Лаборатория, получившая название MOMA, является ключевым инструментом, установленным на ExoMars Rover. Это совместной миссии Европейского космического агентства и Роскосмоса при участии специалистов NASA. Запуск миссии к Красной планете планируется осуществить в июле 2020 года.
«Буровая установка ExoMars Rover будет работать на глубине до двух метров. Она предоставит MOMA уникальные образцы марсианской породы. Которые могут содержать сложные органические соединения, сохранившиеся с тех времен, когда жизнь могла возникнуть и существовать на Марсе», – заявил ученый-исследователь MOMA Уитнер Бринкерхофф из Центра космических полетов NASA имени Годдарда.
Сейчас поверхность Марса является негостеприимной для всех известных нам форм жизни. Однако есть свидетельства того, что в далеком прошлом марсианский климат позволял существовать на поверхности планеты жидкой воде. А это – основной ингредиент, необходимый для поддержания биохимических процессов. На Марсе есть места, напоминающие русла высохших рек. А также там обнаружены месторождения минералов, которые образуются только в присутствии жидкой воды. К тому же НАСА постоянно получает свежие данные с Марса от роботизированных самоходных лабораторий. И они нашли признаки существования в прошлом на Марсе условий, позволяющих процветать жизни на планете в далекой древности.
Что умеет MOMA
Инструмент MOMA будет способен обнаруживать большое количество органических молекул. Органические соединения обычно связаны с жизнью. Но в то же время могут появляться и в результате небиологических процессов. Органические молекулы содержат углерод и водород. И могут включать кислород, азот и другие элементы. Чтобы найти эти молекулы на Марсе, команде MOMA необходимо было бы использовать инструменты, которые обычно занимают пару верстаков в лаборатории химии. Поэтому пришлось уменьшить их до размеров тостера. Для того, чтобы их можно было установить на ровере.
MOMA строится на базе одного, очень маленького масс-спектрометра, который разделяет заряженные атомы и молекулы по массе. Основной процесс поиска марсианских органических соединений можно свести к двум этапам: выделение органических молекул из марсианских пород и отложений, и задание им электрического заряда (ионизации). Это позволит их обнаружить и идентифицировать с помощью масс-спектрометра. MOMA обладает двумя методами, применяемыми для обнаружения как можно большего количества различных органических молекул. Первый метод использует печь для нагрева образца. Этот процесс испаряет органические молекулы и отправляет их в тонкую колонну. А она разделяет смеси соединений на отдельные составляющие. Соединения последовательно поступают в масс-спектрометр. Где им дают электрический заряд и сортируют по массе с использованием электрических полей. Каждый тип молекулы имеет набор различных соотношений между массой и электрическим зарядом. Инструмент масс-спектрометра использует этот шаблон, называемый масс-спектром для идентификации молекул.
Некоторые крупные органические молекулы являются очень хрупкими. И разрушаются во время высокотемпературного испарения. Поэтому MOMA имеет второй способ их поиска. Он сжигает образец лазером. Поскольку используется быстрый всплеск лазерного излучения, он испаряет некоторые типы крупных органических молекул, не разрушая их полностью. Лазер также дает этим молекулам электрический заряд. Поэтому они отправляются непосредственно из образца в масс-спектрометр, который их сортирует и идентифицирует.
Хиральность молекул
Некоторые органические молекулы обладают свойством, которое потенциально можно использовать в качестве явного признака того, что их создала жизнью: хиральность. Некоторые органические молекулы, используемые жизнью, встречаются в двух вариантах. Они являются зеркальными отражениями друг друга. На Земле жизнь использует левые аминокислоты и правые сахара для создания больших молекул, необходимых для поддержания биохимических процессов. Это белки из аминокислот и ДНК из сахаров.
MOMA способен обнаруживать хиральность органических молекул. Если он обнаружит органические молекулы прежде всего он выяснит – левая или правая эта молекула. И так с каждой их обнаруженных. Если молекул одного вида будет подавляющее большинство, это может свидетельствовать о том, что эти молекулы производит жизнь. Поскольку небиологические процессы имеют тенденцию создавать равную смесь разновидностей. Это и будет обнаружением того, что называется биосигналом.
Ученые сталкиваются еще с одной проблемой при поиске доказательств наличия жизни – это загрязнение. Земля насыщена жизнью. И ученые должны быть очень осторожны для того, чтобы обнаруженный органический материал не оказался принесенным с Земли. Чтобы предотвратить такую ситуацию команда MOMA позаботилась о том, чтобы инструмент был максимально очищен от земных молекул.
Робот ExoMars будет первым, кто будет исследовать Марс глубоко под его поверхностью. С дрелью, способной брать образцы с глубины до двух метров. Это важно. Потому что тонкая атмосфера Марса и его слабое магнитное поле обеспечивают недостаточную защиту от космического излучения, И оно может постепенно разрушать органические молекулы, оставшиеся на поверхности. Однако верхний слой марсианской поверхности является эффективным щитом. И команда рассчитывает найти большее количество органических молекул в образцах, полученных из-под поверхности.
ExoMars Rover планируется запустить на Марс в июле 2020 года с космодрома Байконур, расположенного в Казахстане.