stringtranslate.com

Ледокол Жизнь

Icebreaker Life — это концепция миссии спускаемого аппарата на Марс , предложенная в рамках программы NASA Discovery . [5] Миссия включает в себя стационарный посадочный модуль, который будет почти копией успешных космических кораблей Phoenix и InSight 2008 года , но будет нести научную астробиологическую полезную нагрузку, включая бур для отбора проб сцементированного льдом грунта на северных равнинах для проведения поиска биосигнатуры текущей или прошлой жизни на Марсе . [1] [6]

Научные цели Icebreaker Life сосредоточены на отборе проб сцементированного льдом грунта на предмет его потенциала по сохранению и защите биомолекул или биосигнатур . [2] [7]

Icebreaker Life не был выбран во время соревнований Discovery Program в 2015 и 2019 годах.

Профиль миссии

Миссия Icebreaker Life была разработана на основе успешного спускаемого аппарата Phoenix 2008 года с точки зрения платформы и северной посадочной площадки. Icebreaker Life также будет работать на солнечной энергии и сможет вместить бур и остальную полезную нагрузку лишь с небольшими модификациями оригинального посадочного модуля.

Если бы он был выбран для миссии 13 программы Discovery , посадочный модуль был бы запущен не позднее декабря 2021 года. [1] Посадочный модуль прибудет к северным равнинам Марса в 2022 году. Операции на поверхности продлятся 90 солов. Командование, контроль и передача данных созданы по образцу миссии «Феникс» с ретрансляцией на орбитальные аппараты Марса и прямой связью с Землей в качестве резервной копии. Кристофер Маккей — главный следователь.

В 2010 году научная полезная нагрузка Icebreaker была предложена в качестве базовой научной полезной нагрузки для разработки совместной миссии NASA и SpaceX, ныне отмененной, под названием Red Dragon . [8] [9]

Цели

Миссия Mars Icebreaker Life направлена ​​на достижение следующих научных целей:

  1. Поиск конкретных биомолекул, которые могли бы стать убедительным доказательством существования жизни.
  2. Выполните общий поиск органических молекул в подземном льду.
  3. Определить процессы образования подземных льдов и роль жидкой воды .
  4. Изучите механические свойства марсианской полярной ледяной почвы.
  5. Оцените недавнюю обитаемость (5 миллионов лет назад) окружающей среды в отношении необходимых элементов для поддержания жизни, источников энергии и возможных токсичных элементов.
  6. Сравните элементный состав северных равнин со среднеширотными участками.

Чтобы углубить нынешнее понимание обитаемости льда на северных равнинах и провести прямой поиск органики, миссия Mars Icebreaker Life фокусируется на следующих научных целях:

  1.  Поиск конкретных биомолекул, которые могли бы стать убедительным доказательством прошлой жизни. Биомолекулы могут присутствовать, потому что место посадки Феникса , вероятно, было обитаемым в недавней марсианской истории. Подземный лед может защищать органические молекулы на Марсе от разрушения окислителями и радиацией, и в результате органика из биологических или метеоритных источников может быть обнаружена в богатой полярным льдом грунте в значительных концентрациях.
  2.  Выполните общий поиск органических молекул в подземном льду. Если бы существовали пригодные для жизни условия, то любая органика могла бы иметь недавнее (<10 миллионов лет) биологическое происхождение.
  3.  Определить природу образования подземных льдов и роль жидкой воды . Возможно, в течение последних <10 миллионов лет в поверхностных почвах северных полярных регионов образовалась жидкая вода из-за орбитальных изменений инсоляции .
  4.  Изучите механические свойства марсианской полярной ледяной почвы. Полярный лед может стать ресурсом для исследований человеком, а его механические свойства будут отражать стратиграфию льда и почвы, что может служить основой для моделей истории климата.
  5.  Оцените недавнюю пригодность окружающей среды для жизни в отношении элементов, необходимых для поддержания жизни, источников энергии и возможных токсичных элементов. Перхлорат, присутствующий на объекте в Финиксе, может стать полезным источником энергии, если в нем присутствует двухвалентное железо. Для обитаемости необходим источник фиксированного азота, например нитраты .
  6.  Сравните элементный состав северных равнин со среднеширотными участками.

Дубликаты образцов могут быть закешированы в качестве цели для возможного возвращения в ходе миссии по возврату образцов с Марса . [6] Если бы было доказано, что образцы содержат органические биосигнатуры , интерес к их возвращению на Землю был бы высоким.

Наука

Результаты предыдущих миссий, и в частности миссии «Феникс» , указывают на то, что сцементированная льдом земля на северных полярных равнинах, вероятно, является последним обитаемым местом, которое в настоящее время известно на Марсе. Приповерхностный лед, вероятно, обеспечивал достаточную активность воды (a w ) в периоды высокого наклона 5 миллионов лет назад, когда наклон орбиты Марса составлял 45° по сравнению с нынешним значением 25°, а подземный лед, возможно, растаял достаточно, чтобы сохранять органические молекулы, включая органические биосигнатуры .

Два спускаемых аппарата «Викинг» провели в 1976 году первый и пока единственный поиск современной жизни на Марсе. Биологические эксперименты были направлены на обнаружение живых организмов на основе гипотезы о том, что микробная жизнь будет широко присутствовать в почвах, как и на Земле, и что она будет реагировать на питательные вещества, добавляемые с жидкой водой. Биологические эксперименты « Викинг» успешно прошли на обоих спускаемых модулях, при этом прибор продемонстрировал признаки активного бактериального метаболизма , но этого не произошло с дублирующим образцом, подвергнутым термообработке. [10]

Другие приборы дали отрицательные результаты в отношении присутствия органических соединений. Результаты миссии «Викинг» , касающиеся жизни, широким экспертным сообществом рассматриваются в лучшем случае как неубедительные. [10] [11] Ученые пришли к выводу, что неоднозначные результаты могли быть вызваны окислителем в почве. [12] Прибор органического анализа на Фениксе ( TEGA ) также не сработал из-за присутствия окислителя в почве, но этот посадочный модуль смог его идентифицировать: перхлорат . [13] Инструмент SAM ( анализ проб на Марсе ), который в настоящее время используется на борту марсохода Curiosity Марсианской научной лаборатории , имеет три возможности, которые должны позволить ему обнаруживать органические вещества, несмотря на помехи от перхлората.

Нулевой результат подтвердит, что земноподобная жизнь, скорее всего, не присутствует в подземном льду, возможно, самой пригодной для жизни среде, известной в настоящее время на Марсе, подразумевая, что земноподобная жизнь отсутствует на Марсе в целом. Это снизит риск биологических опасностей во время исследования человеком или возврата образцов. Однако это не исключает жизни, не имеющей земных биомаркеров.

Сохранение биомолекул

Одна из ключевых целей миссии Icebreaker Life — проверить гипотезу о том, что богатая льдом почва в полярных регионах имеет значительные концентрации органики из-за защиты льда от окислителей и радиации . [2] Небиологическая органика из падающих метеоритов может быть обнаружена в богатой полярным льдом земле в значительных концентрациях, поэтому их можно использовать в качестве индикаторов того, что лед действительно защищает и сохраняет органические молекулы, биологические или нет.

Если небиологическая органика будет обнаружена, то северные полярные регионы станут привлекательной целью для будущих астробиологических миссий, особенно из-за потенциальной недавней обитаемости (5 миллионов лет назад) этого льда. Биомолекулами -мишенями будут аминокислоты , белки , полисахариды , нуклеиновые кислоты ( например , ДНК , РНК ) и некоторые их производные, НАД +, участвующий в окислительно-восстановительных реакциях, цАМФ для внутриклеточных сигналов и образующиеся полимерные соединения, такие как гуминовые кислоты и полиглутаминовая кислота . путем бактериальной ферментации .

Ионизирующего излучения

Ионизирующее излучение и фотохимические окислители более разрушительны для сухого реголита, поэтому может потребоваться достичь глубины ~ 1 м (3 фута 3 дюйма), где органические молекулы могут быть защищены льдом от поверхностных условий. Оптимальная скорость отложения на месте посадки должна быть такой, чтобы бур диаметром 1 м (3 фута 3 дюйма) мог взять пробу через отложения возрастом 6 миллионов лет.

Перхлорат

Перхлорат — наиболее окисленная форма элемента хлора , но он не является реактивным в условиях окружающей среды на Марсе. Однако при нагревании до температуры выше 350 °C перхлорат разлагается и выделяет активный хлор и кислород. Таким образом, термическая обработка почв викингами и фениксами уничтожила бы ту самую органику, которую они пытались обнаружить; таким образом, отсутствие обнаружения органических веществ Viking и обнаружение хлорированных органических соединений может отражать присутствие перхлоратов, а не отсутствие органических веществ.

Особое значение имеет тот факт, что некоторые микроорганизмы на Земле растут посредством анаэробной восстановительной диссимиляции перхлората, и один из специфических используемых ферментов, перхлоратредуктаза , присутствует во всех известных примерах этих микроорганизмов. Кроме того, перхлораты токсичны для человека, поэтому понимание химии и распределения перхлоратов на Марсе может стать важной предпосылкой перед первой миссией человека на Марс .

Обитаемость

Хотя солнечный свет является мощным источником энергии для жизни, он вряд ли будет биологически полезен на современном Марсе, поскольку требует, чтобы жизнь на поверхности находилась под воздействием крайне смертоносной радиации и сухих условий. [14] [15] [16] [17]

По оценкам команды, если 5 миллионов лет назад сцементированный льдом грунт на месте приземления действительно был поднят до температуры выше -20 °C, то возникшая в результате активность воды (a w = 0,82) могла способствовать микробной активности в тонком слое воды. пленки незамерзшей воды, образующиеся на защищаемой границе под почвой и льдом при температуре выше −20 °С. Icebreaker Life будет изучать концентрацию и распределение двухвалентного железа , нитрата и перхлората как биологически полезных окислительно-восстановительных пар (или источника энергии) в подземном льду. Маккей утверждает, что подповерхностная хемоавтотрофия является реальной энергетической альтернативой марсианской жизни. Он предполагает, что перхлорат и нитрат могли бы образовывать окислительные партнеры в окислительно-восстановительной паре, если бы был доступен подходящий восстановленный материал.

Фиксация азота

После углерода азот , возможно, является наиболее важным элементом, необходимым для жизни. Таким образом, для решения вопроса о его распространении и распространении необходимы измерения содержания нитратов в диапазоне от 0,1% до 5%. Азот (в виде N 2 ) в атмосфере присутствует в небольших количествах, но этого недостаточно для поддержания фиксации азота для биологического включения. Азот в форме нитрата , если он присутствует, может быть ресурсом для исследования человеком как в качестве питательного вещества для роста растений, так и для использования в химических процессах.

На Земле нитраты коррелируют с перхлоратами в пустынной среде, и это также может быть верно и на Марсе. Ожидается, что нитрат на Марсе стабилен и образуется в результате ударных и электрических процессов. На данный момент данных о его наличии нет.

Предлагаемая полезная нагрузка

Члены команды Icebreaker Life во время испытаний автоматизации буровых работ в Университетской долине в Антарктиде, на аналогичной марсианской площадке.

Ледокол «Жизнь» будет оснащен роторно-ударным буром, а предлагаемые научные инструменты уже прошли испытания в соответствующих аналоговых средах и на Марсе. [2] [6]

Планетарная защита

Миссия должна соответствовать требованиям планетарной защиты , установленным НАСА и международным комитетом по космическим исследованиям (КОСПАР).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcd Чой, Чарльз К. (16 мая 2013 г.). «Миссия жизни ледокола». Журнал «Астробиология» . Архивировано из оригинала 23 сентября 2020 г. Проверено 1 июля 2013 г.{{cite news}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  2. ↑ abcd Gronstal, Аарон Л. (18 апреля 2014 г.). «Подробное описание предлагаемой миссии «Ледокол» на Марс». Физическая орг . Проверено 13 октября 2014 г.
  3. ^ "Литография InSight" (PDF) . НАСА. Июль 2015 г. LG-2015-07-072-HQ. Архивировано из оригинала (PDF) 9 февраля 2017 г. Проверено 06 февраля 2019 г.
  4. ^ Манн, А (2018). «Внутренняя работа: охота за микробной жизнью по всей солнечной системе». Proc Natl Acad Sci США . 115 (45): 11348–11350. дои : 10.1073/pnas.1816535115 . ПМК 6233070 . ПМИД  30401758.  Цитата: […] готовит «Ледокол» к участию в следующем раунде финансирования НАСА «Дискавери», и миссия может быть выбрана в ближайшие несколько лет и будет готова к 2026 году.
  5. ^ Маккей, Кристофер П.; Кэрол Р. Стокер; Брайан Дж. Гласс; Арвен И. Даве; Альфонсо Ф. Давила; Дженнифер Л. Хелдманн; Маринова Маргарита Михайловна; Альберто Дж. Файрен; Ричард К. Куинн; Крис А. Закни; Гейл Полсен; Питер Х. Смит; Виктор Парро; Дейл Т. Андерсен; Майкл Х. Хехт; Денис Ласель и Уэйн Х. Поллард (5 апреля 2013 г.). « Миссия ледокола Life на Марс: поиск биомолекулярных доказательств существования жизни». Астробиология . 13 (4): 334–353. Бибкод : 2013AsBio..13..334M. дои : 10.1089/ast.2012.0878. ПМИД  23560417.
  6. ^ abc Маккей, CP; Кэрол Р. Стокер; Брайан Дж. Гласс; Арвен И. Даве; Альфонсо Ф. Давила; Дженнифер Л. Хелдманн; Маринова Маргарита Михайловна; Альберто Дж. Файрен; Ричард К. Куинн; Крис А. Закни; Гейл Полсен; Питер Х. Смит; Виктор Парро; Дейл Т. Андерсен; Майкл Х. Хехт; Денис Ласель и Уэйн Х. Поллард (2012). «МИССИЯ ЛЕДОКОЛ-ЖИЗНЬ НА МАРС: ПОИСК БИОХИМИЧЕСКИХ ДОКАЗАТЕЛЬСТВ ЖИЗНИ» (PDF) . Концепции и подходы к исследованию Марса . Лунно-планетарный институт .
  7. ^ Гласс, Би Джей; Дэйв, А.; Маккей, CP; Полсен, Г. (2014). «Робототехника и автоматизация для «Ледокола»". J. Field Robotics . 31 (1): 192–205. Бибкод : 2013JFRob...2..192G. doi : 10.1002/rob.21487. S2CID  8971380.
  8. ^ Гласс, Би Джей; Дэйв, А.; Полсен, Г.; Маккей, CP (14 ноября 2013 г.). «Робототехника и автоматизация для «Ледокола»". Журнал полевой робототехники . 31 (1): 192–205. Бибкод : 2013JFRob...2..192G. doi : 10.1002/rob.21487. S2CID  8971380.
  9. ↑ Груш, Лорен (19 июля 2017 г.). «Илон Маск предполагает, что SpaceX отказывается от планов по посадке капсул Dragon на Марс». Грань .
  10. ^ аб Кляйн, Гарольд П.; Горовиц, Норман Х.; Левин, Гилберт В.; Ояма, Вэнс И.; Ледерберг, Джошуа; Рич, Александр; Хаббард, Джерри С.; Хобби, Джордж Л.; и другие. (1976). «Биологическое исследование викингов: предварительные результаты». Наука . 194 (4260): 99–105. Бибкод : 1976Sci...194...99K. дои : 10.1126/science.194.4260.99. PMID  17793090. S2CID  24957458.
  11. ^ Чемберс, Пол (1999). Жизнь на Марсе; Полная история . Лондон: Бландфорд. ISBN 978-0-7137-2747-0.
  12. ^ Маккей, Кристофер П.; Ф. Дж. Грюнтанер; АЛ Лейн; М. Херринг; Р.К. Бартман; А. Ксендзов; К. М. Мэннинг (1998). «Марсианский окислитель (MOx) для Марса '96» (PDF) . Планетарная и космическая наука . 46 (6/7): 769–777. Бибкод : 1998P&SS...46..169A. дои : 10.1016/S0032-0633(97)00173-6. PMID  11541819. Архивировано из оригинала (PDF) 12 августа 2017 г. Проверено 2 июля 2013 г.
  13. ^ Хехт, Миннесота; Кунавес, СП; Куинн, Колорадо; Уэст, С.Дж.; Молодой, SMM; Мин, Д.В.; Кэтлинг, округ Колумбия; Кларк, Британская Колумбия; Бойнтон, Западная Вирджиния; Хоффман, Дж.; Дефлорес, LP; Господинова, К.; Капит, Дж.; Смит, штат Пенсильвания (3 июля 2009 г.). «Обнаружение перхлората и растворимый химический состав марсианской почвы на посадочной площадке Феникс». Наука . 325 (5936): 64–67. Бибкод : 2009Sci...325...64H. дои : 10.1126/science.1172466. PMID  19574385. S2CID  24299495.
  14. ^ Дартнелл, ЛР; Дезоргер, Л.; Уорд, Дж. М.; Коутс, Эй Джей (2007). «Моделирование поверхностной и подземной радиационной среды Марса: значение для астробиологии». Письма о геофизических исследованиях . 34 (2). Бибкод : 2007GeoRL..34.2207D. дои : 10.1029/2006GL027494 . S2CID  59046908. Повреждающее воздействие ионизирующей радиации на клеточную структуру является одним из главных ограничивающих факторов выживания жизни в потенциальных астробиологических средах обитания.
  15. ^ Дартнелл, ЛР; Дезоргер, Л.; Уорд, Дж. М.; Коутс, Эй Джей (2007). «Марсианское подземное ионизирующее излучение: биосигнатуры и геология». Биогеонауки . 4 (4): 545–558. Бибкод : 2007BGeo....4..545D. CiteSeerX 10.1.1.391.4090 . дои : 10.5194/bg-4-545-2007 . S2CID  8888768. Это поле ионизирующего излучения вредно для выживания спящих клеток или спор, а также для сохранения молекулярных биомаркеров в недрах и, следовательно, для его характеристики. [..] Даже на глубине 2 метров под поверхностью любые микробы, скорее всего, будут находиться в состоянии покоя, криоконсервированы нынешними условиями замерзания и, следовательно, метаболически неактивны и неспособны восстанавливать клеточную деградацию по мере ее возникновения. 
  16. ^ Дартнелл, Льюис Р.; Майкл С. Сторри-Ломбарди; Ян-Питер. Мюллер; Андрей. Д. Гриффитс; Эндрю Дж. Коутс; Джон М. Уорд (7–11 марта 2011 г.). «Влияние космического излучения на поверхность Марса для выживания микробов и обнаружения флуоресцентных биосигнатур» (PDF) . 42-я конференция по наукам о Луне и планетах (1608 г.). Вудлендс, Техас: 1977. Бибкод : 2011LPI....42.1977D.
  17. ^ Программа исследования Марса. «Цель 1: определить, возникла ли когда-либо жизнь на Марсе». НАСА . Проверено 29 июня 2013 г.
  18. ^ аб Даве, Арвен; Сара Дж. Томпсон; Кристофер П. Маккей; Кэрол Р. Стокер; Крис Закни; Гейл Полсен; Болек Меллерович; Брайан Дж. Гласс; Дэвид Уилсон; Розальба Бонаккорси и Джон Раск (апрель 2013 г.). «Система обработки проб для миссии Mars Icebreaker Life: от грязи к данным». Астробиология . 13 (4): 354–369. Бибкод : 2013AsBio..13..354D. дои : 10.1089/ast.2012.0911. ПМИД  23577818.
  19. ^ "SOLID - Детектор признаков жизни" . Центр астробиологии (CAB) . Испанский национальный исследовательский совет (CAB). 2013 . Проверено 2 февраля 2014 г.
  20. ^ В.Парро; Л.А. Ривас; Э. Себастьян; Ю. Бланко; Х. А. Родригес-Манфреди; Г. де Диего-Кастилья; М. Морено-Пас; М. Гарсиа-Вильядангос; К. Компостизо; П.Л. Эрреро; А. Гарсиа-Марин; Х. Мартин-Солер; Дж. Ромераль; П. Круз-Гил; О. Прието-Баллестерос и Х. Гомес-Эльвира (2012). «ИНСТРУМЕНТ SOLID3 («ДЕТЕКТОР ПРИЗНАКОВ ЖИЗНИ»): БИОСЕНСОР НА ОСНОВЕ АНТИТЕЛ ДЛЯ ПЛАНЕТАРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ» (PDF) . Концепции и подходы к исследованию Марса (2012) .
  21. ^ "Лаборатория влажной химии WCL" . Проверено 26 ноября 2014 г.
  22. ^ Кунавес, СП; Хехт, Миннесота; Капит, Дж.; Господинова, К.; ДеФлорес, LP; Куинн, Колорадо; Бойнтон, Западная Вирджиния; Кларк, Британская Колумбия; Кэтлинг, округ Колумбия; Хредзак, П.; Мин, Д.В.; Мур, К.; Шустерман Дж.; Стробл, С.; Уэст, С.Дж.; Молодой, СММ (2010). «Эксперименты по влажной химии в рамках миссии Phoenix Mars Lander 2007: анализ данных и результаты». Дж. Геофиз. Рез . 115 (Е7): Е00Е10. Бибкод : 2010JGRE..115.0E10K. дои : 10.1029/2009je003424 .
  23. ^ Кунавес, СП; и другие. (2010). «Растворимый сульфат в марсианском грунте на месте посадки Феникса». Геофиз. Рез. Летт . 37 (9): н/д. Бибкод : 2010GeoRL..37.9201K. дои : 10.1029/2010GL042613. S2CID  12914422.