L’umanità si stava chiedendo se la vita esiste oltre il nostro piccolo pianeta del backwater per così tanto tempo che abbiamo sviluppato una specie di pregiudizi culturali su come sarà la risposta a questa domanda centrale rivelato. La maggior parte di noi probabilmente pensa a quella NASA o qualche altra agenzia spaziale pianificerà una conferenza stampa, un pannello assemblato di luminari scientifici annuncerà i risultati, e i giornali in tutto il mondo saranno la Blare “Non siamo soli!” titoli. Abbiamo visto tutti quel film prima, quindi è così che deve essere, giusto?
Probabilmente no. A corto di un evento improbabile come un atterraggio astronave alieno mentre una vista di Google Street Automobile stava guidando o ricevendo un messaggio radio intelligente inequivocabilmente intelligente dalle stelle, la conclusione che la vita esiste ora o una volta fatta al di fuori della nostra particolare gravità è probabile che sia riuscita Un processo a tratti, un’accrescimento di prove costruita per lungo tempo fino a lungo il saldo, l’unica ragionevole conclusione è che non siamo soli. Ed è esattamente ciò che l’annuncio alla fine dello scorso anno che il Mars Rover perseveranza aveva scoperto che la prova di molecole organiche nelle rocce del cratere di Jezero era – un altro pezzo del puzzle, e un altro passo verso il rispondere alla questione fondamentale dell’unicità della vita .
La scoperta delle molecole organiche su Marte è lontano dalla prova che la vita esisteva una volta lì. Ma è un passo lungo la strada, così come una straordinaria scusa per esaminare i principi scientifici e l’ingegneria degli strumenti che hanno reso possibile questa scoperta – il Whimsicamente chiamato Sherloc e Watson.
Ti piacerebbe alcuni chnops con quello?
Definizione di ciò che costituisce esattamente la vita biologica è difficile, e ci sono molti argomenti filosofici che fangosi le acque anche quando riduci la vita a caratteristiche come la trasformazione dell’energia o la capacità di riprodursi. Ma alla fine della giornata, tali caratteristiche macroscale non aiutano molto quando cerchi la vita microscopica su altri pianeti, specialmente quando si sospetta di essere solo alla ricerca dei resti della vita microbica antica, come è probabile il caso su Marte .
Per esplorare la possibilità che Marte una volta ospitata la vita, la Mars 2020 Mission’s Perseverance Rover Science Science Payload include una gamma di strumenti progettati per cercare i resti più piccoli della vita passata. Il capo tra questi strumenti è Sherloc, per “ambienti abitabili di scansione con Raman e luminescenza per organici e prodotti chimici” – un acronimo un po ‘forzato ma straordinariamente descrittivo.
Nel cuore di Sherloc, che cavalca alla fine del braccio robotico di due metri di Rover, è uno spettrometro ad ultravioletto laser Raman, progettato per identificare le specifiche firme dei cosiddetti elementi di Chnops – carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, fosforo e zolfo. Qualcosa come il 98% della biomassa sulla terra è composto da questi sei elementi; Trovarli su Marte sarà una buona prova che la vita una volta esistesse lì. Ma semplicemente trovare gli elementi di ChNops non crea un campione biologicamente rilevante. È il modo in cui quegli elementi sono organizzati e le strutture formano che determinano se un campione potrebbe avere i resti della vita antica e capire che è ciò che la spettroscopia raman è davvero buona.
Scattering due modi
La spettroscopia di Raman sfrutta ciò che è noto come dispersione inelastica, o dispersione del Raman. Normalmente, le onde elettromagnetiche interagiscono con particelle di materia da elastico, o rayleigh, dispersione. Quando i fotoni in entrata interagiscono con le molecole, gli eccitano dallo stato del terreno a uno stato virtuale di energia superiore. Nella dispersione di Rayleigh, lo stato eccitato collassa rapidamente e la particella ritorna allo stato di terra senza alcuna perdita dell’energia cinetica, il fotone dell’incidente ha avuto. È come una palla da biliardo in movimento che trasferisce tutta la sua energia cinetica in una palla immobile, che poi continua a muoversi mentre la prima palla si ferma morta.
Ma circa uno su 100 milioni di scatterings si traduce nel cadere dallo stato virtuale eccitato a uno stato diverso da dove è iniziata la molecola. Per allungare la prima analogia, questo sarebbe come la sfera da biliardo in movimento che colpisce una palla immobile con una crepa in esso. La palla incrinata assorbe ancora l’energia della palla in arrivo, ma la crepa avrebbe attenuato un po ‘di esso, inviando la palla a una velocità diversa rispetto alla palla in arrivo, e forse anche in una direzione diversa rispetto a una collisione puramente elastica .
Proprio come la differenza di velocità e direzione potrebbe rivelare informazioni sulle caratteristiche della palla incrinata, così anche la dispersione del raman può essere utilizzata per sondare la struttura di una molecola. La differenza di energia tra i fotoni incidenti e i fotoni sparsi dipende dagli stati vibrazionali e di rotazione dei legami chimici all’interno della molecola. Ciò si traduce in una popolazione di fotoni con diverse lunghezze d’onda che rappresentano le diverse obbligazioni chimiche all’interno di una molecola. Quando Sple.D fuori su un rilevatore con una griglia di diffrazione, questi fotoni creano un’impronta digitale che è caratteristica delle molecole nel campione.
Mentre Raman è stato usato per decenni sulla terra per analizzare tutti i tipi di campioni chimici, Sherloc è la prima volta che la tecnica è stata utilizzata su un altro mondo. E come avresti immaginato, ci vuole un po ‘di ingegneria speciale per imballare tutte le ottiche ed elettronica e renderlo non solo abbastanza robusto da sopravvivere ai rigori del viaggio spaziale, ma anche per operare autonomamente.
Costruito per eseguire
L’assemblaggio della torretta Sherloc o STA. L’obiettivo obiettivo ACI / SHERLOC è in basso a sinistra, mentre Watson si trova a destra. Entrambe le telecamere hanno le loro coperture per lenti motorizzate in posizione. Per riferimento, entrambe le telecamere sono di circa 9 cm di oltre 9 cm. NOTA PARTE DEL SISTEMA DI SOSPENSIONE ARZAPOD STATURA VISIBILE Dietro l’obiettivo ACI / SHERLOC. Fonte: NASA-JPL / CALTECH
Per realizzare tutto questo, Sherloc è diviso in due gruppi principali: l’assemblaggio del corpo SHERLOC (SBA) e il gruppo Turret SHERLOC (STA). Il STB è dove si trovano tutti i circuiti di comando e gestione dei dati, e dove vive l’alimentazione. La STA è la fine del business di Sherloc e vive alla fine del braccio robotico della perseveranza. Il cuore della STA è il laser Deep-UV (DUV), un laser in metallo in metallo in metallo neon-rame molto modificato dallo scaffale. Fornisce un impulso altamente stabile 248,60 Nm e dovrebbe durare abbastanza a lungo da consegnare 3 milioni di spettri, che è circa sette volte la durata della progettazione del Rover.
Come con qualsiasi spettroscopio Raman, l’ottica dello Sherloc è un complicato set di lenti, specchi, splitter a fascio e filtri. A differenza della maggior parte dei suoi cugini legati alla terra, però, Sherloc deve gestire il “S” nel suo nome: scansione. Piuttosto che fare affidamento sul controllo fine del braccio robotico per posizionare il suo raggio, Sherloc ha un sottosistema dello scanner che è abbastanza simile ai galvanometri utilizzati per lo sterzo del raggio negli spettacoli laser. Lo scanner fornisce il controllo sherloc del raggio su un’area di esempio da 7 mm x 7 mm con una dimensione del passo inferiore a un micron in entrambe le dimensioni, consentendolo di raccogliere dati dalla più piccola delle funzioni senza dover fare affidamento sulle mosse del braccio del robot.
Un altro modo in cui Sherloc differisce dagli altri strumenti Raman è nella necessità di correlare gli spettri con informazioni spaziali su un campione. Non è abbastanza per ottenere l’impronta digitale spettrale di una particolare sezione di un campione; Piuttosto, Sherloc deve anche determinare il contesto di ciò che il punto esatto sul campione sembra in luce visibile. Per eseguire ciò, Sherloc richiede l’aiuto di due telecamere: l’autofocus e il contesto Imager (ACI), una telecamera in scala di grigi ad alta risoluzione che condivide il percorso ottico dello spettroscopio raman, e Watson, il sensore topografico grandangolare per le operazioni e la telecamera di ingegneria . Watson è una fotocamera separata, a colori e ad alta risoluzione con una capacità a macroistruzione fino a una lunghezza focale da 1,78 cm. Watson e l’ACI insieme sono fondamentalmente l’equivalente dell’obiettivo a mano di un geologo, consentendo Sherloc a sovrapposti le immagini della luce visibili con i dati del Raman su una vasta gamma di distanze operative.
Infine, lo spettroscopio di Raman di Sherloc è progettato per sopravvivere al lungo viaggio a Marte, l’atterraggio ad alta energia e le dure condizioni del mondo freddo e polveroso. Mentre il SBA è immerso in sicurezza all’interno dello scafo della perseveranza, la Sta deve essere esposta agli elementi per fare il suo lavoro. Sherloc è montato su una disposizione esapod di montanti caricati a molla che smorzano le vibrazioni incontrate sia durante le operazioni SpaceFlight e Rover. La STA è inoltre dotata di un complesso sistema di gestione termica, compresi elementi riscaldanti di sopravvivenza che mantengono l’elettronica e l’ottica abbastanza calda da sopravvivere al freddo peggiore marziano.
Il contesto è la chiave
Mentre la maggior parte dell’attenzione del pubblico sulla Missione Mars 2020 finora è stata attirata con l’elicottero ingegnuità selvaggiamente di successo, Sherloc è stato accumulato afflitto a raccogliere i dati praticamente non-stop poiché la perseveranza è arrivata su Marte nel marzo del 2021. La conferma delle organiche Nel cratere Jezero provenne da una serie di campioni analizzati nel settembre del 2021, e in particolare una roccia, che è stata soprannominata “Garde”. L’assemblaggio dell’utensile a bracciolo di Rover è stato utilizzato per macinare alcuni dei rock intemperici prima che Sherloc non venisse in posizione per analizzare il campione.
Garde Rock, con evidenza di organici chiamati. Nota il modo in cui Sherloc può combinare le immagini spia visibili con i dati del Raman per fornire un contesto geologico. Fonte: NASA-JPL / CALTECH.
Grazie al potere dello Sherloc e dalla sua capacità di sovrapporre immagini leggeri visibili con i dati del Raman, gli scienziati planetari sono stati in grado di determinare che Garde contiene sia minerali olivini, che indicano una storia igna e minerali carbonati, che suggeriscono un periodo di acqua passata con la roccia. Questo è coerente con ciò che sappiamo già del cratere Jezero e del delta del fiume che una volta scorreva dentro. Trovare materiali organici in una roccia con quel tipo di storia geologica è un po ‘di dati allettante e puòSomeday dimostra di far parte delle prove che la vita una volta si è stuzzicante su Marte.
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