A humanidade tem se perguntada sobre se a vida existe além do nosso pequeno planeta de backwater por tanto tempo que desenvolvemos uma espécie de viés cultural sobre como a resposta a esta questão central será revelado. A maioria de nós provavelmente pensa nessa NASA ou alguma outra agência espacial agendará uma conferência de imprensa, um painel montado de luminarias científicas anunciará as descobertas, e os jornais em todo o mundo serão seleccionados “não estamos sozinhos!” manchetes. Todos nós vimos esse filme antes, então é assim que tem que ser, certo?

Provavelmente não. Burto de um evento improvável como um alienador de espaçonave alienígena, enquanto um automóvel da Google Street View estava dirigindo ou recebendo uma mensagem de rádio inequivocamente inteligente das estrelas, a conclusão de que a vida existe agora ou uma vez fora de nossa gravidade particular é provável que seja alcançado Um processo por partes, um acréscimo de evidências construídas ao longo de um longo tempo até o equilíbrio, a única conclusão razoável é que não estamos sozinhos. e é exatamente isso que o anúncio no final do ano passado que a perseverança de Mars Rover havia descoberto evidência de moléculas orgânicas nas rochas de Jezero Crater foi – outra peça do quebra-cabeça, e outro passo para responder à questão fundamental da singularidade da vida .

Descobrir moléculas orgânicas em Marte está longe da prova de que a vida existiu lá. Mas é um passo a caminho, bem como uma excelente desculpa para analisar os princípios científicos e a engenharia dos instrumentos que tornaram essa descoberta possível – o Sherloc e Watson caprichosamente chamados.

Você gostaria de alguns chnops com isso?

Definindo exatamente o que exatamente constitui a vida biológica é difícil, e há muitos argumentos filosóficos que enlameam as águas, mesmo quando você reduz a vida às características, como a transformação de energia ou a capacidade de se reproduzir. Mas no final do dia, essas características de macroscale não ajudam muito quando procura a vida microscópica em outros planetas – especialmente quando você suspeita que você está apenas procurando os restos da antiga vida microbiana, como é provável que o caso em Marte .

Para explorar a possibilidade de Mars uma vez abrigou a vida, a carga de ciência da perseverança da missão de Marte 2020 inclui uma gama de instrumentos projetados para procurar os menores restos da vida passada. O chefe entre esses instrumentos é o Sherloc, para “examinar ambientes habitáveis ​​com Raman e luminescência para orgânicos e produtos químicos” – um acrônimo um pouco forçado, mas impressionantemente descritivo.

No coração do Sherloc, que passeios no final do braço robótico de dois metros do Rover, é um espectrômetro de Raman Laser ultravioleta, projetado para identificar as assinaturas específicas dos chamados elementos de ChNOPS – carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre. Algo como 98% da biomassa na Terra é composto desses seis elementos; Encontrá-los em Marte será uma boa evidência de que a vida existia lá. Mas simplesmente encontrar os elementos ChNOPS não faz uma amostra biologicamente relevante. É como esses elementos são organizados e as estruturas que formam que determinam se uma amostra pode ter os restos da vida antiga, e descobrir isso é o que a espectroscopia de Raman é muito boa.

Espalhando duas maneiras

A espectroscopia de Raman aproveita o que é conhecido como dispersão inelástica, ou espalhamento de Raman. Normalmente, as ondas eletromagnéticas interagem com partículas de matéria por elástico, ou rayleigh, dispersão. Quando os fótons recebidos interagem com moléculas, eles os excitam do estado fundamental para um estado virtual de energia superior. No dispersão de Rayleigh, o estado excitado rapidamente desmorona e a partícula retorna ao estado fundamental sem perda da energia cinética que o fóton incidente tinha. É como uma bola de bilhar em movimento que transfere toda a sua energia cinética para uma bola imóvel, que então passa a se mover enquanto a primeira bola pára.

Mas cerca de um em cada 100 milhões de dispersões resulta em cair do estado virtual excitado para um estado diferente de onde a molécula começou. Para esticar a analogia anterior, isso seria como a bola de bilhar em movimento, batendo uma bola imóvel com uma rachadura nela. A bola rachada ainda absorveria a energia da bola de entrada, mas a rachadura atenuaria parte disso, enviando a bola em uma velocidade diferente do que a bola recebida, e talvez até em uma direção diferente do que ocorreria em uma colisão puramente elástica .

Assim como a diferença de velocidade e direção poderia revelar informações sobre as características da bola rachada, também podem ser usados ​​para a sondagem da estrutura de uma molécula. A diferença de energia entre os fótons incidentes e os fótons dispersos depende dos estados vibracionais e de rotação das ligações químicas dentro da molécula. Isso resulta em uma população de fótons com diferentes comprimentos de onda que representam as diferentes ligações químicas dentro de uma molécula. Quando SpreaD Fora em um detector com uma grade de difração, esses fótons criam uma impressão digital que é característica das moléculas na amostra.

Enquanto Raman tem sido usado por décadas na Terra para analisar todos os tipos de amostras químicas, a Sherloc é a primeira vez que a técnica foi usada em outro mundo. E como você imagina, leva alguma engenharia especial para embalar todas as óticas e eletrônicos e torná-lo não apenas robusto o suficiente para sobreviver aos rigores da viagem espacial, mas também para operar autonomamente.

Construído para executar

A montagem da torreta Sherloc, ou STA. A lente objetiva ACI / Sherloc está no canto inferior esquerdo, enquanto Watson está localizado no meio. Ambas as câmeras têm suas coberturas de lente motorizadas no lugar. Para referência, ambas as câmeras são cerca de 9 cm. Nota Parte do Sistema de Suspensão Strut Hexapod visível por trás do objetivo ACI / Sherloc. Fonte: Nasa-Jpl / Caltech
Para realizar tudo isso, o Sherloc é dividido em duas principais montagens: a montagem do corpo do Sherloc (SBA) e a montagem da Turret Sherloc (STA). O STB é onde todos os circuitos de comando e manuseio de dados estão localizados e onde a fonte de alimentação vive. O STA é o fim do negócio do Sherloc, e vive no final do braço robótico da perseverança. O coração da STA é o laser profundo (DUV), um laser de metal-vapor de néon-cobre off-o-prateleira fortemente modificado. Ele fornece um pulso altamente estável 248,60 nm e espera-se que durem o suficiente para entregar 3 milhões de espectros, que é cerca de sete vezes a vida útil do rover.

Tal como acontece com qualquer espectroscópio de Raman, a óptica do Sherloc é um conjunto complicado de lentes, espelhos, divisores de feixe e filtros. Ao contrário da maioria de seus primos ligados à terra, no entanto, o Sherloc tem que lidar com o “s” em seu nome: digitalização. Em vez de confiar no bom controle do braço robótico para posicionar seu feixe, o Sherloc possui um subsistema de scanner que é bastante semelhante aos galvanômetros usados ​​para a direção do feixe em shows a laser. O scanner fornece controle Sherloc do feixe sobre uma área de amostra de 7 mm x 7 mm com um tamanho de etapa inferior a um micron em ambas as dimensões, permitindo-lhe coletar dados do menor dos recursos sem ter que confiar em movimentos de braço robô.

Outra maneira pela qual Sherloc difere de outros instrumentos Raman é a necessidade de correlacionar espectros com informações espaciais sobre uma amostra. Não é suficiente obter a impressão digital espectral de uma seção específica de uma amostra; Em vez disso, o Sherloc também deve determinar o contexto do ponto exato na amostra parece na luz visível. Para conseguir isso, o Sherloc exige a ajuda de duas câmeras: o imager do Autofoco e do Contexto (ACI), uma câmera de escala de cinza de alta resolução que compartilha o caminho óptico do espectroscópio de Raman, e Watson, o amplo sensor topográfico anular para operações e câmeras de engenharia . O Watson é uma câmera separada e de alta resolução, com uma capacidade de macro até 1,78 cm de comprimento focal. Watson e o ACI juntos são basicamente o equivalente da lente da mão de um geólogo, permitindo que o Sherloc sobreponha imagens de luz visível com dados Raman em uma ampla gama de distâncias operacionais.

Finalmente, o espectroscópio de Raman de Sherloc é projetado para sobreviver à longa viagem a Marte, o pouso de alta energia e as duras condições do mundo frio e empoeirado. Enquanto o SBA está aninhado com segurança dentro do casco de perseverança, o STA deve ser exposto aos elementos para fazer seu trabalho. A Sherloc é montada em um arranjo hexapod de suportes carregados de primavera que amortecem as vibrações encontradas durante as operações da luz espacial e da Rover. O STA também é equipado com um complexo sistema de gestão térmica, incluindo elementos de aquecimento de sobrevivência que mantêm a eletrônica e óptica aquecidos o suficiente para sobreviver ao pior do frio marciano.

O contexto é fundamental

Enquanto a maior parte da missão do público para a missão de Marte 2020 até agora tem sido compreensivelmente atraída para o helicóptero de engenhosidade bem sucedido, Sherloc tem sido ocupado reunindo dados praticamente sem parada, já que a perseverança chegou a Marte em março de 2021. A confirmação dos orgânicos Na cratera de Jezero veio de uma série de amostras analisadas em setembro de 2021, e uma rocha em particular, que foi apelidada “GARDE”. A montagem da ferramenta montada em braço de Rover foi usada para moer um pouco da rocha resistida antes que Sherloc foi colocada no lugar para analisar a amostra.

Garde rock, com evidência de orgânicos chamados. Nota A maneira como o Sherloc pode combinar as imagens de luz visíveis com dados Raman para fornecer contexto geológico. Fonte: Nasa-Jpl / Caltech.
Graças ao poder do Sherloc e à sua capacidade de sobrepor as imagens de luz visível com dados de Raman, os cientistas planetários puderam determinar que GARDE contém ambos os minerais olivinos, que indicam uma história ígnea, e minerais de carbonato, que sugerem um período passado de reação de água. a rocha. Isso é consistente com o que já sabemos sobre a cratera de Jezero e o Delta do Rio que uma vez fluíam. Encontrar materiais orgânicos em uma pedra com esse tipo de história geológica é um pouco de dados e maioAlgum dia provará fazer parte da evidência de que a vida uma vez teve em Marte.