„Curiosity“ įlieja jaudulio Marso gyvybės medžioklei

Reporteriai ir operatoriai 2012-ųjų metų gruodžio 3 dieną San Francisko konferencijų centre susirinko anksti. Jie tikėjosi istorinių naujienų iš Marso. Spekuliacijų buvo daug: ką būtent rado naujausias ir didžiausias NASA marsaeigis? Curiosity projekto mokslininkas Johnas Grotzingeris leido išsprūsti susijaudinimui radijo interviu metu pora savaičių anksčiau. Jis aiškino, kad marsaeigis išanalizavo pirmuosius Marso dirvos mėginius iš vėjo supustytos krūvos, o tada pridūrė: „Šie duomenys pateks į istorijos vadovėlius. Jie atrodo tikrai gerai.“

Tai tegalėjo reikšti vieną dalyką, ar ne? Gyvybės pėdsakus! Dabar Grotzingeris ir kiti stovėjo prieš sausakimšą spaudos atstovų auditoriją kasmetiniame Amerikos geofizikų sąjungos susitikime, tam, kad paskelbtų… beveik nieko. Taip, Curiosity aptiko organines molekules, būtiną gyvybės Raudonojoje planetoje sąlygą. Tačiau mokslininkai pabrėžė, kad tai nereikšminga – organika tikriausiai iš Žemės ir tai tebuvo sėkmingas pirmasis testas, parodęs, kad Curiosity instrumentai veikia tinkamai. Paskyrusiems darbui su šiuo projektu beveik dešimtmetį, tai buvo jaudinanti žinias. Bet vargu ar tai buvo toks sukrečiantis įvykis, kokio tikėjosi reporteriai.

Tačiau greitai prasukime keletą savaičių ir Curiosity pirmasis dirvos bandinys vis tik pasirodo tikrai esąs svarbus. Jis keičia mūsų supratimą apie Marso paviršių. Ir prideda dar vieną posūkį dešimtmečių ilgumo paieškoms, siekiant surasti buvusio ar netgi esamo biologinio aktyvumo ženklus Marse.

Curiosity – daugiau, nei vien kamera ant ratų. Jame sudėtingiausių mokslinių instrumentų, kada nors siųstų į kitą planetą, rinkinys. Be įvairiausių vaizdo fiksavimo prietaisų, galinčių fotografuoti nuo mažiausių iki didžiausių objektų plačiame bangų ruože, jis gali imti oro pavyzdžius ir turi semtuvėlį bei grąžtą dirvos ir uolienų bandinių paėmimui. Tada šie bandiniai gali būti ištirti marsaeigio naujausioje cheminėje laboratorijoje, kur nustatoma jų mineralinė sandara, cheminė sudėtis, molekuliniai komponentai ir netgi sudarančių elementų izotopų proporcijos.

Varomas plutoniu ir dydžio sulig visureigiu, NASA Curiosity marsaeigis prikimštas jutiklių ir turi naują nusileidimo sistemą

Iš visų instrumentų, pažangiausias ko gero, įrengimas SAM, dirvos analizė Marse (Soil Analysis at Mars). Jis paima uolienos bandinius ir išgarina, sudegina arba sumaišo juos su skysčiais, kad aptiktų organines molekules, kurios kitaip negalėtų būti identifikuotos.

Būtent organines molekules SAM ir rado, kai iškepė pirmuosius dirvos pavyzdžius netoli Curiosity nusileidimo vietos. Tačiau komanda greitai susivokė, kad šios molekulės nėra iš Marso. Jos beveik garantuotai susidarė reaguojant chemikalui, turinčiam anglies ir vandenilio, vadinamam MTBSTFA, atsigabentam iš Žemės. SAM yra 9 buteliukai medžiagos, kurią sumaišius su Marso gruntu, galima nustatyti daug sudėtingesnes organines medžiagas, pavyzdžiui, aminorūgštis.

Vienas buteliukas pratekėjo. „Tai nebuvo šlakelis valiklio ar kokių nors atliekų,“ sako Chrisas McKay'ėjus, planetologas iš NASA Ames Tyrimų centro Moffett Fielde, Kalifornijoje ir SAM komandos narys. „Tai buvo kaip didelis išsiliejimas sandėliuke.“

Vikingų kontroversija

Tai gali skambėti kaip blogos žinios, bet rezultatas buvo netikėtai naudingas. Marso dirvoje aiškiai atrasti perchloratai, labai aktyvūs chloro junginiai.

Norint suprasti, kodėl perchloratai tokie svarbūs, reikia atversti vieną iš kontroversiškiausių Marso tyrinėjimų istorijos puslapių. 1976-aisiais, NASA dvyniai marsaeigiai, „Viking 1“ ir „Viking 2“, nusileido dviejose Marso vietose ir pradėjo eksperimentus. Kiekvienas marsaeigis turėjo tris skirtingus gyvybės aptikimo testus ir dujų chromatografą masės spektrometrą, įvairių molekulių aptikimui grunte. Kai spektrometrai analizavo pakaitintus grunto bandinius, jie kartais aptikdavo deguonies ir anglies dvideginio pliūpsnius. Tai rodė nuo karščio suyrančių organinių molekulių buvimą Marso grunte.

Tačiau tuo laiku rezultatai buvo interpretuoti kaip žemiškas užteršimas – gal nuo tirpiklių, naudotų įrangos valymui. Ne visi sutiko su tokiu požiūriu: deguonis ir CO₂ pasirodydavo tik tada, kai bandymo kameroje buvo Marso dirvos, o ne per kontrolinius tuščios kameros bandymus. Bet užterštumo paaiškinimas prilipo.

Du tyrėjai, nepritariantys tokiam požiūriui, yra McKay ir jo kolega Rafaelis Navarro-Gonzalezas iš Nacionalinio Autonominio Meksikos universiteto. 2010 metais publikuotame tyrime jie teigė, kad CO₂, rastas Vikingų bandymuose iš tiesų buvo Marso organinės medžiagos ženklai ir gali būti paaiškinti reaktyvia dirvos chemine sudėtimi, konkrečiai – perchloratais, veikiančiais organinius dirvos komponentus.

Šis jų požiūris buvo paremtas eksperimentais, atliktais per praėjusį dešimtmetį su bandiniais, surinktais sausoje ir negyvoje Atakamos dykumoje Čilėje, kur dirva panašiausia į marsietiškąją. Kai McKay'jus ir Navarro-Gonzalezas prie dirvos pavyzdžių pridėjo magnio perchlorato ir pakaitino, pasirodė, kad beveik visi dirvos organiniai komponentai sureagavo, išskirdami vandenį, CO₂ ir chloridus. Tad, perchloratų buvimas Marse galėtų paaiškinti Vikingų rezultatus.

Negana to, jie gali reikšti dar daugiau. Organikos nebuvimas visada buvo svarbiausias argumentas prieš Vikingų vieną iš gyvybės aptikimo eksperimentų, vadinamąjį žymėtojo paleidimo bandymą. Tam žiupsnelis Marso dirvos buvo užpiltas tirpalu su maistingomis medžiagomis, kurias naudoja ir Žemės organizmai. Anglis tose medžiagose buvo radioaktyvusis anglies-14 izotopas, tad, jei kokia nors gyvybė sunaudotų maisto medžiagas, jų iškvepiamas CO₂ irgi būtų radioaktyvus. Abiejų Vikingų žymėtojo paleidimo eksperimentuose buvo aptikta radioaktyvaus CO₂. Pakaitinus bandinius iki temperatūros, kurioje žūtų bet kokie mikrobai, reakcija nutrūko.

Nors tokie rezultatai atitiko visus kriterijus, kuriuos Vikingų mokslininkų komanda nusibrėžė prieš misiją, kaip gyvų organizmų egzistavimo požymius, organinių medžiagų nebuvimas dirvoje glumino. Jei dirvoje yra gyvybė, turėtų būti pilna organinių komponentų, liekanų iš milijardų mirusių mikrobų. Bet organinių medžiagų nebuvimas – ar bent jau organikos rezultatų atmetimas – buvo įvertintas, kaip gyvybės neegzistavimo įrodymas, nežiūrint teigiamų žymėtojo paleidimo testo rezultatų.

McKay'aus ir Navarro-Gonzalezo išvadas apie Vikingus kai kurie tyrėjai aršiai kritikavo, netgi išjuokė. Tačiau parama jų idėjai atėjo iš NASA Phoenix marsaeigio, radusio perchloratų dirvoje nusileidimo vietoje netoli Marso Šiaurės ašigalio. Tačiau netgi tada daugelis mokslininkų manė, kad nedaug šansų, jog jie bus plačiai paplitę, tad nedaug galimybių jų rasti Curiosity ir Vikingų 1 ir 2 nusileidimo vietose.

Dabar, SAM instrumente išsipylus organiniams chemikalams, Curiosity įrodė, kad jie klydo. Jei to nebūtų įvykę, perchloratų kiekis dirvoje būtų buvęs per mažas, kad jį būtų galima nustatyti, sako McKay'us. Nutekėjimo mastas reiškė, kad perchloratai su organiniais komponentais sureagavo stipriai. „Chloro junginių buvo iki kaklo,“ sako McKay'us. „Organikos buvimas labai pasitarnavo.“

Kodėl perchloratai taip plačiai pasklidę Marse, lieka paslaptis. „Tai buvo netikėta ir yra nepaaiškinta,“ pažymi McKay'us. „Žemėje jie egzistuoja, bet pasitaiko retai, netgi Atakamos dykumoje.“

McKay'us ir Navarro-Gonzalezas netgi spėja, kad organiniai junginiai Marse taip pat plačiai paplitę. Tai nėra tas pats, kas tvirtinimas, jog Raudonojoje planetoje yra gyvybės ženklų. Kasmet daugiau, nei 1000 tonų organinių junginių nukrenta ant Marso paviršiaus, kaip meteoritai, kuriuose gausu anglies ir vandenilio. Tačiau neaišku ar išlieka nepakitę, ar juos sunaikina ultravioletinė spinduliuotė, kosminiai spinduliai ir grunte vykstančios cheminės reakcijos.

Radus perchloratų, organinių medžiagų radimas Marse gali priversti pakeisti senųjų Vikingų testų vertinimą. O konkrečiai, turėtume rimtai priimti idėją, kad Vikingai iš tiesų rado gyvybės ženklus. Tačiau tokia interpretacija liks kontroversiška, kol nebus gauti nauji rezultatai.

Organinių medžiagų paieškos Marse yra vienas iš svarbiausių SAM tikslų. Deja, išsiliejimas smarkiai užteršė dirvos analizės įrangą. Bet McKay'us į jo ateitį žiūri optimistiškai.

Ankstyvos dienos

Pirmiausia, bandoma išsiaiškinti, kaip būtų galima išvalyti netvarką. Dujų pumpavimas per SAM bandymo kameras ir jų kaitinimas turėtų padėti. O jei tai nesuveiks, gali būti, kad komanda sugebės paprasčiausiai daryti atitinkamas pataisas duomenyse. „Tai šiek tiek padidins „triukšmo“ lygį,“ sako McKay'us, „bet jei organinių junginių lygis dirvoje yra toks aukštas, kaip spėjame, turėtume jį išvysti. Tai ne mirtina problema. Tereikės paprasčiausiai daryti korekcijas.“

Reikia nepamiršti, kad Curiosity misija dar tik prasideda. Jo turimas naujų Raudonosios planetos atradimų potencialas dar vos paliestas. Steve'as Squyresas vadovauja mokslininkų komandai, tiriančiai ankstesnės marsaeigių kartos, Spirit ir Opportunity duomenis. „Pirmasis tikrai reikšmingas su Spirit padarytas atradimas įvyko po 800 dienų nuo planuotos 90-ies dienų misijos pradžios,“ pažymi jis. Curiosity misija suplanuota mažiausiai porai metų, ir labai gali būti, kad truks daug ilgiau. „Jis tikriausiai pergyvens daugelį iš mūsų komandos,“ sako Squyresas.

Marsaeigis, riedėdamas per Gale kraterį prie pirminio savo tikslo Aeolis Mons, vadinamojo Aštriojo kalno šlaitų, kirs plotus, kur molingų mineralų nuosėdos jau buvo aiškiai aptiktos iš orbitos. Tokie mineralai galėtų būti įdomiausi SAM analizės taikiniai, kadangi molis paprastai formuojasi labai vandeningoje aplinkoje, kuri gali būti palanki gyvų organizmų vystymuisi ankstyvose Marso klimato erose.

Be to, molis ypatingai gerai konservuoja organinius komponentus, užklodamas juos sluoksniais. Jeigu Marso dirvoje yra pakankamai daug organinių medžiagų, Curiosity turi labai daug šansų juos aptikti – nors iki atvykimo prie Aštriojo kalno dar liko daug mėnesių.

McKay'us teigia, kad mokslininkų, besidominčių gyvybės paieškomis kitose planetose, pageidavimų sąraše yra kuo įdomiausių galimybių, kurias Curiosity galėtų aptikti. Dėmesį prikaustytų bet kokios organinės molekulės, bet kai kurių aptikimas būtų ypatingai svarbus.

Pavyzdžiui, molyje gali būti ypatingai svarbių biologinių komponentų, tokių, kaip aminorūgštys – pagrindiniai gyvybės statybiniai blokai. Tokias sudėtingas ir biologiniu požiūriu įdomias molekules SAM laboratorijos turimu dujų chromatografu aptikti sunku. Čia ir padės likę aštuoni išpilto MTBSTFA buteliukai. (Jei tikrai norite žinoti, visas pavadinimas yra N­-metil­-N-tert­-butil­dimetil­silil­tri­fluoro­acet­amidas.) Pridėtas į dirvą, užuot netyčia išpiltas, jis susijungtų su aminorūgštimis ir jas būtų galima aptikti.

Gyvybiškai svarbūs ženklai

Marse rastos aminorūgštys dar nebūtų gyvų organizmų įrodymas: jų jau buvo rasta kai kuriuose meteorituose. Tačiau jų ar kokių nors kitų biologiškai svarbių molekulių atradimas būtų svarbus žingsnis įrodant, kad bent jau yra visi gyvybės susiformavimui būtini ingredientai.

Bet yra dar vienas atradimas, kurį gali aptikti Curiosity instrumentai ir kuris būtų labiausiai jaudinantis. Gyvi organizmai turi vieną būdingą bruožą, labai aiškiai atskiriantį jų metabolizmą nuo bet kurio žinomo grynai cheminio proceso. Daugelio organinių komponentų ir aminorūgščių molekulės yra chirališkos, tai yra, nesutampančios su savo veidrodiniu atvaizdu. Gyvi organizmai gamina vieną formą, o kitos ne.

Curiosity, sako McKay'us, turi instrumentą, gebantį atskirti tokių molekulių chiralines formas – nors šis gebėjimas dar nebuvo įrodytas praktiškai. Jei visgi jis tai sugeba, teks ilgokai luktelėti. Rezultatų analizė truks savaites, jei ne mėnesius. „Svarbiausia suvokti misijos sudėtingumą, ir lėtą, bet užtikrintą jos vyksmą,“ sako Squyresas. „Tai jaudinanti misija, bet vystosi kankinančiai lėtai.“

Tokių rezultatų būtų verta laukti. Jei Curiosity rastų aminorūgščių rinkinį su vienu vyraujančiu chirališkumu, tai būtų labai stiprus požymis, rodantis, kad jas Marso praeityje sukūrė gyvi, kvėpuojantys organizmai. Tai būtų pirmas stiprus gyvybės kitame pasaulyje įrodymas ir tikrai pakliūtų į istorijos vadovėlius.

David L. Chandler
New Scientist, № 2905