Een internationaal team van wetenschappers heeft een klein chemisch laboratorium gecreëerd voor een rover die onder het oppervlak van Mars zal boren op zoek naar tekenen van vroeger of heden. Het laboratorium ter grootte van een broodrooster, genaamd de Mars Organic Molecule Analyzer of MOMA, is een belangrijk instrument op de ExoMars Rover, een gezamenlijke missie van het Europees Ruimteagentschap en het Russische ruimteagentschap Roscosmos, met een belangrijke bijdrage aan MOMA van NASA. Het zal in juli 2020 richting de Rode Planeet worden gelanceerd.

"De twee meter diepe boor van de ExoMars Rover zal het MOMA voorzien van unieke monsters die complexe organische verbindingen kunnen bevatten die bewaard zijn gebleven uit een oud tijdperk, toen het leven misschien begonnen was op Mars, " zei MOMA-projectwetenschapper Will Brinckerhoff van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Hoewel het oppervlak van Mars tegenwoordig onherbergzaam is voor bekende vormen van leven, er zijn aanwijzingen dat in het verre verleden, het Marsklimaat maakte de aanwezigheid van vloeibaar water - een essentieel ingrediënt voor het leven - aan het oppervlak mogelijk. Dit bewijs omvat kenmerken die lijken op droge rivierbeddingen en minerale afzettingen die zich alleen vormen in aanwezigheid van vloeibaar water. NASA heeft rovers naar Mars gestuurd die extra tekenen hebben gevonden van bewoonbare omgevingen in het verleden, zoals de Opportunity en Curiosity rovers die beide momenteel het Mars-terrein verkennen.

Het MOMA-instrument zal in staat zijn om een ​​grote verscheidenheid aan organische moleculen te detecteren. Organische verbindingen worden vaak geassocieerd met leven, hoewel ze ook kunnen worden gemaakt door niet-biologische processen. Organische moleculen bevatten koolstof en waterstof, en kan zuurstof bevatten, stikstof, en andere elementen. Om deze moleculen op Mars te vinden, het MOMA-team moest instrumenten nemen die normaal een paar werkbanken in een scheikundelaboratorium in beslag zouden nemen en ze verkleinen tot ongeveer de grootte van een broodroosteroven, zodat ze praktisch op een rover konden worden geïnstalleerd.

Hoewel het instrument complex is, MOMA is opgebouwd rond een enkele, zeer kleine massaspectrometer die geladen atomen en moleculen op massa scheidt. Het basisproces voor het vinden van Mars-organische verbindingen kan worden teruggebracht tot twee stappen:organische moleculen scheiden van de Mars-gesteenten en sedimenten en ze een elektrische lading geven (geïoniseerd) zodat ze kunnen worden gedetecteerd en geïdentificeerd door de massaspectrometer. MOMA heeft twee methoden om zoveel mogelijk verschillende soorten organische moleculen van elkaar te onderscheiden. De eerste methode gebruikt een oven om een ​​monster te verwarmen - dit bakproces verdampt de organische moleculen en stuurt ze naar een dunne kolom die mengsels van verbindingen scheidt in hun individuele bestanddelen. De verbindingen gaan achtereenvolgens de massaspectrometer in, waar ze een elektrische lading krijgen en op massa worden gesorteerd met behulp van elektrische velden. Elk type molecuul heeft een reeks verschillende massa-tot-elektrische ladingsverhoudingen. Het massaspectrometerinstrument gebruikt dit patroon dat een massaspectrum wordt genoemd om de moleculen te identificeren.

Sommige grotere organische moleculen zijn kwetsbaar en zouden uiteenvallen tijdens de verdamping bij hoge temperatuur in de oven, dus MOMA heeft een tweede methode om ze te vinden:het zapt het monster met een laser. Omdat er slechts een snelle uitbarsting van laserlicht wordt gebruikt, het verdampt sommige soorten grotere organische moleculen zonder ze volledig uit elkaar te halen. De laser geeft deze moleculen ook een elektrische lading, ze worden dus rechtstreeks van het monster naar de massaspectrometer gestuurd om te worden gesorteerd en geïdentificeerd.

Bepaalde organische moleculen hebben een eigenschap die mogelijk kan worden gebruikt als een sterke aanwijzing dat ze door het leven zijn gemaakt:hun handigheid, of chiraliteit. Sommige organische moleculen die door het leven worden gebruikt, zijn er in twee varianten die spiegelbeelden van elkaar zijn, zoals je handen. Op aarde, het leven gebruikt alle linkshandige aminozuren en alle rechtshandige suikers om grotere moleculen te bouwen die nodig zijn voor het leven, zoals eiwitten uit aminozuren en DNA uit suikers. Leven op basis van rechtshandige aminozuren (en linkshandige suikers) zou kunnen werken, maar een mix van rechts- en linkshandig voor een van beide niet. Dit komt omdat deze moleculen samen moeten komen met de juiste oriëntatie, als puzzelstukjes, om andere moleculen te bouwen die nodig zijn om het leven te laten functioneren.

MOMA is in staat om de chiraliteit van organische moleculen te detecteren. Als het vindt dat een organisch molecuul voornamelijk van de linker- of rechterhandvariant is ('homochiraliteit' genoemd), kan dat een bewijs zijn dat het leven de moleculen heeft geproduceerd, omdat niet-biologische processen de neiging hebben om een ​​gelijke mix van variëteiten te maken. Dit staat bekend als een biohandtekening.

Marsrovers staan ​​voor een andere uitdaging bij het zoeken naar bewijs van leven:besmetting. De aarde is verzadigd met leven, en wetenschappers moeten heel voorzichtig zijn dat het organische materiaal dat ze detecteren niet gewoon met het instrument van de aarde is meegenomen. Om dit te garanderen, het MOMA-team heeft er alles aan gedaan om ervoor te zorgen dat het instrument zo vrij mogelijk is van aardse moleculen die kenmerkend zijn voor het leven.

De ExoMars-rover zal de eerste zijn die diep onder het oppervlak onderzoekt, met een boor die monsters kan nemen van wel twee meter diep (meer dan zes voet). Dit is belangrijk omdat de dunne atmosfeer en het vlekkerige magnetische veld van Mars onvoldoende bescherming bieden tegen ruimtestraling, die geleidelijk organische moleculen kunnen vernietigen die aan het oppervlak zijn achtergelaten. Echter, Marssediment is een effectief schild, en het team verwacht grotere hoeveelheden organische moleculen te vinden in monsters van onder het oppervlak.

NASA Goddard ontwikkelt de massaspectrometer en elektronicaboxen voor MOMA, terwijl LATMOS (Laboratorium voor Atmosferen, omgevingen, en ruimtewaarnemingen), Guyancourt, Frankrijk en Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA of Interuniversitair Laboratorium voor Atmosferische Systemen) Parijs, Frankrijk, MOMA's gaschromatograaf maken, en het Max Plank Institute for Solar System Research, Göttingen, Duitsland en Laser Zentrum Hannover, Hanover, Duitsland, bouw de laser van het instrument, ovens, en tapstation (ovenafdichting).

MOMA heeft onlangs de pre-delivery reviews van zowel ESA als NASA afgerond die de weg vrijmaakten voor de levering van het vlieginstrument aan de missie. Op woensdag, 16 mei het MOMA-massaspectrometerteam verzamelde zich bij Goddard om hun unieke wetenschappelijke instrument te zien tijdens de eerste etappe van zijn reis naar Mars:levering aan Thales Alenia Space, in Turijn, Italië, waar het zal worden geïntegreerd in de lade van het analytische laboratorium van de rover tijdens de komende activiteiten op missieniveau deze zomer. Na de daaropvolgende integratieactiviteiten op het niveau van rover en ruimtevaartuigen in 2019, de ExoMars Rover is gepland om in juli naar Mars te lanceren, 2020 vanaf de Baikonoer-kosmodrome in Kazachstan.