Kezdődik az élet keresése a Marson

Az idén ősszel startoló Mars Science Laboratory avagy Curiosity a korábbi Mars-járóknál nagyobb és fejlettebb űreszköz. Eredményei alapján kiderülhet, milyen esélyek voltak az élet kialakulására a Marson, és milyen körülményekkel kell esetleg szembenéznie napjainkban.

A Mars kutatása során az egyik legfontosabb cél az egykori és a mai élet lehetőségének vizsgálata. Ilyen szempontból az 1970-es években a két Viking leszállóegység végzett úttörő munkát, amely első alkalommal végezett biológiai kísérleteket a vörös bolygón. Az általuk végrehajtott három vizsgálat az élet mai lehetőségét kereste, emellett szerves anyagra is vadásztak. Az eredmények nem voltak egyértelműek, ennek fényében a későbbi szondákkal inkább egyszerűbb vizsgálatokat céloztak meg, amelyekkel a marsi kémiai folyamatok érthetők meg.

Az új marsjáró műszerei

A Curiosity rover lényegesen nagyobb és fejlettebb korábbi társainál. Tömege 900 kilogramm (a Spirit és az Opportunity 185 kilogrammos), átlagos átmérője 2,7 méter (utóbbi a Spirit és az Opportunity esetében 2 méter). Részben ezen paraméterek miatt sem lehetett már a légzsákos leszállási módszert használni ennél a szondánál, hanem új landolási technikát fejlesztettek ki, amelynek végén közvetlenül a kerekére érkezik a rover. A marsjáró az alábbi tíz műszert viszi magával:

• kamera (MastCam): két multispektrális kamera 15 fok széles látómezővel, 1200x1200 pixeles felbontással és nyolc színszűrővel. Ez előrelépés a Spirit és Opportunity 1024x1024 pixel felbontású kameráihoz képest, az elérhető térbeli felbontás ezzel 1,25-szörösére, a spektrális felbontás pedig 3,67-szorosára nőtt.
• robotkarkamera (MAHLI): közelképek és mikroszkópos felvételek készítésére szolgál a megvizsgált kőzetekről, maximálisan 14,5 mikrométeres felbontásra képes. Ultraibolya tartományú sugárzást kibocsátó LED is tartozik hozzá, amelynek segítségével az eldugott, sötétebb helyeken is képes felvételeket készíteni. Emellett fluoreszcens vizsgálatok is végezhetők vele, bizonyos ásványok ugyanis fluoreszkálnak az UV sugárzástól.
• leszállókamera (MARDI): az ereszkedés során a tájat figyeli, a felszín felett 3,7 kilométeres magasságtól egészen ötméteres magasságig. Az ereszkedésnek ez a fázisa mintegy két percen keresztül zajlik, és eközben másodperceként öt felvételt rögzít a berendezés.
• kémiai kamera (ChemCam): az első lézer indukálta spektrométer (LISB) a Marson, amely hét méter távolságból "lövi" infravörös lézersugárral a célkőzetet. Az ettől elpárolgó kis mennyiségű anyag alkotta plazmabuboréknak 240 és 800 nanométer közötti tartományát vizsgálja, és a színkép alapján határozza meg az összetételt.
• alfarészecske-röntgenspektrométer (APXS): alfarészecskékkel sugározza be a célkőzetet, és az ennek hatására a kőzetből kibocsátott röntgensugarakat elemezve következtet az összetételre.
• mintaelemző műszercsomag (SAM): elsősorban szerves anyagokat és gázokat kereső, illetve vizsgáló berendezés, amely a légkörben és a Mars felszínéről származó mintákban fűtés hatására felszabaduló gázokat elemzi. Egy tömegspektormétert, egy kromatográfot és egy lézeres spektrométert tartalmaz, amelyek oxigén- és szénizotópokat is meg tudnak különböztetni egymástól, főleg széndioxidot és metánt vizsgál majd.
• sugárzásdetektor (RAD): a bolygó felszínén mérhető sugárzásokat határozza meg, részben a jövőben tervezett emberes marsexpedíciók veszélyének megbecslése céljából.
• neutronelemző (RAD): neutronokkal sugározza be a felszínt, és méri az erre adott reakcióként visszaérkező részecskék jellemzőit, amiből a felszín alatti hidrogén gyakoriságára, ebből pedig a H₂O előfordulására következtet.
• meteorológiai állomás (RAD): a légköri paramétereket és az ultraibolya sugárzást érzékelő detektorok együttese, amelyek a légköri hőmérsékletet, nyomást, nedvességtartalmat, szeleket, valamint az UV sugárzás intenzitását vizsgálják a rover árboc jellegű rúdján.
• ereszkedési és leszállási érzékelő (MEDLI): összetett műszercsomag, amely a légköri ereszkedés és landolás során méri a szonda viselkedését, valamint a légkör jellemzőit a magasabb tartományoktól kezdve.
• veszélyelkerülő kamerák (Hazcams): két fekete-fehér kamera a rover jobb és bal első kerekénél, amelyek a veszélyes tereptárgyak elkerülésében, valamint a robotkar irányításában segédkeznek.
• navigációs kamerák (Navcams): két, az árbocon elhelyezett fekete-fehér kamera, amelyek segítéségével térhatású felvétel állítható össze a rover környezetéről, ami a tájékozódást segíti.
• kémiai és ásványtani detektor (CheMin): röntgendiffrakciót és röntgenfluoerszcenciát vizsgáló berendezés, az ásványok meghatározása céljából.

A MER roverek (Spirit és Opportunity) (balra), a Pathfinder (középen) és a Curiosity (jobbra) méretaránya (NASA)

Tudományos célok

A Curiosity eredményei alapján kiderülhet, milyen esélyek voltak az élet egykori kialakulására a Marson, és milyen körülményekkel kell esetleg szembenéznie napjainkban.

Ennek keretében kiemelt figyelmet fordítanak a szerves anyagok azonosítására (amelyek az eddigi megfigyelések szerint csak a légkörben és a marsi meteoritok alapján a felszín alatt mutatkoztak), emellett a szén, hidrogén, nitrogén, oxigén, foszfor és kén (azaz a Földön az elsődleges biogén elemek) gyakoriságát is mérik. Az anyagmintákat gázkromatográfos mérésekhez elpárologtatják, majd komponensek szerint különválasztják őket. A lézerspektrométer fogja az izotópokat elkülöníteni, amelyek dúsulása geológiai, esetleg biológiai folyamatokra utalhat. Mindehhez a mintát egyszerű fúróberendezéssel nyerik a kőzetekből. A megfigyelt ásványok alapján rekonstruálni lehet majd a marsi talajt alakító egykori folyamatokat, meg lehet becsülni, hogy milyen hőmérséklet, kémhatás és mennyi víz volt jelen a keletkezésekor. A mérésekből következtetni lehet a vízjég felszín alatti eloszlására; 1-2 méteres mélységig 0,1%-nyi vízjeget is ki tud majd mutatni a szonda.

Tesztelik a Curiosity rovert a földi szerelőcsarnokban (NASA)

Életnyomok keresése

Bár a Curiosity fő célja a marsi környezet lakhatóságának, illetve az ebből a szempontból fontos tényezők időbeli változásainak a megértése, elméletileg közvetlenül is kimutathat egykori életnyomokat. A legidősebb földi életnyomok izotópanomáliák, valamint sztromatolitok, amelyek élettevékenység morfológiai nyomaként maradtak fent, illetve itt említhetők még a különféle mikrofosszíliák.

Az egykori életnyomok azonosítása még a Földön is nehéz, ennek megfelelően a Mars esetében sem várható, hogy könnyen egyértelmű eredmény születik. A szakemberek ezért minél több oldalról igyekeznek alátámasztani majd az esetleg megfigyelt érdekes objektumok biogén eredetét. Az alábbi táblázat azon potenciális biomarkereket sorolja fel, amelyeket elméletileg a rover képes azonosítani.

Mars Science Laboratory rover által megfigyelhető potenciális biomarker	Azonosítás módja (műszer)	Biomarker megbízhatósága (milyen erősen utal arra, hogy élettevékenységgel keletkezett)
biogén eredetű szerves molekulák	mintavétel (SAM)	erős bizonyíték
biogén gázok	mintavétel (SAM)	erős bizonyíték
testfosszíliák	optikai megörökítés (MAHLI)	alkalmanként erős bizonyíték
biológiai eredetű szerkezeti formák (pl. sztromatolit-jellegű alakzatok)	optikai megörökítés (MastCam, MAHLI)	ritkán megbízható
földi biogén eredetű arányhoz hasonló mars izotóparány	mintavétel (SAM)	lehet erős érv, de ehhez pontosan kell ismerni a környezetet, keletkezés módját
biomineralizáció (biogén eredetű ásványképződés, pl. váz)	kémiai és optikai elemzés (CheMin, ChemCam)	ritkán erős érv
térbeli kémiai mintázat	kémiai és optikai elemzés (CheMin, ChemCam)	ritkán erős érv

Olyan esetekben lenne igazán megbízható az eredmény, ha egyszerre több biomarkert találna a szonda. Fontos lehet olyan ásványok vagy elemösszetétel azonosítása, amelyek abiogén úton nagy valószínűséggel nem jöhettek létre. Szintén kiemelt témakör a Földön megfigyelt, biogén eredetűhöz hasonló dúsulás megfigyelése a szénizotópok esetében, avagy élettevékenység segítségével képződő úgynevezett nem egyensúlyi ásványtársulások megjelenése. Magának a metánnak a vizsgálata is fontos támpontot adhat, amiben izotópdúsulást keres majd a szonda - igaz, ennek a gáznak a koncentrációja nagyon alacsony ma a bolygó légkörében.

Mégsem lesz 3D kamera a Curiosity roveren

Mint arról korábban beszámoltunk, a Curiosity magával vitte volna az Avatar című filmet is rendező James Cameron egyik kameráját, amelynek segítségével látványos térhatású képeket tudott volna készíteni a bolygó felszínéről. A NASA bejelentése alapján a kamera mégsem fog a roveren utazni, mivel annak startjáig már nincs elegendő idő a felszerelés tesztelésére. Bár a rover eredetileg tervezett és már felszerelt kamerája egyszerűbb, és nem képes olyan látványos felvételeket készíteni, mint amilyeneket a 3D kamera tudott volna, a tudományos feladatok ellátásához így is megfelel.

A Curiosity főleg kémiai jellegű mérései mellett kifejezetten biológiai vizsgálatokat is terveznek a Marson, de csak későbbi űrszondákra. Ezek között az egyik legérdekesebb feladat a DNS keresése. Az ehhez szükséges műszer legkorábban 2018-ban startolhat a vörös bolygó felé. Ez a detektor nem aktív élettevékenységet mutatna ki, hanem élettevékenységre utaló nyomokat - amennyiben a marsi életformák erősen hasonlítanak a földiekre.

Animáció a Curiosity rover landolásáról (NASA)