Mars Rover Curiosity wird nach den Bausteinen des Lebens suchen

Das letzte Mal, als eine Astrobiologie-Mission auf dem Mars landete, feierte die Nation die Zweihundertjahrfeier und Gerald Ford war Präsident.

Die beiden Viking-Lander der NASA gingen mit der spezifischen Mission, nach Zeichen oder Beispielen des Marslebens zu suchen - eine Aufgabe, die allgemein negative Ergebnisse hervorbrachte, aber auch jahrzehntelange Kontroversen und öffentliche Verwirrung über die Möglichkeiten unseres Lebens auf dem Planeten unseres Sonnensystems .

Der NASA-Rover Curiosity wird am Sonntag (5. August) auf dem Mars landen, um wieder eine amerikanische Astrobiologie-Mission zu beginnen. Es wird keine Lebenserkennung erfordern - es hat weder die Werkzeuge noch das Niveau der Sterilisation dafür - aber es wurde zusammengestellt, um nach den kohlenstoffbasierten Bausteinen des Marslebens zu suchen und die möglichen Lebensräume zu erforschen, in denen Leben möglich sein könnte einmal existiert haben.

Das Hauptinstrument für die Astrobiologie-Forschung des Rovers ist die goldplattierte Probenanalyse auf dem Mars (SAM), die drei komplexe Laborwerkzeuge umfasst und die größte und schwerste (bei 88 Pfund oder 40 Kilogramm) auf Curiosity ist. Viele seiner Fähigkeiten sind brandneue oder signifikante Verbesserungen bei den Viking-Instrumenten. [5 kühne Ansprüche auf außerirdisches Leben]

Exploring Gale Krater

Was Curiosity von Viking jedoch am meisten unterscheidet, ist wahrscheinlich sein Landeplatz: Der tiefe und uralte Gale Crater, der dem Rover durch erheblich verbesserte Präzisionslandungstechniken zugänglich gemacht wurde.

Die umkreisende Satellitenbildgebung hat bereits festgestellt, dass der Krater in der Vergangenheit mit Wasser bedeckt war und dass er Mineralien enthält, die nur in Wasser gebildet werden können. Darüber hinaus kann sich Curiosity zu vielversprechenden Zielen bewegen und Proben bohren und dann wie nie zuvor backen. Mit anderen Worten, der Rover wird ein Gebiet erforschen, das viel wahrscheinlicher die Bausteine ​​des Lebens enthält als jeder der sechs Mars-Oberflächenforscher, die davor kamen.

Der Hauptforscher für SAM ist Paul Mahaffy vom Goddard Spaceflight Center, der seit mehr als acht Jahren daran arbeitet, das Instrument zusammenzustellen. Er und andere NASA-Wissenschaftler erklären schnell, dass es sehr schwierig sein wird, organische Stoffe auf dem Mars zu finden, und dass es sogar auf der Erde schwierig ist, organischen Kohlenstoff in Gesteinsproben zu finden. Aber er sieht einige echte Chancen.

Vor allem die Tonlagerstätten am Fuße des Mount Sharp - dem 3 Meilen hohen Berg im Zentrum von Gale - sind besonders vielversprechend, denn Tone können organische Moleküle und Verbindungen einfangen und konservieren. [Infografik: Erkannte Landungsstelle erklärt]

Curiosity kann auch zerkleinerte Erde und bis zu 1.800 Grad Fahrenheit (982 Grad Celsius) rocken und möglicherweise organische Stoffe freisetzen, die nicht von Vikers weniger fortschrittlichen Öfen freigesetzt werden. Genauso wichtig ist die Analyse von zerkleinerten und vergasten Mineralien, die bekanntermaßen nur in Wasser gebildet werden und organische Substanzen konservieren können.

Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, organische Stoffe zu finden? John Grunsfeld, Leiter des Direktorats für die Mission der NASA, sagte, er mag die Chancen von Curiosity. "Wenn ich die Zukunft vorhersagen müsste, würde ich sagen, dass es wahrscheinlich ist. Aber wir werden es bald herausfinden."

Seine Schlussfolgerung basiert auf dem, was wir in den letzten Jahren über den Mars gelernt haben. Genauer gesagt fanden Andrew Steele und Kollegen vom Carnegie Institute im Mai einen deutlichen Beweis für organisches Material in Meteoriten, die auf der Erde gefunden wurden, aber vom Mars stammen.

Es ist denkbar, dass die organischen Stoffe irgendwie in die Meteoriten eintraten, als sie auf ihrem Weg zur Erde durch den Weltraum flogen, aber Steele kam zu dem Schluss, dass die organischen Stoffe definitiv nicht das Ergebnis terrestrischer Kontamination waren und möglicherweise vom Mars stammten.

Fügen Sie dieser Entdeckung das tiefere Verständnis hinzu, wie weit außerirdische organische Stoffe aller Art im Weltraum sind, und der Fall für komplexe Kohlenstoffverbindungen auf dem Mars wird stärker.

Das Erbe der Wikinger

Doch das eine Mal, dass die NASA speziell für organische Stoffe auf dem Mars getestet hat, war in den 1970er Jahren mit den beiden Viking-Landern, und die Ergebnisse wurden dann als negativ interpretiert. Diese enttäuschenden und unerwarteten Ergebnisse waren ein Hauptgrund dafür, dass Bemühungen, nach Leben auf dem Mars zu suchen, eingestellt wurden und erst in der Mission Curiosity wieder aufgenommen wurden.

Jetzt aber tobt ein wissenschaftliches Argument darüber, ob die Viking-Schlussfolgerung von "no organics" korrekt war, genauso wie es eine lang andauernde Debatte darüber gab, ob eines der Wikinger-Instrumente tatsächlich das Marsleben gefunden haben könnte. Die sich entwickelnde organische Debatte zeigt, wie jede nachfolgende Mission potentiell unschätzbare Informationen über vergangene Erkenntnisse liefert und folglich, wie aufeinander folgende Explorationsbemühungen auf der Vergangenheit aufbauen.

Das Instrument, mit dem Viking nach organischen Substanzen suchte, war ein Gaschromatograph-Massenspektrometer, und der Hauptprüfer war Klaus Biemann vom MIT. Das Gerät heizte Marsbodenproben auf bis zu 930 Grad Fahrenheit (500 Grad Celsius) auf und analysierte dann die Elemente und Verbindungen, die mit dem Spektrometer freigesetzt wurden.

Zu der Zeit wurde berichtet, dass kleine Mengen von Chlormethan und Dichlormethan bei 390 Grad F (200 Grad C) bzw. über 660 Grad F (350 Grad C) freigesetzt wurden, aber diese organischen Verbindungen wurden als irdische Verunreinigungen beschrieben, wahrscheinlich durch Reinigung Produkte.

Zwei Männer, die Mitverfasser des SAM-Instruments sind, haben die "No Organics" -Folge seit einiger Zeit in Frage gestellt und sagen, dass Curiosity die Fähigkeit hat, die Debatte zu transformieren oder sogar zu beenden.

Chris McKay, Astrobiologist am Ames Research Center der NASA und Rafael Navarro-Gonzalez von der Universidad Nacional Autónoma de México, arbeiten seit Jahren in Chiles karger Atacama-Wüste und der Antarktis und haben überall organisches Material (und Mikroben) gefunden.

Wenn sie jedoch Proben mit einem Instrument prüften, das mit dem Viking GC-MS vergleichbar war, war das Instrument nicht in der Lage, organische Substanzen zu detektieren - ein Ergebnis, vermutete sie, der Wechselwirkung der organischen und oxidierenden Substanzen im Boden beider Erden bei hohen Temperaturen und Mars. [7 Größte Mysterien des Mars]

Die Auswirkungen von Perchlorat

In jüngerer Zeit haben McKay und Navarro-Gonzalez jedoch eine interessante Alternativhypothese aufgestellt, die auf einer überraschenden Entdeckung beruht, die während der Mission Mars Phoenix gemacht wurde. Dieser Lander in der Nähe der nördlichen arktischen Region des Mars entdeckte nicht nur Wassereis direkt unter der Oberfläche, sondern auch die Verbindung Perchlorat - ein Salz, das ätzende Eigenschaften hat, aber auch als eine Art Frostschutzmittel dienen kann.

Perchlorate werden auf der Erde auch in einigen extremen Wüsten- und Polargebieten gefunden, und McKay und Navarro-Gonzalez beschlossen, zu testen, was passiert ist, als es Atacama-Erde hinzugefügt wurde und die Art der Erhitzung in der Viking GC-MS durchführte.

Was sie fanden, führte zu einer Art Eureka-Moment: Zwei der Spurennebenprodukte waren Chlormethan und Dichlormethan, die organischen Verbindungen, die von Viking gefunden und als Verunreinigungen abgeschrieben wurden. Nicht nur das, auch alle Anzeichen von Atacama-Organik waren verschwunden, anscheinend in Gegenwart des Perchlorats zerstört.

"Vor Phoenix hatte Perchlorat meine Weltanschauung nicht betreten", sagte McKay. "Jetzt ist es für mich das interessanteste Molekül im Universum."

Und wie es der Zufall will, hat das SAM-Instrument eine begrenzte, aber ansonsten ideale Menge an Werkzeugen, um zu testen, ob Perchlorate die organischen Stoffe auf dem Mars maskieren.

Zusätzlich zu den Dutzenden von Kammern, in denen zermahlener Marsboden und Gestein für das Hochtemperatur-Backen enthalten sind, hat Curiosity auch neun Becher, die mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, die verwendet werden kann, um organische Stoffe für die Analyse durch Pyrolyse zu extrahieren. Die neun wurden SAM nicht mit der Perchlorat-Frage hinzugefügt, aber die Lösungsmittelbecher sind ideal für diese Analyse, sagte McKay, und er erwartet, dass einige von ihnen für diesen Zweck verwendet werden.

"Wenn Mars der Atacama ähnlich ist wie wir denken, dann sollte es organische Tropfen geben, die vom Perchlorat verborgen sind", sagte McKay. "Wir denken, dass wir dieses Mal durch das Perchlorat hindurch zu diesen organischen Stoffen sehen können."

Kein Konsens

Klaus Biemann, Leiter des Viking-GC-MS-Experiments, hat die Perchlorat-Theorie scharf kritisiert. In einem veröffentlichten Kommentar zu dem Papier von Navarro-Gonzalez und McKay haben er und Jeffrey Bada von der Scripps Institution geschrieben, dass die Theorie auf fehlerhaften Daten und unbegründeten Extrapolationen basiert, und dass sie die bekannte Anwesenheit von mehreren Reinigungsverbindungen ignoriert, die in der GC- MS während der Viking-Experimente.

Sie behaupten auch, dass, wenn der von McKay und Navarro-Gonzalez beschriebene Prozess stattgefunden hätte, diese anderen Verbindungen - in diesem Fall andere chlorierte aromatische Moleküle - auch auf dem Mars produziert würden, doch sie waren es nicht.

Biemann und Bada sind sich einig, dass Meteoriten mit organischem Kohlenstoff tatsächlich wie in der gesamten Galaxie kontinuierlich auf den Mars fallen. Aber sie argumentieren, dass die organischen Stoffe durch energiereiche Strahlung zerstört werden, was wiederum zu einer Ansammlung von ebenso destruktiven Oxidationsmitteln führt.

Biemann sagt, dass das GC-MS-Instrument, das von Curiosity verwendet wird, in mancher Hinsicht ein Fortschritt gegenüber dem auf den Viking-Landern ist. Wenn Curiosity nicht in der Lage ist, organische Stoffe zu entdecken, wird es immer offensichtlicher, dass diese Verbindungen auf der Marsoberfläche nicht überleben können.

"Es ist das Ende der Geschichte", sagte er.

Methan ausspucken

Die organische Suche des Mars hat zahlreiche andere Ziele, einschließlich des Gases Methan, von dem einige denken, dass es zentral ist, um die Möglichkeiten für das Leben auf dem Mars zu verstehen. Im Jahr 2009 veröffentlichten die NASA-Forscher Michael Mumma und Geranimo Villaneuva einen lang erwarteten Artikel über die Freisetzung von großen Methan-Schwaden an bestimmten Orten und zu definierten Zeiten. Methan wird überwiegend durch Biologie auf der Erde gebildet, und so könnte seine Präsenz auf dem Mars auch aus biologischen Quellen kommen.

Mit einem abstimmbaren Laserspektrometer (TLS) an SAM wird Curiosity nach Methan in der Atmosphäre suchen und, falls es gefunden wird, das Kohlenstoff-12- bis Kohlenstoff-13-Isotopenverhältnis im Gas bestimmen können.

Die Ergebnisse dieser Messung würden nicht schlüssig sagen, ob das Methan biologischen oder abiotischen Ursprungs war, aber es würde die Debatte definitiv weiterführen. Es ist kein idealer Ansatz, um das Methan des Mars zu verfolgen, da das Gas laut Mumma ziemlich schnell in der Atmosphäre verschwindet und sich daher wahrscheinlich in der Nähe des Ausbruchs befindet. Gale Crater ist kein solcher Bereich, könnte aber nahe genug sein, um etwas Methan in der Luft zu haben.

Das TLS wird die Kohlenstoff-12 bis Kohlenstoff-13-Verhältnisse von organischen Stoffen analysieren, die gefunden werden könnten, und könnte einige der wichtigsten Informationen liefern, die SAM liefern wird. Das liegt daran, dass Kohlenstoff-12 von Lebewesen verwendet und produziert wird, Kohlenstoff-13 dagegen nicht.

"Wenn wir hohe Kohlenstoff-12-Verhältnisse finden, dann deutet dies darauf hin, dass das Leben eine Rolle spielte", sagte James Green, Direktor der planetaren NASA-Wissenschaftsabteilung. "Diese Feststellung wäre sehr aussagekräftig und wichtig."

SAM-Leader Mahaffy lebt seit Jahren auf der Suche nach organischen Substanzen auf dem Mars. Er ist mit den kleinsten Details beschäftigt, aber das dient nur dazu, das Gesamtbild zu verstehen.

"Das Leben ist vor Milliarden von Jahren auf der Erde entstanden, und eine grundlegende Frage, die bleibt, ist: Ist das Leben zu dieser Zeit auch auf dem Mars entstanden, und wenn nicht, warum nicht?", Sagte er.

"Wenn das Leben irgendwann auftaucht, ist es heute noch präsent? Oder war die Transformation des Mars so schnell, dass das Leben niemals Fuß fassen konnte?" Mahaffy fügte hinzu."Curiosity unternimmt wichtige Schritte, um eine Grundlage für die Beantwortung dieser Fragen mit einer detaillierten Studie der frühen Mars-Umgebungen zu schaffen."

Marc Kaufman ist Wissenschafts- und Weltraumreporter der Washington Post und Autor von "First Contact: Scientific Breakthroughs in der Jagd nach Leben jenseits der Erde". Sein neuestes Buch, herausgegeben von National Geographic, ist "Mars Landing 2012: In NASA's Curiosity Mission".