NASA's Perseverance Mars-rover werkt al vijf jaar in de Jezero-krater, op zoek naar 'chemische voetafdrukken' die miljarden jaren geleden zijn achtergelaten door verschillende geologische of chemische processen op Mars. Er is eerder organische koolstof gevonden in verschillende rotsen, maar er moest worden geboord of geschuurd om deze bloot te leggen.De laatste resultaten laten zien dat Perseverance in een ontsluitingsgebied genaamd Neretva Vallis aan de rand van een oud rivierkanaal complexe macromoleculaire koolstof direct op het oppervlak van blootgestelde rotsen heeft gedetecteerd.

Ashley E. Murphy, hoofdauteur van de studie en onderzoeker aan het Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, zei: "Voor zover we weten is dit het geval wanneer organisch materiaal is gedetecteerd op het ondiepste niveau van het oppervlak van Mars." Op aarde impliceren zulke overvloedige en macromoleculaire koolstofmaterialen meestal dat ze een biologische oorsprong hebben. Het is echter nog steeds niet mogelijk om conclusies te trekken over wat voor soort koolstof er op dit gesteente met de naam "Bright Angel" zit en waar het vandaan komt. Om het antwoord echt te weten te komen, ben ik bang dat het monster terug moet worden gebracht naar het aardlaboratorium.

UV Raman-instrument blokkeert het ‘macromoleculaire koolstof’-signaal

De sleutel tot deze ontdekking ligt in de ultraviolette Raman-spectrometer op de robotarm "Perseverance" - SHERLOC, wat staat voor "Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals". Het instrument zendt een diep-ultraviolette laser uit op een doel en analyseert vervolgens de kleine verschuivingen in de energie van het gereflecteerde licht om de aanwezigheid van specifieke chemische bindingen te identificeren.

Tussen Marsdagen (sol) 1180 en 1218 richtte Perseverance zijn ultraviolette laser op vier observatiepunten in het Bright Angel-gebied. Eén van de rotsen, genaamd Steamboat Mountain, werd behandeld als een normaal gesteente en gebruikt als controlemonster. De spectrale signalen van drie andere rotsen, genaamd "Cheyava Falls", "Apollo Temple" en "Walhalla Glades", tonen allemaal de aanwezigheid van macromoleculaire koolstof aan. Dit signaal wordt de "grafietische band" (G-band) genoemd, die wordt gekenmerkt door een complex netwerk dat is verknoopt door een groot aantal gereduceerde koolstofatomen. Het heeft een sterke chemische en thermische stabiliteit en is niet gemakkelijk te ontleden.

Binnen de nauwkeurigheid van de instrumenten van Perseverance is het materiaal vergelijkbaar met kerogeen op aarde. Maar het onderzoeksteam heeft bewust vermeden de term ‘kerogeen’ te gebruiken, omdat kerogeen op aarde bijna volledig is afgeleid van biologisch materiaal, voornamelijk de overblijfselen van micro-organismen die al miljoenen jaren begraven liggen. Murphy legde uit: "Het woord 'kerogeen' heeft een duidelijke biogene betekenis, en we gebruiken liever 'macromolecuul-koolstof' om aan te geven dat de oorsprong ervan onzeker is en een biologisch proces of een niet-biologisch proces kan zijn." Het team benadrukte vooral dat de macromoleculaire koolstof die momenteel op de rotsen van Mars wordt aangetroffen, heel goed door niet-levende processen kan worden geproduceerd.

Elimineer ‘instrumentartefacten’ en ‘besmette passagiers’

Bij dergelijk gevoelig detectiewerk roept een abnormaal resultaat gewoonlijk twee primaire vragen op: is dit een artefact van het instrument zelf? Kunnen dit verontreinigende stoffen zijn die van de aarde komen? Het onderzoeksteam volgde dit idee ook en onderzocht het één voor één.

Ten eerste waren wetenschappers bezorgd dat het gedetecteerde signaal afkomstig was van SHERLOC's eigen voorruit van gesmolten kwarts, en niet van het rotsoppervlak. Het is vermeldenswaard dat "Bright Angel" de locatie is waar SHERLOC zijn eerste wetenschappelijke observaties uitvoerde nadat de stofkap defect was geraakt. Omdat het focusmechanisme gedwongen werd te deactiveren, moest het team een ​​nieuw werkmodel adopteren. Om de prestaties in de nieuwe modus te bevestigen, voerden SHERLOC plaatsvervangend hoofdonderzoeker Kyle Uckert van het Jet Propulsion Laboratory (JPL) in de Verenigde Staten en zijn collega's spectroscopische tests uit op de back-upvluchtoptica in het grondlaboratorium, en observeerden herhaaldelijk lege gebieden en bekende kalibratiedoelen op Mars om te verifiëren of het instrument normaal functioneerde.

De definitieve bevestiging kwam van het vergelijkingsdoel "Steamboat Hill". Uckert zei: "Er zijn geen G-band spectrale signalen van andere nabijgelegen rotsdoelen." Hieruit blijkt dat het grafietbandsignaal op de "Bright Angel"-steen niet afkomstig is van de hardware van het instrument, maar inderdaad verband houdt met het materiaal op het oppervlak van de specifieke steen.

De tweede vraag is het risico op besmetting: kunnen deze organische stoffen ‘lifters’ zijn die door de Marsrover van de aarde zijn meegebracht? Wetenschappers wezen erop dat de boor die door "Perseverance" wordt gebruikt om het rotsoppervlak te schuren vóór de lancering strikt is gesteriliseerd, en dat een dergelijk sterk G-bandsignaal nog nooit eerder is gezien toen het op veel rotsen in de Jezero-krater werd gebruikt. Belangrijker nog is dat er nooit rechtstreeks contact is geweest met de rots "Cheava Falls", en dat de rover alleen stof van het oppervlak verwijdert door middel van stikstofinjectie. De controlesteen "Steamboat Mountain" vertoonde opnieuw een blanco - geen spectraal bewijs van enig organisch materiaal. Uckert benadrukte: "Er is geen bewijs van organisch materiaal in zijn spectrum." Op basis van deze uitsluitingsstappen is het team van mening dat het macromoleculaire koolstofsignaal op de 'Bright Angel'-rots waarschijnlijker lokaal Marsmateriaal is dan dat het afkomstig is van de aarde.

Geassocieerd met verschillende mineralen, wat duidt op meerdere ‘koolstofopslag’-gebeurtenissen

Nadat het onderzoeksteam feitelijk had bevestigd dat het signaal authentiek en betrouwbaar is, analyseerde het onderzoeksteam de mineraalcombinaties in de buurt van deze macromoleculaire koolstofatomen verder, in de hoop het vormings- en verrijkingsproces van koolstofmaterialen af ​​te leiden. "Deze geassocieerde chemische omgevingen suggereren dat koolstofinvoeging mogelijk heeft plaatsgevonden tijdens ten minste twee afzonderlijke gebeurtenissen in de geologische geschiedenis," zei Murphy.

In de rotsen van de Tempel van Apollo zijn macromoleculaire koolstofsignalen geconcentreerd met carbonaat- en sulfaatmineralen - mineralen die doorgaans het product zijn van water dat in oudere rotsen stroomt en zich in de poriën nestelt. In de "Valhalla" -gesteenten wordt macromoleculaire koolstof verdeeld in siliciclastische sedimenten. Murphy gelooft dat dit verschil waarschijnlijk ten minste twee opslagvensters vertegenwoordigt: ten eerste, toen organisch materiaal samen met modderige sedimenten op de bodem van oude meren in de rotsen werd begraven; ten tweede, toen het grondwater op een later tijdstip door deze begraven rotsen terugstroomde, waardoor er samen met het koolstofmateriaal nieuwe carbonaat- en sulfaatmineralen achterbleven.

De belangrijkste vraag of de koolstof op de rotsen van Bright Angel werkelijk een overblijfsel is van het oude leven op Mars zal op korte termijn echter open blijven. Uckert zei: "Het ontwerpdoel van de wetenschappelijke lading van 'Perseverance' is niet om direct onderscheid te maken tussen abiotische en biologische processen, maar om de meest waardevolle en indicatieve gesteentemonsters op Mars te identificeren ter voorbereiding op mogelijke toekomstige monsterherstelmissies."

Earth Lab moet een duidelijker antwoord geven

Kevin P. Hand, hoofdwetenschapper van het "Perseverance"-project en JPL-onderzoeker, wees erop dat, hoewel de huidige instrumenten behoorlijk geavanceerd zijn, hun mogelijkheden nog steeds beperkt zijn vergeleken met "analytische technologie van wereldklasse" op aarde. "De combinatie van instrumenten die we aan boord van de rover hebben is uitstekend, maar verbleekt in vergelijking met de toptechnologie die beschikbaar is in onze laboratoria op de grond", aldus Hand.

Hand is vooral geïnteresseerd in de isotopische signatuur van de koolstof in de Bright Angel-rotsen, omdat verwacht wordt dat de isotoopverhoudingen aanwijzingen zullen geven over de betrokkenheid van leven. Hij hoopt ook de chiraliteit van deze koolstofgerelateerde moleculen in de toekomst te analyseren - in levenssystemen op aarde is de voorkeur van een molecuul voor een bepaalde "chirale" richting een sterk biologisch signaal. Hand voegde toe: "Als we de mogelijkheid hebben om monsters terug naar de aarde te brengen, kunnen we ook de krachtigste microscopen gebruiken om naar mogelijke microbiële fossielen te zoeken, waardoor we intuïtiever bewijs kunnen leveren van activiteiten uit vorige levens op Mars."

Tegelijkertijd benadrukte het onderzoeksteam ook dat er momenteel geen tekort is aan niet-levende productiemechanismen voor dit soort macromoleculaire koolstof. In sommige omgevingen kunnen reacties tussen vloeistoffen en gesteenten organische verbindingen synthetiseren zonder dat er überhaupt leven bij betrokken is. Murphy wijst erop dat koolstof die op aarde wordt aangetroffen in de buurt van carbonaatmineralen soms kan worden herleid tot chemische reacties tussen water en gesteente en soms tot microbiële activiteit, afhankelijk van de geologische omgeving. Hand sprak de hoop uit dat Perseverance meer van dergelijke rotsen op Mars kan vinden die een diepgaand onderzoek waard zijn voordat de monsters terug naar de aarde worden getransporteerd.

"Op dit moment verkennen we het gebied buiten de Jezero-krater - en de rotsen op ons huidige pad behoren waarschijnlijk tot de oudste die een rover ooit heeft bestudeerd," zei Hand. "Als er al vroeg in zijn evolutie leven op Mars bestond, kunnen we misschien enkele aanwijzingen vinden in deze oude rotsen." Dit onderzoeksresultaat is gepubliceerd in Science Advances (Science Advances), het papernummer is 2026 adx0047.