Η ανθρωπότητα έχει αναρωτιούνται για το αν υπάρχει ζωή πέρα από λίγο τέλμα πλανήτη μας για τόσο πολύ καιρό ότι έχουμε αναπτύξει ένα είδος πολιτιστικής προκατάληψη ως προς το πώς θα είναι η απάντηση στο κεντρικό ερώτημα αποκάλυψε. οι περισσότεροι από εμάς ίσως σκεφτείτε τη NASA ή κάποια άλλη διαστημική υπηρεσία θα προγραμματίσετε μια συνέντευξη τύπου, ένα συναρμολογούνται πάνελ της επιστημονικής φωτιστικά θα ανακοινώσει τα συμπεράσματα και τις εφημερίδες σε όλο τον κόσμο θα σάλπισμα «δεν είμαστε μόνοι μας!» πρωτοσέλιδα. Όλοι έχουμε δει ότι η ταινία πριν, έτσι ώστε να είναι ο τρόπος που πρέπει να είναι, έτσι δεν είναι;
Πιθανώς όχι. λιγότερο από ένα απίθανο γεγονός, όπως μια προσγείωση εξωγήινο διαστημόπλοιο, ενώ η Google θέα στο δρόμο αυτοκίνητο που οδηγούσε από ή λαμβάνει σαφώς έξυπνο μήνυμα ραδιόφωνο από τα αστέρια, το συμπέρασμα ότι υπάρχει ζωή τώρα ή μία φορά έκανε έξω ιδιαίτερη βαρύτητα μας και είναι πιθανό να φτάσει στην μια διαδικασία τμηματικά, η προσαύξηση των αποδεικτικών στοιχείων που χτίστηκε πάνω από ένα μεγάλο χρονικό διάστημα μέχρι να σε ισορροπία, το μόνο λογικό συμπέρασμα είναι ότι δεν είμαστε μόνοι. και αυτό είναι ακριβώς ό, τι η ανακοίνωση στα τέλη του περασμένου έτους ότι το rover επιμονή του Άρη είχε ανακαλύψει στοιχεία για οργανικά μόρια στα βράχια της Jezero κρατήρα ήταν – άλλο ένα κομμάτι του παζλ, και ένα ακόμη βήμα προς την απάντηση στο θεμελιώδες ζήτημα της μοναδικότητας της ζωής .
Ανακαλύπτοντας οργανικά μόρια στον Άρη δεν είναι καθόλου απόδειξη ότι η ζωή κάποτε υπήρχε εκεί. αλλά είναι ένα βήμα στο δρόμο, καθώς και μια καταπληκτική δικαιολογία για να δουν σε επιστημονικές αρχές και της μηχανικής των μέσων που έκανε δυνατή αυτή η ανακάλυψη – το whimsically ονομάζεται SHERLOC και Watson.
Θα θέλατε CHNOPS με αυτό;
Ο ορισμός του τι συνιστά ακριβώς βιολογική ζωή είναι δύσκολη και υπάρχουν πολλά φιλοσοφικά επιχειρήματα ότι θολώσουν τα νερά, ακόμη και όταν μειώσει τη διάρκεια ζωής σε χαρακτηριστικά όπως η μετατροπή της ενέργειας ή την ικανότητα να αναπαράγονται. αλλά στο τέλος της ημέρας, όπως μακροκλίμακα χαρακτηριστικά δεν βοηθούν πολύ όταν ψάχνετε για μικροσκοπική ζωή σε άλλους πλανήτες – ειδικά όταν υποψιάζεστε ότι είστε απλά ψάχνουν για τα ερείπια της αρχαίας μικροβιακής ζωής, όπως είναι πιθανό η υπόθεση στον Άρη .
Για να διερευνήσουν το ενδεχόμενο ότι ο Άρης κάποτε φιλοξενούσε ζωή, την επιμονή rover την επιστήμη ωφέλιμο φορτίο του Άρη Η αποστολή για το 2020 περιλαμβάνει μια σειρά από εργαλεία που έχουν μελετηθεί για να αναζητήσετε τα μικρότερα υπολείμματα της προηγούμενης ζωής. Η σημαντικότερη από αυτές τις πράξεις είναι SHERLOC, για «Σάρωση κατοικήσιμα περιβάλλοντα με Raman και των αναλυτικών Organics και χημικών προϊόντων» – μια κάπως αναγκαστική, αλλά εντυπωσιακά περιγραφικό ακρωνύμιο.
Στην καρδιά του SHERLOC, η οποία βόλτες στο τέλος της δύο-μετρητή ρομποτικό βραχίονα του ρόβερ, είναι ένα υπεριώδες φασματόμετρο Raman λέιζερ, σχεδιασμένα για τον εντοπισμό των ειδικών υπογραφές των λεγόμενων CHNOPS στοιχεία – άνθρακα, υδρογόνο, άζωτο, οξυγόνο, φώσφορο , και θείο. Κάτι σαν 98% της βιομάζας στη γη αποτελείται από αυτά τα έξι στοιχεία? εύρεση τους στον Άρη θα είναι πολύ καλή απόδειξη ότι η ζωή κάποτε υπήρχε εκεί. αλλά απλώς εύρεση των στοιχείων CHNOPS δεν κάνει ένα δείγμα βιολογικά σχετικό. Είναι το πώς οργανώνονται τα στοιχεία και οι δομές που σχηματίζουν που καθορίζουν αν ένα δείγμα μπορεί να έχει τα ερείπια της αρχαίας ζωής, και υπολογίζει ότι έξω είναι αυτό που φασματοσκοπία Raman είναι πραγματικά καλοί.
Σκέδαση δύο τρόποι
Raman φασματοσκοπία εκμεταλλεύεται αυτό που είναι γνωστό ως ανελαστική σκέδαση, ή Raman σκέδαση. Κανονικά, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα αλληλεπιδρούν με σωματίδια της ύλης με ελαστικά, ή Rayleigh, σκέδαση. Όταν τα εισερχόμενα φωτόνια αλληλεπιδρούν με μόρια, θα τους ενθουσιάσει από την κατάσταση του εδάφους σε υψηλότερη ενεργειακή εικονική κατάσταση. Στην σκέδαση Rayleigh, η διεγερμένη κατάσταση γρήγορα καταρρέει και οι σωματιδίων επιστρέφει στην κατάσταση του εδάφους χωρίς καμία απώλεια της κινητικής ενέργειας του προσπίπτοντος φωτονίου είχε. Είναι σαν ένα κινούμενο μπάλα του μπιλιάρδου που μεταβιβάζει το σύνολο της κινητικής ενέργειας του σε μια μπάλα ακίνητος, το οποίο πηγαίνει στη συνέχεια στην κίνηση, ενώ η πρώτη μπάλα σταματά νεκρούς.
Αλλά περίπου ένας στους 100 εκατομμύρια scatterings αποτελέσματα σε πτώση από το διεγερμένο εικονική κατάσταση σε μια κατάσταση διαφορετική από όπου ξεκίνησε το μόριο. Για να τεντώσει την προηγούμενη αναλογία, αυτό θα ήταν σαν την κινούμενη μπάλα του μπιλιάρδου χτυπούν ένα ακίνητο μπάλα με μια ρωγμή σε αυτό. Το ραγισμένο μπάλα θα απορροφήσει ακόμα την ενέργεια του εισερχόμενου μπάλα, αλλά η ρωγμή θα μετριάσει ορισμένα από αυτά, στέλνοντας τη μπάλα στα ανοικτά σε μια διαφορετική ταχύτητα από την εισερχόμενη μπάλα, και ίσως ακόμη και σε μια διαφορετική κατεύθυνση από ό, τι θα συνέβαινε σε ένα καθαρά ελαστική σύγκρουση .
Ακριβώς όπως η διαφορά στην ταχύτητα και την κατεύθυνση θα μπορούσε να αποκαλύψει πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά του πυρολυμένου μπάλα, έτσι και μπορεί Raman σκέδασης να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση της δομής ενός μορίου. Η διαφορά στην ενέργεια μεταξύ προσπιπτόντων φωτονίων και τα διάσπαρτα φωτόνια εξαρτάται από τις δονητικές και η περιστροφή πολιτείες των χημικών δεσμών εντός του μορίου. Αυτό οδηγεί σε έναν πληθυσμό των φωτονίων με διαφορετικά μήκη κύματος που αντιπροσωπεύουν τις διαφορετικές χημικές δεσμούς εντός ενός μορίου. όταν spreaδ έξω επάνω σε ένα ανιχνευτή με ένα φράγμα περίθλασης, αυτά τα φωτόνια δημιουργήσει ένα δακτυλικό αποτύπωμα που είναι χαρακτηριστικό των μορίων στο δείγμα.
Ενώ Raman έχει χρησιμοποιηθεί εδώ και δεκαετίες στη γη για να αναλύσει όλα τα είδη των χημικών δειγμάτων, SHERLOC είναι η πρώτη φορά που η τεχνική έχει χρησιμοποιηθεί σε έναν άλλο κόσμο. και όπως θα φαντάζεστε, χρειάζεται κάποια ιδιαίτερη μηχανική για να συσκευάσει όλα τα οπτικά και ηλεκτρονικά και να είναι όχι μόνο ισχυρή αρκετά για να επιβιώσουν στις σκληρές συνθήκες του διαστημικού ταξιδιού, αλλά και να λειτουργεί αυτόνομα.
Κατασκευασμένο για να
Ο πυργίσκος Συνέλευση SHERLOC, ή STA. Ο αντικειμενικός φακός ACI / SHERLOC είναι στο κάτω αριστερό, ενώ WATSON βρίσκεται μέσα δεξιά. Και οι δύο φωτογραφικές μηχανές έχουν μηχανοκίνητα καλύμματα φακό τους στη θέση τους. Για την αναφορά, οι δύο φωτογραφικές μηχανές είναι περίπου εννέα εκατοστά σε όλη. σημείωση μέρος του συστήματος ανάρτησης Hexapod γόνατο ορατά πίσω από το στόχο ACI / SHERLOC. Πηγή: NASA-JPL / Caltech
Για να επιτευχθούν όλα αυτά, SHERLOC χωρίζεται σε δύο μεγάλα συγκροτήματα: τη Συνέλευση SHERLOC σώματος (SBA) και την πυργίσκος Συνέλευση SHERLOC (STA). Το STB είναι όπου τα κυκλώματα όλα τα εντολών και δεδομένων χειρισμού που βρίσκονται, και όπου οι ζωές παροχή ηλεκτρικού ρεύματος. Το STA είναι το τέλος των επιχειρήσεων του SHERLOC, και ζει στο τέλος του ρομποτικού βραχίονα επιμονή του. Η καρδιά του STA είναι η βαθιά-υν (DUV) λέιζερ, ενός ιδιαίτερα τροποποιημένου off-the-shelf νέον-χαλκού λέιζερ μετάλλου-ατμού. Παρέχει ένα εξαιρετικά σταθερό παλμό 248,60 nm και αναμένεται να διαρκέσει αρκετό καιρό για να παραδώσει 3 εκατομμύρια φάσματα, η οποία είναι περίπου επτά φορές τη ζωή του σχεδιασμού του rover.
Όπως και με κάθε Raman φασματοσκόπιο, τα οπτικά της SHERLOC είναι μια περίπλοκη σειρά φακών, καθρέφτες, διαχωριστές δέσμης και φίλτρα. Σε αντίθεση με τα περισσότερα από τη Γη-δεσμεύεται ξαδέλφια του, όμως, SHERLOC έχει να χειριστεί το «S» στο όνομά του: σάρωση. αντί να βασίζονται σε ακριβή έλεγχο του ρομποτικού βραχίονα σε θέση πορείας του, SHERLOC έχει ένα υποσύστημα σαρωτή που είναι αρκετά παρόμοια με τα γαλβανόμετρα που χρησιμοποιείται για την καθοδήγηση της δέσμης σε παραστάσεις λέιζερ. Ο σαρωτής δίνει SHERLOC έλεγχο της δοκού πάνω από μια 7 χιλιοστά περιοχή δείγματος χ 7 mm με βήμα μέγεθος μικρότερο από ένα μικρό και στις δύο διαστάσεις, επιτρέποντάς της να συλλέξει δεδομένα από το μικρότερο των χαρακτηριστικών χωρίς να χρειάζεται να στηρίζονται σε βραχίονα ρομπότ κινείται.
Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο διαφέρει SHERLOC από άλλα μέσα Raman είναι ανάγκη να συσχετίζονται φάσματα με χωρικές πληροφορίες σχετικά με ένα δείγμα. Δεν είναι αρκετό για να πάρει το φασματικό αποτύπωμα ενός συγκεκριμένου τμήματος του δείγματος? μάλλον, SHERLOC πρέπει επίσης να καθορίσει το πλαίσιο του τι ακριβώς στο σημείο για τα βλέμματά του δείγματος, όπως το ορατό φως. Για να επιτευχθεί αυτό, SHERLOC απαιτεί τη βοήθεια των δύο κάμερες: η αυτόματη εστίαση και Πλαίσιο Imager (ACI), μια φωτογραφική μηχανή αποχρώσεις του γκρι υψηλής ανάλυσης ότι συμμερίζεται την οπτική διαδρομή του Raman φασματοσκόπιο, και Watson, η μεγάλη αισθητήρα γωνίας Τοπογραφικές Επιχειρήσεων και τη φωτογραφική μηχανή μηχανικής . WATSON είναι ένα ξεχωριστό, έγχρωμη, υψηλής ανάλυσης κάμερα με μια μακροοικονομική ικανότητα κάτω σε 1,78 εκατοστών εστιακή απόσταση. Watson και η ACI μαζί είναι ουσιαστικά το ισοδύναμο του φακού χέρι ενός γεωλόγου, επιτρέποντας SHERLOC να επικαλύψει το ορατό φως εικόνες με τα δεδομένα Raman σε ένα ευρύ φάσμα της λειτουργίας αποστάσεις.
Τέλος, Raman φασματοσκόπιο SHERLOC έχει σχεδιαστεί για να επιβιώσει το μακρύ ταξίδι στον Άρη, το υψηλής ενέργειας προσγείωση, καθώς και τις σκληρές συνθήκες του κρύου, σκονισμένο κόσμο. Αν και η SBA είναι φωλιασμένο με ασφάλεια στο εσωτερικό του κύτους του επιμονή, το STA πρέπει να εκτίθενται στα στοιχεία για να κάνει τη δουλειά της. SHERLOC συναρμολογείται επί ενός διευθέτηση Hexapod των ελατήριο αντηρίδες ότι κραδασμοί που συναντώνται τόσο κατά τη διάρκεια εργασιών διαστημικές πτήσεις και rover. Το STA είναι επίσης εξοπλισμένο με ένα πολύπλοκο σύστημα θερμικής διαχείρισης, συμπεριλαμβανομένης της θέρμανσης επιβίωσης στοιχεία που κρατούν τα ηλεκτρονικά και οπτικά αρκετά θερμό για να επιβιώσει η χειρότερη περίπτωση του Άρη κρύο.
Πλαίσιο είναι το κλειδί
Ενώ οι περισσότεροι από την προσοχή του κοινού με την αποστολή στον Άρη το 2020 μέχρι σήμερα έχει δικαιολογημένα έχουν συνταχθεί με την άγρια επιτυχείς ελικόπτερο Ingenuity, SHERLOC έχει δραστήρια συλλογή δεδομένων σχεδόν ασταμάτητα από την επιμονή έφτασε στον Άρη τον Μάρτιο του 2021. Η επιβεβαίωση των οργανικών σε Jezero κρατήρα προήλθε από μια σειρά από δείγματα που αναλύθηκαν πίσω το Σεπτέμβριο του 2021, και ένα βράχο, ιδίως, το οποίο ονομάστηκε «Garde.» βραχίονα-mounted εργαλείο του ρόβερ συναρμολόγησης χρησιμοποιήθηκε για να αλέσει μακριά μερικά από τα ξεπερασμένο βράχο πριν SHERLOC ήταν περιστρέφεται σε θέση να αναλύσει το δείγμα.
Garde ροκ, με ενδείξεις οργανικών φώναξε. Σημειώστε τον τρόπο SHERLOC να συνδυάσετε τα ορατό φως εικόνες με τα δεδομένα Raman για την παροχή γεωλογικών πλαίσιο. Πηγή: NASA-JPL / Caltech.
Χάρη στη δύναμη του SHERLOC και την ικανότητά του να επικαλύψει ορατό φως εικόνες με δεδομένα Raman, πλανητικούς επιστήμονες ήταν σε θέση να καθορίσει ότι Garde περιέχει και ανόργανα άλατα ολιβίνης, οι οποίες δείχνουν μια πυριγενή ιστορία, και ανθρακικά ορυκτά, τα οποία υποδηλώνουν μια προηγούμενη περίοδο του νερού που αντιδρά με ο βράχος. Αυτό είναι σύμφωνο με αυτό που ήδη γνωρίζουμε για τον κρατήρα Jezero και το δέλτα του ποταμού που κάποτε έρεε σε αυτό. εύρεση οργανικά υλικά σε ένα βράχο με αυτό το είδος της γεωλογικής ιστορίας είναι λίγο δελεαστική των δεδομένων, και μπορείΚάποια μέρα αποδείχθηκε μέρος των αποδείξεων ότι η ζωή κάποτε έπεσε στον Άρη.