Ludzkość zastanawiają się, czy życie istnieje poza naszą małą backwaterową na tak długo, że opracowaliśmy rodzaj uprzedzeń kulturowych, jak odpowiedź na to centralne pytanie będzie ujawnił. Większość z nas prawdopodobnie pomyślała o tym, że NASA lub niektórzy agencja kosmiczna zaplanuje konferencję prasową, złożył montowany panel naukowych oprawek ogłosić wyniki, a gazety na całym świecie będą ulatni “Nie jesteśmy sami!” nagłówki. Wszyscy widzieliśmy ten film wcześniej, więc tak musi być, prawda?

Prawdopodobnie nie. krótki zdarzenie nieprawdopodobniej, takie jak obcy statek kosmiczny lądujący, podczas gdy View Street View Automobile jadł lub otrzymywał jednoznacznie inteligentną wiadomość radiową z gwiazd, wniosek, że życie istnieje teraz lub raz na zewnątrz nasze poszczególne dobro grawitacji prawdopodobnie zostanie osiągnięte Płaskojeżny proces, akrecja dowodów zbudowanych przez długi czas do równowagi, jedynym rozsądnym wnioskiem jest to, że nie jesteśmy sama. I to właśnie właśnie ogłoszenie pod koniec ubiegłego roku, że Mars Rover wytrwałość odkrył dowody na organicznych cząsteczek w skałach Krateru Jezero, był kolejny kawałek układanki, a kolejny krok w kierunku odpowiadania na podstawowe pytanie wyjątkowości życia .

Odkrywanie cząsteczek organicznych na Marsie jest daleko od dowodu, że kiedyś istnieje życie. Ale to krok po drodze, a także wspaniała pretekst, aby spojrzeć na zasady naukowe i inżynierii instrumentów, które umożliwiły możliwe odkrycie – kaprysowo imieniem Sherloc i Watson.

Czy chciałbyś z tym trochę Chnops?

Definiowanie tego, co dokładnie stanowi życie biologiczne jest trudne, i istnieje wiele argumentów filozoficznych, że błotniste wody nawet gdy zmniejszasz życie do cech, takich jak transformacja energii lub zdolność do rozmnażania. Ale pod koniec dnia, takie cechy makroscale nie pomagają zbytnio, szukając życia mikroskopijnego na innych planetach – zwłaszcza gdy podejrzewasz, że szukasz po prostu pozostałości starożytnego życia mikrobiologicznego, podobnie jak przypadek na Marsie .

Aby zbadać możliwość, że MARS LIFE LIFE, MARS 2020 Mission’s Calveverance Rover Science Pensja obejmuje szereg instrumentów zaprojektowanych do poszukiwania najmniejszych pozostałości dawnej życia. Wśród tych instrumentów jest Sherloc, za “skanowanie środowisk nadający się do zamieszkania z Ramanem i Luminescencją dla organicznych i chemikaliów” – nieco wymuszony, ale imponująco opisowy akronim.

W sercu Sherloc, który jeździ na końcu dwukrotnego ramienia robota ROVER, jest spekttrometrem laserowym Laseru ultrafioletowego, zaprojektowany do identyfikacji specyficznych podpisów tzw. Elementy Chnops – węgla, wodoru, azotu, tlen, fosforu i siarka. Coś podobnego do 98% biomasy na ziemi składa się z tych sześciu elementów; Znalezienie ich na Marsie będzie całkiem dobre dowody na to, że kiedyś tam istniało życie. Ale po prostu znalezienie elementów Chnops nie powoduje próby biologicznie istotnych. W jaki sposób organizowane są te elementy, a struktury, które tworzą, które ustalają, czy próbka może mieć pozostałości starożytnego życia, i dowiedzieć się, że jest to, co spektroskopia Ramana jest naprawdę dobra.

Rozpraszanie na dwa sposoby

Spektroskopia Ramana korzysta z tego, co jest znane jako rozpraszanie nieelastyczne lub rozpraszanie Ramana. Zwykle fale elektromagnetyczne współdziałają z cząstkami materii przez elastyczną lub Rayleigh, rozpraszanie. Kiedy przychodzące fotony wchodzą w interakcje z cząsteczkami, podniecają je z państwa uziemienia do stanu wirtualnego o wyższej energii. W rozpraszaniu Rayleige, podekscytowany stan szybko się zapada, a cząstka powraca do stanu uziemienia bez utraty energii kinetycznej, pędu foton miał. To jak ruchoma piłka bilardowa, która przenosi całą swoją energię kinetyczną w nieruchomą piłkę, która następnie porusza się, gdy pierwsza piłka przestaje martwić.

Ale o jeden z każdego 100 milionów rozproszenia powoduje spadające z podekscytowanego stanu wirtualnego do stanu innego niż gdy rozpoczęła się cząsteczka. Aby rozciągnąć wcześniejszą analogię, byłoby to jak poruszająca piłka bilardowa uderza w nieruchomą piłkę z pęknięciem. Pęknięta piłka nadal pochłaniałaby energię przychodzącej piłki, ale pęknięcie potępiłoby niektóre z nich, wysyłając piłkę z inną prędkością niż przychodząca piłka, a może nawet w innym kierunku niż wystąpi w czysto elastycznym kolizji .

Tak jak różnica prędkości i kierunku może ujawnić informacje o cechach popękanej kuli, więc też można stosować rozproszenie Ramana, aby sondować strukturę cząsteczki. Różnica energii między fotonami padającymi a rozproszonymi fotonami zależy od stanów wibracyjnych i obrotowych wiązań chemicznych w cząsteczce. Powoduje to populację fotonów o różnych długościach fal reprezentujących różne wiązania chemiczne w cząsteczce. Kiedy Spriz.D Na detektor z kratą dyfrakcyjną, fotony te tworzą odcisk palca, który jest charakterystyczny dla cząsteczek w próbce.

Podczas gdy Raman został użyty przez dziesięciolecia na Ziemi, aby przeanalizować wszystkie rodzaje próbek chemicznych, Sherloc jest po raz pierwszy Technika została użyta w innym świecie. I jak sobie wyobrażałeś, zajmuje pewną specjalną inżynierię, aby zapakować całą optykę i elektronikę i sprawić, że nie tylko wystarczająco wytrzymały, aby przetrwać rygorów podróży kosmosu, ale także działać autonomicznie.

Zbudowany do wykonania

Montaż wieżycznika Sherloc lub Sta. Obiektyw obiektywny ACI / Sherloc znajduje się w lewym dolnym rogu, podczas gdy Watson znajduje się w środku w prawo. Oba kamery mają na miejscu ich zmotoryzowane obiektywami. W odniesieniu do odniesienia oba kamery mają około 9 cm. Uwaga Część systemu zawieszenia rozporu Hexapod widoczna za obiektywem ACI / Sherloc. Źródło: NASA-JPL / CALTECH
Aby osiągnąć to wszystko, Sherloc jest podzielony na dwa główne zespoły: zespół korpusu Sherloc (SBA) i montaż wieży SHERLOC (STA). StB znajduje się, w którym znajdują się wszystkie obwody poleceń i obsługi danych, i gdzie życie zasilania. Sta jest firmą koncertową Sherloc i żyje na końcu robotycznego ramienia wytrwałości. Sercem Sta jest laserem Deep-UV (DUV), mocno zmodyfikowany laserowy z neonowym neonowym neonem. Zapewnia wysoce stabilny puls 248.60 nm i oczekuje się, że trwał wystarczająco długo, aby dostarczyć 3 miliony widm, co ma około siedmiu razy więcej niż okres projektowania ROVER.

Podobnie jak w przypadku każdego spektroskopu Ramana, optyka Sherloc jest skomplikowanym zestawem soczewek, luster, łupełek wiązek i filtrów. W przeciwieństwie do większości swoich kuzynów związanych z ziemiami, Sherloc musi obsługiwać “S” w swojej nazwie: skanowanie. Zamiast polegać na drobnej kontroli ramienia robotycznego, aby ustawić swoją wiązkę, Sherloc ma podsystem skanera, który jest dość podobny do galwanometrów używanych do kierownicy wiązki w pokazach laserowych. Skaner zapewnia kontrolę sherloc belki na powierzchnię próbki o powierzchni 7 mm x 7 mm o wielkości kroku mniejszym niż mikron w obu wymiarach, co pozwala na zbieranie danych z najmniejszych funkcji bez konieczności polegania na ruchach ramienia robota.

Innym sposobem, w jaki Sherloc różni się od innych instrumentów Ramana, jest w potrzebie koreluje widm o przestrzennych informacji o próbce. Nie wystarczy, aby uzyskać spektralny odcisk palca określonej części próbki; Raczej Sherloc musi również określić kontekst tego, co dokładne miejsce na próbce wygląda jak w widocznym świetle. Aby to osiągnąć, Sherloc wymaga pomocy dwóch kamer: autofokus i obraz kontekstowy (ACI), kamery w skali szarości o wysokiej rozdzielczości, która dzieli ścieżkę optyczną spektroskopu Ramana i Watson, szerokokątnego czujnika topograficznego dla operacji i aparatu inżynieryjnego . Watson jest oddzielnym, pełnym kolorem, wysokiej rozdzielczości aparatem z możliwością makro do 1,78 cm długości ogniskowej. Watson i ACI razem są zasadniczo odpowiednikiem soczewki dłoni geologa, umożliwiając Sherloc Newlay Visible Light obrazy z Dane Ramana w szerokiej gamie odległości operacyjnych.

Wreszcie spektroskop Ramana Sherloc został zaprojektowany, aby przetrwać długą wycieczkę do Marsa, lądowania o wysokiej energii i trudnych warunkach zimnego, zakurzonego świata. Podczas gdy SBA jest skorzystany bezpiecznie wewnątrz kadłuba wytrwałości, STA musi być narażony na elementy, aby wykonać swoją pracę. Sherloc jest zamontowany na układzie hexapod o sprężynowych rozpórkach, które napotkane wibracje napotkane zarówno podczas operacji kosmicznych, jak i Rover. Sta jest również wyposażony w kompleksowy system zarządzania termicznego, w tym elementy grzejne przetrwania, które utrzymują elektronikę i optykę wystarczająco ciepłą, aby przetrwać najgorszy na zimno marsjański.

Kontekst jest kluczem

Podczas gdy większość uwagi społeczeństwa do misji Marsa 2020 do tej pory zrozumiała, została wciągnięta do dziko pomyślnej pomysłowości helikoptera, Sherloc był najbardziej zbierającym dane, ponieważ wytrwałość dotarła na Mars z powrotem w marcu 2021 r. Potwierdzenie organicznych W Jezero Crater pochodziło z serii próbek analizowanych z powrotem we wrześniu 2021 r., A jedna skała w szczególności, która została nazwana “Garde”. Zespół narzędziowy montażowy ROVER został użyty do przemyślenia niektóre z wyblakły skały, zanim Sherloc był zamienił się na miejsce, aby przeanalizować próbkę.

Gardoł skała, z dowodem wywołanych organicznymi. Uwaga Sposób, w jaki Sherloc może połączyć widoczne obrazy świetlne za pomocą danych Ramana, aby zapewnić kontekst geologiczny. Źródło: NASA-JPL / CALTECH.
Dzięki mocy sherloc i jego zdolność do nakładania światła widzialne z danymi Raman, naukowcy planetarni byli w stanie określić, że Garde zawiera zarówno minerały Olivine, które wskazują na historię oliwinę i minerały węglanowe, które sugerują ostatni okres reagowania wody skała. Jest to zgodne z tym, co już wiemy o kraterze Jezero i Delcie rzeki, która kiedyś w niej płynęła. Znalezienie materiałów organicznych w skale z tego rodzaju historii geologicznej jest kuszący bit danych, a możePewnego dnia okazuje się być częścią dowodów na to, że życie niegdyś potwierdzone na Marsie.