Sherloc et la recherche de la vie sur Mars

L’humanité s’interroge sur la question de savoir si la vie existe au-delà de notre petite planète d’eau de dos pendant si longtemps que nous avons développé une sorte de biais culturel quant à la manière dont la réponse à cette question centrale sera révélé. La plupart d’entre nous pensons probablement que la NASA ou une autre agence spatiale planifiera une conférence de presse, un panel assemblé de luminaires scientifiques annoncera les conclusions et les journaux du monde entier vont se blare “Nous ne sommes pas seuls!” titres. Nous avons tous vu ce film avant, alors c’est comme ça que ça doit être, non?

Probablement pas. à court d’un événement improbable comme un atterrissage d’un vaisseau spatial étranger tandis qu’un Automobile Google Street View conduisait ou recevait un message radio sans ambiguïté des étoiles, la conclusion que la vie existe maintenant ou une fois en dehors de notre gravité particulière est susceptible d’être atteint dans Un processus par morceaux, une accumulation de preuves s’est accumulée sur une longue période jusqu’à l’équilibre, la seule conclusion raisonnable est que nous ne sommes pas seuls. Et c’est exactement quelle annonce à la fin de l’année dernière que la persévérance de Mars Rover avait découvert des preuves de molécules organiques dans les rochers de Jezero Crater était – un autre élément du puzzle, et une autre étape pour répondre à la question fondamentale de l’unicité de la vie .

La découverte de molécules organiques sur Mars est loin de la preuve que la vie existait une fois là-bas. Mais c’est une étape sur le chemin, ainsi qu’une excuse formidable pour examiner les principes scientifiques et l’ingénierie des instruments qui ont possibilisé cette découverte – le sherloc et Watson fantastique.

Voulez-vous des chnops avec ça?

Définir ce qui constitue exactement la vie biologique est difficile, et il existe de nombreux arguments philosophiques qui boudissent les eaux, même lorsque vous réduisez la vie à des caractéristiques telles que la transformation de l’énergie ou la capacité de reproduire. Mais à la fin de la journée, de telles caractéristiques de macroscole n’entraînent pas beaucoup lorsque vous recherchez une vie microscopique sur d’autres planètes – surtout lorsque vous pensez que vous recherchez simplement les vestiges de la vie microbienne ancienne, comme il est probablement le cas sur Mars .

Pour explorer la possibilité que Mars ait une fois nourri la vie, la charge utile de la Science de la mission de Persévérance de la mission de Mars 2020 comprend une gamme d’instruments conçus pour rechercher les plus petits vestiges de la vie passée. Le chef de ces instruments est Sherloc, pour “Numériser des environnements habitables avec Raman et Luminescence pour les produits biologiques et chimiques” – un acronyme un peu forcé mais impressionnant.

Au cœur de Sherloc, qui chevauche à la fin du bras robotique de deux mètres de Rover, est un spectromètre de raman laser à ultraviolets, conçu pour identifier les signatures spécifiques des éléments dits chnops – carbone, hydrogène, azote, oxygène, phosphore et soufre. Quelque chose comme 98% de la biomasse sur la terre est composé de ces six éléments; Les trouver sur Mars sera assez bonne preuve que la vie existait une fois là-bas. Mais simplement trouver les éléments chnops n’entraîne pas un échantillon de manière biologique. C’est la manière dont ces éléments sont organisés et que les structures qu’ils forment qui déterminent si un échantillon peut avoir les vestiges de la vie ancienne et que la spectroscopie raman est vraiment bonne à.

Diffusion de deux manières

La spectroscopie Raman profite de ce que l’on appelle la diffusion inélastique ou la diffusion Raman. Normalement, des ondes électromagnétiques interagissent avec des particules de matière par élastique, ou Rayleigh, diffusion. Lorsque les photons entrants interagissent avec des molécules, ils les excitent de l’état du sol à un état virtuel de plus en énergie. En diffusion de Rayleigh, l’état excité s’effondre rapidement et la particule revient à l’état du sol sans aucune perte de l’énergie cinétique, l’incident photon avait. C’est comme une balle de billard en mouvement qui transfère toute son énergie cinétique dans une balle immobile, qui continue ensuite de bouger pendant que la première balle s’arrête morte.

Mais à propos d’une dispersion sur 100 millions de dollars entraîne la perte de l’état virtuel excité à un état différent de l’emplacement de la molécule. Pour étirer l’analogie antérieure, cela ressemblerait à la balle de billard en mouvement frappant une balle sans mobilier avec une fissure. La balle fissurée absorberait toujours l’énergie de la balle entrante, mais la fissure l’atténuait, en envoyant la balle à une vitesse différente de la balle entrante, et peut-être même dans une direction différente de celle-ci dans une collision purement élastique. .

Tout comme la différence de vitesse et de direction pourrait révéler des informations sur les caractéristiques de la balle fissurée, la diffusion Raman peut également être utilisée pour sonder la structure d’une molécule. La différence d’énergie entre les photons incidents et les photons dispersés dépend des états de vibration et de rotation des liaisons chimiques dans la molécule. Il en résulte une population de photons avec différentes longueurs d’onde qui représentent les différentes liaisons chimiques dans une molécule. Quand la merveilleD OUT sur un détecteur avec une grille de diffraction, ces photons créent une empreinte digitale caractéristique des molécules de l’échantillon.

Bien que Raman ait été utilisé depuis des décennies sur Terre pour analyser toutes sortes d’échantillons de produits chimiques, Sherloc est la première fois que la technique a été utilisée dans un autre monde. Et comme vous l’imaginez, il faut une ingénierie spéciale pour coller toutes les optiques et électroniques et le rendre suffisamment robuste pour survivre aux rigueurs des voyages spatiaux, mais également pour fonctionner de manière autonome.

Construit pour effectuer

L’assemblage de la tourelle Sherloc, ou STA. L’objectif ACI / Sherloc Objectif est en bas à gauche, tandis que Watson est situé au milieu à droite. Les deux caméras ont leurs couvertures de lentilles motorisées en place. Pour référence, les deux caméras sont d’environ 9 cm à travers. NOTE PARTIE DU SYSTÈME DE SUSPENSION DE STRUT HEXAPOD VISITE DE L’OBJECTIF ACI / SHERLOC. Source: NASA-JPL / CALTECH
Pour accomplir tout cela, Sherloc est divisé en deux assemblées principales: l’ensemble du corps Sherloc (SBA) et l’assemblage de la tourelle Sherloc (STA). Le STB est l’endroit où toutes les circuits de commande et de manutention de données sont situés et où la puissance vit. La STA est la fin de Sherloc et vit à la fin du bras robotique de la persévérance. Le cœur de la STA est le laser Profond UV (DUV), un laser de vapeur métallique néon-cuivre hors tension fortement modifié. Il fournit une impulsion de 248,60 nm hautement stable et devrait durer assez longtemps pour livrer 3 millions de spectres, soit environ sept fois la vie de conception de la rover.

Comme avec tout spectroscope Raman, l’optique de Sherloc est un ensemble compliqué de lentilles, de miroirs, de séparateurs de faisceaux et de filtres. Contrairement à la plupart de ses cousins ​​liés à la Terre, Sherloc doit gérer le “S” dans son nom: Numérisation. Plutôt que de compter sur le contrôle fin du bras robotique pour positionner sa faisceau, Sherloc a un sous-système de scanner qui ressemble assez aux galvanomètres utilisés pour la direction de faisceau dans des spectacles au laser. Le scanner donne la commande Sherloc du faisceau sur une zone d’échantillonnage de 7 mm de 7 mm avec une taille de pas inférieure à un micron dans les deux dimensions, ce qui lui permet de recueillir des données de la plus petite des caractéristiques sans avoir à compter sur les mouvements de bras de robot.

Une autre manière dans laquelle Sherloc diffère d’autres instruments Raman dans la nécessité de corréler des spectres avec des informations spatiales sur un échantillon. Il ne suffit pas d’obtenir l’empreinte spectrale d’une section particulière d’un échantillon; Sherloc doit également déterminer le contexte de ce que cet endroit exact sur l’échantillon ressemble à une lumière visible. Pour ce faire, Sherloc nécessite l’aide de deux caméras: l’image automatique et l’imageur de contexte (ACI), une caméra grisale haute résolution qui partage le chemin optique du spectroscope raman et Watson, le capteur topographique grand angle pour les opérations et la caméra d’ingénierie . Watson est une caméra haute résolution distincte et haute résolution avec une capacité macro à une distance focale de 1,78 cm. Watson et l’ACI ensemble sont fondamentalement l’équivalent d’une lentille à la main de géologue, permettant à Sherloc de superposer des images lumineuses visibles avec des données Raman sur une large gamme de distances de fonctionnement.

Enfin, le spectroscope Raman de Sherloc est conçu pour survivre au long voyage à Mars, à l’atterrissage de haute énergie et aux conditions difficiles du monde froid et poussiéreux. Bien que la SBA soit nichée en toute sécurité à l’intérieur de la coque de la persévérance, la STA doit être exposée aux éléments pour faire son travail. Sherloc est monté sur une disposition hexapodique des jambes de force à ressort qui freinent les vibrations rencontrées à la fois pendant les opérations d’espace space et de rover. Le STA est également équipé d’un système de gestion thermique complexe, y compris des éléments de chauffage de survie qui maintiennent l’électronique et les optiques suffisamment chaudes pour survivre au pire mantien froid.

Le contexte est la clé

Bien que la majeure partie de l’attention du public sur la mission Mars 2020 ait jusqu’à présent été attirée sur l’hélicoptère d’ingéniosité sauvagement réussie, Sherloc a suscité des données à peu près sans arrêt, car la persévérance est arrivée sur Mars en mars 2021. La confirmation des organiques Dans Jezero Crater provenait d’une série d’échantillons analysés en septembre de 2021 et un rocher en particulier, qui a été surnommé “Garde”. L’ensemble d’outils monté sur le bras du rover a été utilisé pour éliminer certaines des roches altérées avant que Sherloc ne soit basculé pour analyser l’échantillon.

Garde Rock, avec des preuves d’organiques appelées. Remarque La manière dont Sherloc peut combiner les images lumineuses visibles avec des données Raman pour fournir un contexte géologique. Source: NASA-JPL / CALTECH.
Grâce au pouvoir de Sherloc et à sa capacité à superposer des images légères visibles avec des données Raman, des scientifiques planétaires ont pu déterminer que la garde contient à la fois des minéraux d’Olivine, qui indiquent une histoire ignée et des minéraux carbonatés, qui suggèrent une période passée d’eau réactive avec le rocher. Cela correspond à ce que nous connaissons déjà sur le cratère JEZERO et le Delta de la rivière qui y a coulé une fois. trouver des matériaux organiques dans un rocher avec ce type d’antécédents géologiques est un peu de données résolus et peutUn jour se révèle faire partie de la preuve que la vie une fois grimpé sur Mars.