Długo biłem się z myślami, by pierwszy raz w historii cyklu zastosować clickbaitowy tytuł odcinka, ale na szczęście rozsądek przezwyciężył to pragnienie. Niezależnie od naszych chęci usłyszenia cudownych wieści o życiu pozaziemskim, na takowe przyjdzie nam jeszcze trochę poczekać. NASA patrzy jednak w przyszłość optymistycznie – to, co Curiosity odkrył na Marsie, może wprost oznaczać, że zbliżamy się do upragnionego celu, jakim jest odkrycie jakichkolwiek pozostałości życia.
Zaczniemy od definicji. Czym są związki organiczne? Tą nazwą określa się wszystkie (prawie) związki chemiczne, które zawierają węgiel; występuje tu kilka wyjątków, na przykład dwutlenek węgla, ale generalnie definicja jest prosta. Tyczy się ona zarówno związków pochodzenia naturalnego, jak i sztucznego. Naturalnie związki organiczne występują w organizmach żywych i ich szczątkach, ale także po prostu w przyrodzie. Sztucznie jesteśmy już w stanie wytwarzać związki występujące naturalnie, ich ulepszone wersje, a także związki całkowicie nowe. Nie chcę się tutaj skupiać na chemii, ale z tej krótkiej definicji wynika jedna istotna rzecz. Skoro na Marsie nie ma cywilizacji, związki sztucznego pochodzenia są wykluczone. Pozostaje więc pochodzenie naturalne, natomiast wciąż otwarta jest kwestia ich konkretnego źródła.
Kuriozalny Curiosity
Łazik Curiosity określany jest mianem najbardziej zaawansowanego laboratorium wysłanego poza Ziemię. Naukowcy wyposażyli go w szereg modułów o różnych zastosowaniach – kamery, stacje monitorowania środowiska, czujniki promieniowania czy wreszcie SAM. Sample Analysis at Mars, bo tak brzmi pełna nazwa modułu, jest sekcją łazika, której zadanie polega na analizie próbek pod kątem poszukiwania właśnie związków organicznych. Urządzenie jest takim małym piekarnikiem – próbki są do niego wsadzane i podgrzewane do temperatury wystarczająco wysokiej, by owe związki uwalniały się od reszty. Następnie całość badana jest przez dwa spektrometry i jeden chromatograf gazowy. Nie będę się zagłębiał w szczegóły – z grubsza chodzi o to, by z danej próbki gleby (bądź gazu) wyodrębnić poszczególne składniki i móc z całą pewnością stwierdzić: tak, to jest związek organiczny. Poszukiwane są także istotne dla życia pierwiastki, takie jak azot, fosfor, siarka, tlen i wodór.
Curiosity wylądował i obecnie wciąż znajduje się w kraterze Gale, który, według danych dostarczonych przez sondy, kiedyś był całkiem przyjemnym jeziorkiem wypełnionym wodą. Miejsce lądowania zostało wybrane nieprzypadkowo – ziemskie doświadczenie mówi nam, że to właśnie w wodzie narodziło się pierwsze życie. Istnieje więc pewne prawdopodobieństwo, że na Marsie jego ślady odkryjemy właśnie tam, gdzie niegdyś znajdowało się dużo wody.
Pradawny materiał organiczny
Przyznaję bez bicia – określenie „pradawny materiał organiczny” może brzmieć nieco enigmatycznie. Jest jednak jak najbardziej zgodne z rzeczywistością – Curiosity zbadał próbki pochodzące ze skał osadowych, których wiek określony został na mniej więcej trzy miliardy lat. Sam Mars uformował się jakieś cztery i pół miliarda lat temu, więc z czystym sumieniem można nowo zbadane związki organiczne nazwać pradawnymi. Ale to tylko taka mała dygresja. Musicie wiedzieć, że promieniowanie kosmiczne jest dla materii organicznej bardzo szkodliwe, ponieważ zwyczajnie rozkłada ją na mniejsze części. Ponieważ Mars niemal nie posiada magnetosfery, nie jest chroniony przed choćby wiatrem słonecznym. Powierzchnia planety jest zatem niemal absolutnie martwa, natomiast pod powierzchnią, jak widać, coś się jednak zachowało.
Próbki, w których odkryto związki organiczne, pochodzą z głębokości zaledwie pięciu centymetrów i jest to chyba najbardziej istotna wiadomość dotycząca odkrycia. Skoro na tak niewielkiej wysokości już natrafiliśmy na taki materiał, to co znajdziemy, gdy wkopiemy się jeszcze głębiej? Stężenie węgla w tych związkach jest około stu razy większe, niż to, które wcześniej odkrywane było na powierzchni. Pomimo tego, że badamy Marsa od kilkudziesięciu lat, każda misja w pewnym stopniu bazowana jest na przewidywaniach. Curiosity jest łazikiem mocno wielozadaniowym i ta wielozadaniowość spełnia swoją funkcję – odkrycie związków organicznych bezpośrednio wskazało jeden z głównych celów przyszłych marsjańskich misji. W tym momencie NASA musi zastanowić się, czy zbudowanie łazika przystosowanego głównie do wykonywania głębszych odwiertów ma sens i czy waga ewentualnych odkryć warta jest takiego poświęcenia.
Tylko co to odkrycie właściwie znaczy? Wspomniałem na początku, że otwarta pozostaje kwestia źródła odkrytych związków organicznych. Jest kilka możliwości – albo są to pozostałości żywych organizmów, albo zaledwie podstawowe cegiełki budujące życie, albo związki pochodzenia innego, niż biologiczne. Przyrządy Curiosity nie są w stanie ustalić źródeł, natomiast samo odkrycie jest przełomowe, jakie by one nie były. Nawet, jeśli nie pochodzą one z jakichś mikrobów czy czegoś, co takie mikroby mogły jeść, to wciąż mogą nam powiedzieć coś o procesach atmosferycznych lub geologicznych zachodzących niegdyś na Marsie.
Dziwny marsjański metan
Równolegle z zespołem, który badał próbki gleby, inny zespół naukowców przyglądał się danym zbieranym przez Curiosity od kilku lat. Pod uwagę brane były także wyniki obserwacji przeprowadzanych jeszcze przez naziemne teleskopy, a także inne pojazdy, na przykład orbiter Mars Express. Generalnie chodzi o to, że zawartość metanu w atmosferze Marsa zmienia się cyklicznie. O ile obecność pozostałych gazów jest dość mocno powiązana ze stężeniem dwutlenku węgla, o tyle metan zmienia się w sposób niepasujący do wzoru. Mało tego – jest go na tyle dużo, że niemożliwe jest, by został na planetę dostarczony tylko przez meteoryty. Ze źródeł wykluczono nawet działalność samego łazika.
Skąd więc biorą się te zmiany? Najbardziej prawdopodobnym rozwiązaniem jest jakiś podziemny zbiornik (lub zbiorniki) metanu, z którego część gazu przedostaje się na powierzchnię. Na Ziemi metan uwięziony jest w tak zwanych klatratach metanowych. Klatraty to takie struktury, w których występuje regularna sieć krystaliczna jednego związku chemicznego z cząsteczkami innego związku obecnymi w lukach tej sieci. Przykładem jest właśnie metan i woda, czyli, tłumacząc na ludzki, metan uwięziony w zamarzniętym lodzie.
W lutym tego roku do pracy zabrał się Trace Gas Orbiter, czyli sonda, która została na Marsa wysłana wraz z lądownkiem Schiaparelli. Jak pamiętamy, Schiaparelli zakończył swoje istnienie w tumanie pyłu wzbitym po zbyt mocnym uderzeniu lądownika o ziemię, ale część pozostająca na orbicie działa bez zarzutu. Głównym zadaniem sondy jest zmapowanie metanu w atmosferze. Prosta sprawa – dokładne odwzorowanie jego zawartości na całej planecie być może pozwoli odkryć potencjalne źródło owych zmian zawartości tego gazu w atmosferze. Wystarczy, że w jakimś miejscu stale będzie znajdywało się go więcej niż w innym, i voilà, mamy to.
Co to będzie?
Jennifer Eigenbrode, naukowiec z Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA, przyznaje, że pierwszy raz wpadła na trop związków organicznych już rok temu. Dotąd trwały badania mające potwierdzić, że bezsprzecznie mamy do czynienia z ważnym odkryciem. Eigenbrode powiedziała również, że na takie wyniki czekali od 1976 roku. Co prawda w 2013 Curiosity odkrył jakieś związki organiczne zawierające chlor i znajdujące się na samym dnie krateru Gale, lecz najwyraźniej nie było to odkrycie aż tak niesamowite, jak to, którego dokonał teraz. Teraz bowiem z całą pewnością zostało stwierdzone, że życie mogło na Marsie istnieć, bo były ku temu odpowiednie warunki.
A co będzie w przyszłości? Oprócz sondy Trace Gas Orbiter nadzieje pokładane są także w łaziku o jakże oryginalnej nazwie Mars 2020. Cechą charakterystyczną tego następcy Curiosity będzie zbieranie próbek w celu odesłania ich na Ziemię. Na chwilę obecną nie mam pojęcia, jak zamierzają tego dokonać, ale nie da się ukryć, że ziemskie laboratoria mogłyby powiedzieć nam znacznie więcej, niż podręczne moduły marsjańskich łazików. Mimo to nie można odmówić im skuteczności – odkrycie związków organicznych (całe szczęście, że nie związków zawodowych) to kolejny istotny krok ku lepszemu zrozumieniu naszego najbliższego kosmicznego otoczenia.
MiniNauka #15: NASA InSight – kolejny lądownik rusza na Marsa
źródła: nasa, popsci / Zdjęcie tytułowe od NASA/JPL/University of Arizona
_
#MiniNauka to cykl, w ramach którego staram się przekuwać swoje naukowe (czy raczej popularnonaukowe) zainteresowania w treści popularyzujące wiedzę o świecie i zjawiskach w nim zachodzących. Poruszam się po obszarach fizyki, kosmosu i technologii przyszłości, nierzadko sięgając po inne, powiązane dziedziny, przy zachowaniu przystępnej formy i względnie prostego języka.