تعمل المركبة الجوالة Perseverance Mars التابعة لناسا في Jezero Crater منذ خمس سنوات، بحثًا عن "آثار أقدام كيميائية" خلفتها العمليات الجيولوجية أو الكيميائية المختلفة على المريخ منذ مليارات السنين. وقد عثر في السابق على كربون عضوي داخل عدة صخور، لكنه تطلب الحفر أو التآكل لكشفه.تظهر أحدث النتائج أنه في منطقة نتوء تسمى نيريتفا فاليس على حافة قناة نهر قديم، اكتشفت بيرسيفيرانس جزيئات كربون معقدة مباشرة على سطح الصخور المكشوفة.
وقال آشلي إي. ميرفي، المؤلف الرئيسي للدراسة والباحث في معهد علوم الكواكب في توكسون بولاية أريزونا: "على حد علمنا، هذه هي الحالة التي تم فيها اكتشاف مادة عضوية في أدنى مستوى على سطح المريخ". على الأرض، عادةً ما تشير هذه المواد الكربونية الوفيرة والجزيئية إلى أن لها أصولًا بيولوجية. ومع ذلك، لا يزال من غير الممكن استخلاص استنتاجات حول نوع الكربون الموجود على هذه الصخرة المسماة "الملاك الساطع" ومن أين يأتي. لمعرفة الإجابة حقًا، أخشى أنه يجب إعادة العينة إلى مختبر الأرض.
تقوم أداة UV Raman بقفل إشارة "الكربون الجزيئي".
يكمن مفتاح هذا الاكتشاف في مطياف رامان فوق البنفسجي الموجود على الذراع الروبوتية "المثابرة" - SHERLOC، والتي تعني "مسح البيئات الصالحة للسكن باستخدام رامان والتألق للمواد العضوية والكيميائية". يقوم الجهاز بإصدار ليزر عميق فوق بنفسجي على الهدف ثم يقوم بتحليل التحولات الصغيرة في طاقة الضوء المنعكس لتحديد وجود روابط كيميائية محددة.
بين الأيام المريخية (اليوم المريخي) 1180 و1218، وجهت مركبة بيرسيفيرانس أشعة الليزر فوق البنفسجية إلى أربع نقاط مراقبة في منطقة الملاك الساطع. وتم التعامل مع إحدى الصخور، والتي تسمى جبل Steamboat، على أنها صخرة عادية واستخدمت كعينة تحكم. وتظهر الإشارات الطيفية لثلاثة صخور أخرى، تسمى "شلالات تشيافا"، و"معبد أبولو"، و"مساحات والهالا"، وجود الكربون الجزيئي. تسمى هذه الإشارة "النطاق الجرافيتي" (G-band)، الذي يتميز بشبكة معقدة مترابطة عبر عدد كبير من ذرات الكربون المختزلة. يتميز بثبات كيميائي وحراري قوي وليس من السهل أن يتحلل.
وفي دقة أدوات بيرسيفيرانس، فإن المادة تشبه مادة الكيروجين الموجودة على الأرض. لكن فريق البحث تجنب عمدا استخدام مصطلح "الكيروجين" لأن الكيروجين على الأرض مشتق بالكامل تقريبا من مادة بيولوجية، وخاصة بقايا الكائنات الحية الدقيقة التي تم دفنها منذ ملايين السنين. وأوضح مورفي: "إن كلمة "الكيروجين" لها معنى حيوي واضح، ونحن نفضل استخدام "جزيء الكربون الكبير" للإشارة إلى أن أصله غير مؤكد وقد يكون إما عملية بيولوجية أو عملية غير بيولوجية". وشدد الفريق بشكل خاص على أن الكربون الجزيئي الكبير الموجود حاليًا في صخور المريخ من الممكن تمامًا إنتاجه من خلال عمليات غير حية.
القضاء على "مشغولات الآلات" و"الركاب الملوثين"
في أعمال الكشف الحساسة هذه، عادة ما تثير النتيجة غير الطبيعية سؤالين أساسيين: هل هذا قطعة أثرية من الجهاز نفسه؟ هل يمكن أن تكون هذه ملوثات جلبت من الأرض؟ كما تابع فريق البحث هذه الفكرة وقام بالتحقيق فيها واحدة تلو الأخرى.
أولاً، كان العلماء قلقين من أن الإشارة المكتشفة نشأت من النافذة الأمامية المصنوعة من الكوارتز المنصهرة الخاصة بـ SHERLOC، وليس من سطح الصخور. ومن الجدير بالذكر أن "الملاك الساطع" هو الموقع الذي أجرت فيه SHERLOC ملاحظاتها العلمية الأولى بعد فشل الغطاء الغباري. وبما أن آلية التركيز اضطرت إلى التعطيل، كان على الفريق اعتماد نموذج عمل جديد. لتأكيد الأداء في الوضع الجديد، أجرى كايل أوكرت، نائب الباحث الرئيسي في SHERLOC، من مختبر الدفع النفاث (JPL) في الولايات المتحدة، وزملاؤه اختبارات طيفية على بصريات الطيران الاحتياطية في المختبر الأرضي، ولاحظوا مرارًا وتكرارًا مناطق فارغة وأهداف معايرة معروفة على المريخ للتحقق مما إذا كان الجهاز يعمل بشكل طبيعي.
التأكيد النهائي جاء من هدف المقارنة "Steamboat Hill". وقال أوكرت: "لا توجد إشارات طيفية من النطاق G من أهداف صخرية أخرى قريبة". يوضح هذا أن إشارة شريط الجرافيت الموجودة على صخرة "الملاك الساطع" لا تأتي من أجهزة الآلة، ولكنها في الواقع مرتبطة بالمادة الموجودة على سطح الصخرة المحددة.
والسؤال الثاني هو خطر التلوث: هل يمكن أن تكون هذه المواد العضوية "متطفلين" جلبتهم المركبة الفضائية المريخية من الأرض؟ وأشار العلماء إلى أن لقمة الحفر التي استخدمتها "بيرسيفيرانس" لكشط سطح الصخور قد تم تعقيمها بشكل صارم قبل الإطلاق، ولم يتم رؤية مثل هذه الإشارة القوية لنطاق G من قبل عندما تم استخدامها على العديد من الصخور في Jezero Crater. والأهم من ذلك، أن صخرة "شلالات تشيفا" لم يتم الاتصال بها بشكل مباشر من قبل أي جهاز، وتقوم المركبة بإزالة الغبار الموجود على سطحها فقط من خلال حقن النيتروجين. أظهرت صخرة التحكم "Steamboat Mountain" مرة أخرى فراغًا - ولا يوجد دليل طيفي على وجود أي مادة عضوية. وأكد أوكرت: "لا يوجد دليل على وجود مادة عضوية في طيفه". بناءً على خطوات الاستبعاد هذه، يعتقد الفريق أن إشارة الكربون الجزيئية الموجودة على صخرة "الملاك الساطع" من المرجح أن تكون مادة مريخية محلية وليست ملوثة من الأرض.
يرتبط بمعادن مختلفة، مما يشير إلى أحداث "عزل الكربون" المتعددة
وبعد التأكد بشكل أساسي من أن الإشارة أصلية وموثوقة، قام فريق البحث بتحليل المجموعات المعدنية بالقرب من جزيئات الكربون الكبيرة هذه، على أمل استنتاج عملية تكوين وتخصيب مواد الكربون. وقال مورفي: "تشير هذه البيئات الكيميائية المرتبطة إلى أن إدخال الكربون ربما حدث في حدثين منفصلين على الأقل في التاريخ الجيولوجي".
في صخور معبد أبولو، تتركز إشارات الكربون الجزيئية مع معادن الكربونات والكبريتات، وهي معادن تكون عادةً نتاج تدفق المياه داخل الصخور القديمة واستقرارها في المسام. وفي صخور "فالهالا"، يتم توزيع الكربون الجزيئي في الرواسب الغنية بالسيليكات. يعتقد مورفي أن هذا الاختلاف يمثل على الأرجح نافذتي تخزين على الأقل: الأولى، عندما تم دفن المواد العضوية في الصخور مع الرواسب الموحلة في قاع البحيرات القديمة؛ ثانيًا، عندما تدفقت المياه الجوفية من خلال هذه الصخور المدفونة في وقت لاحق، تاركة معادن كربونات وكبريتات جديدة في مكانها مع مادة الكربون.
ومع ذلك، فإن السؤال الرئيسي حول ما إذا كان الكربون الموجود على صخور برايت أنجل هو حقًا من بقايا الحياة المريخية القديمة سيظل مفتوحًا على المدى القصير. وقال أوكيرت: "إن الغرض من تصميم الحمولة العلمية لـ "المثابرة" ليس التمييز بشكل مباشر بين العمليات اللاأحيائية والبيولوجية، ولكن تحديد عينات الصخور الأكثر قيمة ودلالة على المريخ للتحضير لمهام استعادة العينات المستقبلية المحتملة".
يحتاج Earth Lab إلى تقديم إجابة أوضح
وأشار كيفن بي هاند، كبير العلماء في مشروع "بيرسيفيرانس" والباحث في مختبر الدفع النفاث، إلى أنه على الرغم من أن الأدوات الحالية متقدمة للغاية، إلا أن قدراتها لا تزال محدودة مقارنة بـ"التكنولوجيا التحليلية ذات المستوى العالمي" الموجودة على الأرض. وقال هاند: "إن مجموعة الأدوات الموجودة على متن المركبة ممتازة، لكنها تتضاءل بالمقارنة مع التكنولوجيا المتطورة المتوفرة في مختبراتنا الأرضية".
يهتم هاند بشكل خاص بالبصمة النظائرية للكربون في صخور الملاك الساطع لأنه من المتوقع أن توفر نسب النظائر أدلة حول وجود الحياة. ويأمل أيضًا في تحليل عدم انطباقية هذه الجزيئات المرتبطة بالكربون في المستقبل - في أنظمة الحياة على الأرض، يعد تفضيل الجزيء لاتجاه "لا انطباقي" معين بمثابة إشارة بيولوجية قوية. وأضاف هاند: "إذا أتيحت لنا الفرصة لإعادة عينات إلى الأرض، فيمكننا أيضًا استخدام أقوى المجاهر للبحث عن الحفريات الميكروبية المحتملة، وبالتالي تقديم أدلة أكثر بديهية عن أنشطة الحياة الماضية على المريخ".
وفي الوقت نفسه، أكد فريق البحث أيضًا أنه لا يوجد حاليًا نقص في آليات الإنتاج غير الحية لهذا النوع من الكربون الجزيئي. في بعض البيئات، يمكن للتفاعلات بين السوائل والصخور تصنيع مركبات عضوية دون تدخل الحياة على الإطلاق. يشير مورفي إلى أن الكربون الموجود على الأرض بالقرب من معادن الكربونات يمكن إرجاعه أحيانًا إلى التفاعلات الكيميائية بين الماء والصخور، وأحيانًا إلى النشاط الميكروبي، اعتمادًا على البيئة الجيولوجية. وأعرب هاند عن أمله في أن تتمكن مركبة بيرسيفيرانس من العثور على المزيد من هذه الصخور على المريخ والتي تستحق الدراسة المتعمقة قبل نقل العينات إلى الأرض.
وقال هاند: "نحن الآن نستكشف المنطقة الواقعة خارج Jezero Crater، ومن المرجح أن تكون الصخور الموجودة في مسارنا الحالي من أقدم الصخور التي درستها المركبة على الإطلاق". "إذا كانت الحياة موجودة على المريخ في وقت مبكر من تطوره، فقد نجد بعض الأدلة في هذه الصخور القديمة." تم نشر نتيجة البحث هذه في مجلة Science Advances (Science Advances)، رقم الورقة هو 2026 adx0047.