مریخ نورد استقامت با حسگر SHERLOC در مریخ به دنبال حیات می‌گردد

بدنه مریخ نورد استقامت ناسا دارای چندین دوربین با قابلیت‌های مختلف است اما این مریخ‌نورد به مجموعه‌ای از حسگرها هم مجهز شده که مهندسان نام آن را «برجک عدسی» نامیده‌اند. «برجک عدسی» دو حسگر به نام‌های PIXL و SHERLOC دارد که «استقامت» با کمک آن‌ها به کشف حیات روی مریخ می‌پردازد.

اجزای اصلی «برجک عدسی» دو قطعه موسوم به PIXL و SHERLOC است که با کمک یکدیگر سنگ‌های مریخ را بررسی می‌کنند. وظیفه این دو حسگر جستجو به دنبال «امضاهای زیستی» یا در واقع همان نشانه‌های حیات است. «لوتر بیگل» مدیر مسئول SHERLOC در «آزمایشگاه پیشران جت» (JPL) ناسا می‌گوید: «اگر امضاهای زیستی بالقوه‌ای در «دهانه جزرو» [همان جایی که استقامت فرود آمده] وجود داشته باشد، آن‌ها را پیدا می‌کنیم و به زمین برمی‌گردانیم.»

PIXL و SHERLOC عملکرد نسبتا مشابهی دارند. آن‌ها پرتوهای نوری به ظرافت موی انسان را به سطح سنگ‌های مریخ می‌تابانند و از نور بازگشتی برای خلق تصویر سنگ‌ها استفاده می‌کنند. PIXL با استفاده از پرتوهای X سعی دارد عناصر ساده اتمی مثل آهن و نیکل را مشاهده کند، در حالی که SHERLOC با استفاده از لیزر فرابنفش از اجزای پیچیده‌تر سنگ‌ها مثل مواد معدنی و مولکول‌های ارگانیک نقشه‌برداری می‌کند.

لیزر SHERLOC به دو روش با قطعات سنگ‌ها تماس دارد. در فرآیند تابش فرابفنش بعضی از مولکول‌ها فرکانس‌های خاص نوری را بر اثر پدیده‌ای به نام «فلورسانس» جذب می‌کنند و نوری را برمی‌گردانند که فرکانس متفاوتی دارد. تفاوت بین فرکانس ارسالی و برگشتی به محققان نشان می‌دهد که در حال مشاهده چه مولکولی هستند.

افزون بر این، حسگرها می‌توانند پیوندهای شیمیایی خاص نظیر اتصال اتم کربن با اتم اکسیژن را با کمک تکنیکی موسوم به طیف‌سنجی «رامان» شناسایی کنند. برخی مولکول‌ها بیشتر از بقیه تکان می‌خورند یا کشیده می‌شوند. وقتی SHERLOC لیزر فرابنفش خود را روی یک سنگ می‌تاباند، چند ذره نور (در حد یک در میلیارد) به سرعت به مولکول‌های لرزان برخورد کرده، قدری از انرژی خود را از دست می‌دهند، و دوباره به SHERLOC برمی‌گردند. محققان بسته به مقدار انرژیِ از دست رفته می‌توانند مولکول‌های مختلف را از هم تشخیص دهند.

SHERLOC با کمک این دو تکنیک می‌تواند مولکول‌های خاص ارگانیک یعنی مولکول‌هایی را شناسایی کند که سرشار از کربن‌اند. روندهای شیمیایی و ژئولوژیکی می‌توانند عامل پدید آمدن این ترکیب‌ها باشند، ولی ترکیب کربنی در واقع همان ترکیب ضروری برای ساخت پروتئین، DNA و سلول‌هاست. بیگل می‌گوید: «در حقیقت، حیات شامل کیسه‌های کوچکی از همین کربن‌هاست.»

قابلیت‌های طیف‌سنجی رامان در SHERLOC همچنین می‌تواند مواد معدنی و پیوندهای شیمیایی را تشخیص دهد و به کشف گذشته سنگ‌های عجیب و جذاب مریخ کمک کند. برای مثال، وجود مواد معدنی با هیدروژن می‌تواند نشان دهد که این مولکول‌ها در حضور آب (H2O) شکل گرفته‌اند، در نتیجه احتمال بیشتری وجود دارد که آن نمونه حاوی علائم حیات باشد.

طراحی و ساخت نسخه فعلی SHERLOC در سال ۲۰۱۲ آغاز شد، اما بیگل می‌گوید ایده این دستگاه به سال ۱۹۹۶ برمی‌گردد. در آن سال محققان یک سنگ آسمانی مریخی را در جنوبگان پیدا کردند که ظاهرا میکروب‌های فسیلی داشت. بیگل می‌گوید: «در آن زمان بود که جامعه علمی برای اولین بار گفت ‘نمی‌دانیم واقعا باید با این سنگ چه کار کنیم.’»

JPL به‌صورت درون سازمانی از محققان خواست تا پیشنهادهای خود را برای ساخت دستگاهی به منظور کشف حیات روی سایر سیارات ارائه کنند. یکی از طرح‌های برنده SHERLOC بود. هدف این دستگاه نه تمرکز روی اشکال خاص یا واکنش‌های شیمیایی متداول میان گونه‌های زمینی، بلکه تمرکز روی ویژگی مشترکی بود که میان تمام ارگانیزم‌های شناخته‌شده وجود دارد؛ تمایل برای گرد هم آمدن.

نیروهای غیر-بیولوژیکی که سیارات را شکل می‌دهند، مواد را می‌شکنند و از هم جدا می‌کنند. اما حیات منابع را در سطوح مختلف متمرکز می‌کند. برای مثال، آمینو اسیدهای داخل بدن شما تراکم کربنی بیشتری نسبت به خارج از بدنتان دارند. و به همین ترتیب، نسبت به جنوبگان افراد بیشتری در نیویورک زندگی می‌کنند. بیگل می‌گوید: «حیات می‌خواهد در جایی متمرکز شود که می‌تواند خوراک و بقا داشته باشد. ما فکر می‌کنیم که در مریخ هم همین اتفاق افتاده است.»

اگر «استقامت» در مریخ حیات پیدا کند، بررسی و تفسیر آن نیازمند همکاری تیم‌های فنی-مهندسی و محققان خواهد بود. دوربین Mastcam-Z تصاویر عریضی را از سیاره سرخ تهیه می‌کند تا ناسا تشخیص بدهد که سنگ‌های اطراف استقامت مربوط به چه منطقه‌ای نظیر دریاچه‌ای خشک‌شده، دهانه یک آتشفشان یا دلتای یک رود بوده است. سپس «برجک عدسی» SHERLOC و PIXL را برای نقشه‌برداری دقیق از عناصر سنگ‌ها، مواد معدنی و مولکول‌های ارگانیک آن به کار می‌گیرد.

حسگرهای «برجک عدسی» می‌توانند عناصری به کوچکی ۳۰ تا ۴۰ میکرومتر را تشخیص دهند. این دقت برای تشخیص مولکول‌های زیستی کافی است، اما نمی‌تواند فسیل میکروب‌ها را که ممکن است تا یک میکرومتر کوچک باشند شناسایی کند. البته حتی اگر می‌توانست چنین کاری انجام دهد، محققان تمایلی نداشتند که روزها زمان بگذارند تا در میکرومتر به میکرومتر سنگ‌ها به دنبال فسیل‌های نادر بگردند. بیگل می‌گوید: «این کار مثل گشتن به دنبال سوزن در انبار کاه روی سیاره‌ای پر از انبارهای کاه است.»

آن سطح بالا از تحلیل و ارزیابی برای اوایل دهه ۲۰۳۰ برنامه‌ریزی شده است. اگر استقامت سنگی را پیدا کند که SHERLOC و سایر قطعات اکتشافی آن را فوق‌العاده ارزشمند بدانند، کاوشگر سنگ را نگه می‌دارد تا در عملیات‌های آینده به زمین برگردانده شود و مورد بررسی قرار بگیرد.

این مطالعات از نظر بیگل ارزش چنین صبر و بردباری طولانی مدتی را دارند. او می‌گوید: «مطرح کردن این سوال بسیار جذاب است و به ما کمک می‌کند تا بفهمیم که چه جایگاهی در کیهان داریم: آیا حیات همه جا وجود دارد یا بسیار نادر است؟»