iki neutralių ir net sūrių-alkalinių — sąlygų, vis labiau palankių gyvybei. Pasitelkus naują mineralų identifikavimo metodiką, tyrėjai surinko žemėlapį su 24 mineralų tipais, kurie elgiasi kaip cheminiai pirštų atspaudai praeities aplinkoms, suteikdami aiškesnį Jezero vandens istorijos laikmatį ir naujas gaires marsaeigio paieškai biosignatūrų.
Kaip mineralai atpasakoja Marso aplinkos istoriją
Uolienos įrašo skysčių, kurie jas pakeitė, chemines savybes. Kai vulkaninės uolienos susiduria su skysčiu — vandeniu ar gruntiniu tirpalu — formuojasi nauji mineralai; kiekvienas mineralas susidaro siaurame temperatūrų, pH ir cheminių sąlygų intervale. Identifikuodami šiuos mineralus visame Jezero krateryje, mokslininkai gali atkurti, ar praeities vandenys buvo karšti ar vėsūs, rūgštūs ar šarminiai — ir ar jie galėjo palaikyti gyvybę ar bent jau sudaryti palankias sąlygas organinei chemijai ilgai egzistuoti.
Naujoji analizė pasitelkė geocheminius duomenis iš Perseverance Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL) instrumento, kuris vietiniu būdu apšovė mažas uolienų vietas rentgeno spinduliais ir matavo išskiriamus signalus, kad gautų elementinį sudėtį precedento neturinčiu erdviniu tikslumu. Šie matavimai yra perduodami Mineral Identification by Stoichiometry (MIST) algoritmui — Rice universiteto sukurtam įrankiui, kuris suderina PIXL chemiją su tikėtinomis mineralų rūšimis, įvertindamas ir matavimo neapibrėžtumą.
Perseverance PIXL darbe Marse ( iliustracija ): Šioje iliustracijoje NASA Perseverance marsaeigis naudoja Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL). Instrumentas, sumontuotas ant kupolo esančio robotizuoto rankos galinio keičiamojo bloko, yra rentgeno spektrometras, padedantis ieškoti senovinių mikrobiologinių gyvybės ženklų uolienose. Kreditas: NASA/JPL-Caltech.
Trys vandens fazės, išryškančios iš Jezero mineralinio registro
Taikydami MIST PIXL stebėjimų duomenims, surinktiems per pirmuosius tris misijos metus, komanda identifikavo 24 skirtingas mineralų rūšis, kurios atskleidžia bent tris laike atskiras alteracijos fazes. Kiekviena fazė turi skirtingas pasekmes gyvybingumui (habitability) ir skirtingą geochemijos kontekstą, kurį galima susieti su paviršiaus ar gruntinių vandenų procesais.
1. Karšti, rūgštūs skysčiai — griežtas pradinis skyrius
Seniausia ant kraterio dugno įrašyta alteracijos fazė apima mineralus, susidariusius aukštos temperatūros ir mažo pH skysčiuose. Tokie mineralai kaip greenalitas (greenalite), hisingeritas ir ferroalumino celadonitas rodo karštas, rūgščias sąlygas, kurios linkusios skaidyti organines molekules ir apsunkina gyvybės egzistavimą, kokią mes pažįstame. Tačiau Žemėje ekstremalios aplinkos — nuo rūgščių karštų šaltinių iki hidroterminių ventilių — palaiko specializuotus mikrobus, todėl tokios sąlygos nebūtinai visiškai paneigia galimybę gyvybei egzistuoti ar adaptuotis.
Be to, pradinės karštos ir rūgščios fazės gali būti susijusios su vulkanine veikla arba hidroterminiu cirkuliavimu krateryje ar jo pakraštyje. Ši geocheminė pradinių stadijų istorija yra svarbi, nes ji parodo, kad Jezero baseinas patyrė intensyvius termocheminius pokyčius, kurie paveikė vėlesnį mineralų stabilumą ir organinių junginių išsaugojimą.
2. Neutralūs vandenys — vidurinė ramesnė chemijos fazė
Vėlesnėje fazėje susidarė mineralai, kurių sudėtis atitinka žemesnes temperatūras ir artimą neutraliam pH. Tokius mineralus kaip minnesotaite ir clinoptilolitą galima sieti su švelnesniais skysčiais, labiau palankiais sudėtingesnei organinei chemijai išlikti ar formuotis. Minnesotaite pasirodo tiek kraterio dugne, tiek viršutiniuose ventilo sluoksniuose, kas rodo neutralaus alteracijos pločio išplitimą ir platesnį šio proceso geografinį mastą.
Neutralios fazės atsiradimas gali signalizuoti vandenų atvėsimą, pH stabilizavimą ar mažesnį cheminių reaktantų aktyvumą — visos šios aplinkybės yra reikšmingos ieškant biosignatūrų, nes neutralesnėje terpėje organinės molekulės turi didesnę galimybę išlikti ilgiau ir būti aptinkamos in-situ instrumentais ar vėlesniuose laboratoriniuose tyrimuose.
3. Alkaliniai vandenys — palankiausias gyvybei intervalas
Jauniausias užfiksuotas epizodas įtraukė vėsesnius, šarminius (alkalinius) skysčius, kurie susidarė mineralus, tokius kaip sepiolitas. Sepiolitas yra reikšmingas dėl to, kad Žemėje jis dažnai formuojasi sedimentinėse aplinkose, kuriose gausu mikrobų gyvenimo. Jo plačiai paplitęs buvimas tyrimų zonoje rodo vėlesnį viso baseino skalės epizodą, kai ežero arba gruntinio vandens cheminė sudėtis pasislinko į sąlygas, kurios būtų itin palankios gyvybės palaikymui.
Šio tipo šarminės sąlygos dažnai siejamos su geresnėmis organinių medžiagų išsaugojimo perspektyvomis, taip pat su maistinių medžiagų prieinamumu mikrobams. Jei Jezero iš tiesų patyrė ilgalaikį arba kartotinį alkalinį etapą, tai reikšmingai padidina tikimybę, kad tam tikri vietiniai mikroskopiniai ekologiniai nišai galėjo būti palankūs gyvybės atsiradimui ar išlikimui.
Metodika svarbi: MIST ir neapibrėžtumo valdymas
Mineralų identifikacija Marse kelia specialių iššūkių, nes vietoje nėra galimybės atlikti grąžintų mėginių parengimo ar papildomų laboratorinių kalibracijų. Todėl MIST algoritmas sujungia PIXL elementines žemėlapių matricas su neapibrėžtumo sklaidymo modeliu. Komanda atliko tūkstančius Monte Carlo tipo iteracijų, kad patikrintų, kaip matavimo triukšmas ir kompozicijos persidengimas gali paveikti mineralų atitikimus. Šio darbo rezultatas nėra vien tik geriausiai atitinkančių mineralų sąrašas, bet ir kiekvienos identifikacijos patikimumo lygiai — tai kritinis žingsnis, kai priimami sprendimai dėl mėginių ėmimo ir galimų būsimų mėginių pargabenimo (sample-return) kampanijų.
Toks statistinis, kvantifikuotas požiūris leidžia sukurti atsakingą prioritetų tvarką: kur gręžti, kuriuos sluoksnius ar uolienas rinkti, kurios nuosėdos geriausiai išsaugo biosignatūras. Tai taip pat padeda vizualizuoti neapibrėžtumo zonas, kur papildomi matavimai ar kitų instrumentų duomenys (pvz., SHERLOC ar SuperCam) gali pakelti identifikacijos pasitikėjimo lygį.
Rice universiteto absolventė doktorantė Eleanor Moreland. Kreditas: Brandon Martin/Rice University
Kodėl tai svarbu ieškant gyvybės
Šie rezultatai pakeičia Jezero vaizdinį: iš vietos, kur anksčiau laikyta, kad buvo vien tik ežeras, į dinaminę sistemą su kintančia vandens chemija. Kelios drėgnos fazės didina tikimybę, kad gyvybingi nišai egzistavo pertraukomis ilgesniais laikotarpiais — tai padidina galimybę, kad bet kokia atsiradusi gyvybė galėjo palikti atpažįstamus pėdsakus. MIST sukurtas mineralinis archyvas padės kontekstualizuoti mėginius, kuriuos Perseverance surinks, bei galiausiai grąžinamus į Žemę mėginius detaliems laboratoriniams analizėms.
Tyrimas taip pat suteikia svarbų kontekstą anksčiau skelbtoms naujienoms apie galimas biosignatūras Jezero zonoje. Mineraloginė bazė rodo, kad tokių vietovių kaip Sapphire Canyon aplinka nebuvo atsitiktiniai anomalijos, o dalis platesnio dinaminio vandens chemijos pokyčio paveikslo visame krateryje. Tai reiškia, kad siekiant rasti patikimus biosignatūras, verta vertinti platesnį geocheminį ir stratigrafinį kontekstą, o ne tik pavienes įdomias lokacijas.
Misijos pasekmės ir ateities perspektyvos
Perseverance tęsiamoji kampanija naudos naujai sudarytus mineralinius žemėlapius, kad prioritetizuotų mėginių ėmimo taškus, kuriuose išlikusios patraukliausios nuosėdinių tekstūrų ir cheminių sąlygų kombinacijos. Būsimos misijos — įskaitant potencialias mėginių pargabenimo kampanijas ir tolimesnius orbitinius ar nusileidimo seklendus — pasinaudos MIST mineralų inventorium ir jo patikimumo metrikomis, renkant sprendimus, kur gręžti, kur talpinti konteinerius (cache) ir kur vėliau paimti mėginius pargabenimui.
Už Marso ribų šis metodas iliustruoja, kaip aukštos skiriamosios gebos in-situ geochemija, susieta su patikima statistine modelių analize, gali atskleisti kitų pasaulių aplinkos istorijas. Augant instrumentų technologijoms ir tobulėjant mėginių pargabenimo planavimui, tokie duomenų rinkiniai taps centrine priemone atsakant į vieną didžiausių klausimų: ar gyvybė kada nors atsirado už Žemės ribų?
Kirsten Siebach, Žemės, aplinkos ir planetos mokslų docentė Rice universitete. Kreditas: Jeff Fitlow/Rice University
Eksperto įžvalgos
„Sekos, kuri pereina nuo rūgštaus ir karšto iki neutralaus ir vėliau šarminio, radimas yra būtent toks progresinis pokytis, kurio tikėtumėmės matyti, jei gyvybingumas palaipsniui didėjo per laiką,“ sako daktarė Lara Mitchell, planetos geochemikė, nedalyvavusi tyrime. „Tai pasakoja aplinkos evoliucijos istoriją, o ne vieną momentinę nuotrauką, o tai padidina tikimybę, kad Jezero išsaugojo kelias atskiras langus, kuriuose gyvybė galėjo atsirasti arba būti palaikoma.“
„MIST suteikia mokslininkams reprodukuojamą, kiekybinį įrankį šiai istorijai skaityti,“ priduria Mitchell. „Kai tos uolienos galiausiai bus pargabentos į Žemę, šis mineralų katalogas bus esminis norint išrinkti informatyviausius mėginius organiniams ir izotopiniams tyrimams.“
Ką toliau
Perseverance tęsis mineralinio žemėlapio plėtra visame Jezero plote, integruos stebėjimus iš kitų instrumentų (tokių kaip SHERLOC ir SuperCam) ir tobulins MIST algoritmą naudodama naujus duomenis. Tuo pačiu metu misijos planuotojai ir mokslininkai naudos šias įžvalgas projektuodami mėginių ėmimo kampanijas, kad padidintų kiekvieno talpinamo akmens mokslinę vertę ir sustiprintų tikimybę aptikti reikšmingas biosignatūras, jei jos egzistavo ar egzistuoja.
Galiausiai, šios analizės ir mineralų žemėlapiai suteikia praktinę ir teorinę bazę tolimesniems Marso tyrimams: nuo gręžimo vietų pasirinkimo iki labiausiai informatyvių mėginių atrankos analizėms Žemėje. Tokia sinergija tarp instrumentų, statistikos ir geologinio interpretavimo stiprina gebėjimą objektyviai vertinti, kur ir kaip geriausia ieškoti gyvybės ženklų raudonojoje planetoje.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą