Lang voordat NASA's Perseverance-rover op 18 februari op de Rode Planeet landde, een van de missiedoelen op het hoogste niveau was al vastgesteld:het zoeken naar tekenen van oud leven op het oppervlak van Mars. In feite, de technieken die door een van de wetenschappelijke instrumenten aan boord van de rover worden gebruikt, kunnen ook worden toegepast op de manen Enceladus en Titan van Saturnus en op de maan Europa van Jupiter.

"Doorzettingsvermogen gaat op zoek naar een boodschappenlijstje met mineralen, organisch, en andere chemische verbindingen die microbieel leven kunnen onthullen dat ooit op Mars bloeide, " zei Luther Beegle, hoofdonderzoeker voor het instrument Scanning Habitable Environments van Mars 2020 met Raman &Luminescence for Organics &Chemicals (SHERLOC). "Maar de technologie achter SHERLOC die op zoek gaat naar vorig leven in Mars-gesteenten is zeer adaptief en kan ook worden gebruikt om levende microben en de chemische bouwstenen voor leven in het diepe ijs van de manen van Saturnus en Jupiter te zoeken."

Enceladus, Europa, en zelfs de wazige maan Titan zou onder hun dikke ijzige buitenkant enorme oceanen van vloeibaar water bevatten die chemische verbindingen bevatten die verband houden met biologische processen - heel andere omgevingen dan het moderne Mars. Als er microbieel leven bestaat in die wateren, wetenschappers kunnen er mogelijk ook bewijs van vinden in het ijs. Maar hoe vind je dat bewijs als het diep in het ijs zit?

Voer WATSON in. Afkorting van Wireline Analysis Tool for the Subsurface Observation of Northern ijskappen, het 3,9 meter lange (1,2 meter lange) buisachtige prototype wordt ontwikkeld in het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Zuid-Californië. Het is gekoppeld aan de Planetary Deep Drill van Honeybee Robotics, en deze combinatie werd met succes getest in de extreme kou van het Groenlandse ijs.

Een kleinere versie van WATSON zou ooit aan boord kunnen gaan van een toekomstige robotmissie om het bewoonbaarheidspotentieel van een van deze raadselachtige manen te verkennen. Het instrument scant het ijs in op zoek naar biosignaturen:organische moleculen die zijn gemaakt door biologische processen. Mocht het iets opmerken, een toekomstige versie van WATSON, met de extra mogelijkheid om ijs uit de boorgatwand te verzamelen, zou dan monsters kunnen verzamelen voor verder onderzoek.

Door diep-ultraviolette laser Raman-spectroscopie te gebruiken om de materialen te analyseren waar ze worden gevonden, in plaats van onmiddellijk ijsmonsters op te halen en ze vervolgens op het oppervlak van de maan te bestuderen, het instrument zou wetenschappers aanvullende informatie over deze monsters verschaffen door te bestuderen waar ze zich in de context van hun omgeving bevinden.

"Het zou geweldig zijn als we eerst zouden onderzoeken hoe deze monsters er in hun natuurlijke omgeving uitzagen voordat we ze opscheppen en mengen tot een slurry om te testen, " zei Mike Malaska, een astrobioloog bij JPL en de hoofdwetenschapper voor WATSON. "Daarom ontwikkelen we dit niet-invasieve instrument voor gebruik in ijzige omgevingen:om diep in het ijs te kijken en clusters van organische verbindingen - misschien zelfs microben - te identificeren, zodat ze kunnen worden bestudeerd voordat we ze verder analyseren en hun native context of hun structuur wijzigen."

Hoewel WATSON dezelfde techniek gebruikt als de SHERLOC van Perseverance, er zijn verschillen. Voor een, SHERLOC zal gesteente en sediment van Mars analyseren om te zoeken naar tekenen van microbieel leven uit het verleden die kunnen worden verzameld en teruggestuurd naar de aarde door toekomstige missies voor dieper onderzoek. En SHERLOC boort geen gaten. Een aparte tool doet dat.

Maar beide vertrouwen op een diep-ultraviolette laser en spectrometer, en waar het WATSON-ijsinstrument een beeldsensor heeft om de textuur en deeltjes in de ijswand te observeren, De SHERLOC van Perseverance is gekoppeld aan een camera met hoge resolutie om close-upfoto's van rotstexturen te maken ter ondersteuning van zijn waarnemingen. Die camera heeft toevallig dezelfde naam als het ijsverkennende prototype:WATSON. In dit geval, Hoewel, het acroniem staat voor Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering. (Ten slotte, elk instrument met een naam geïnspireerd op de beroemde fictieve detective Sherlock Holmes zal ongetwijfeld verwijzingen naar zijn partner inspireren.)

Enceladus op aarde

Net zoals SHERLOC uitgebreide tests op aarde onderging voordat hij naar Mars ging, dat moet WATSON ook doen voordat het naar het buitenste zonnestelsel wordt gestuurd. Om te zien hoe het instrument zou kunnen presteren in de ijzige korst van Enceladus en de extreem lage temperaturen van de maan, het WATSON-team koos Groenland als een "aarde-analoog" voor veldtests van het prototype tijdens een campagne van 2019.

Aardanalogen hebben vergelijkbare kenmerken met andere locaties in ons zonnestelsel. In het geval van Groenland, de omgeving nabij het midden van de ijskap van het eiland en weg van de kust benadert het oppervlak van Enceladus, waar oceaanmaterialen uit de vruchtbare openingen van de kleine maan uitbarsten en neerregenen. Het verminkte ijs aan de rand van de Groenlandse gletsjers bij de kust, In de tussentijd, kan dienen als een analoog voor Europa's geknikte diepe ijzige korst.

Tijdens de campagne om een ​​bestaand boorgat in de buurt van Summit Station te verkennen, een hooggelegen observatiestation op afstand in Groenland, het instrument werd op de proef gesteld. Toen het meer dan 330 voet (100 meter) afdaalde, WATSON gebruikte zijn UV-laser om de wanden van het ijs te verlichten, waardoor sommige moleculen gaan gloeien. De spectrometer mat vervolgens hun vage gloed om het team inzicht te geven in hun structuur en samenstelling.

Hoewel het vinden van biosignaturen in het ijs van Groenland niet als een verrassing kwam - de tests waren op aarde, tenslotte - het in kaart brengen van hun verspreiding langs de wanden van het diepe boorgat riep nieuwe vragen op over hoe deze functies zijn gekomen waar ze zijn. Het team ontdekte dat microben diep in het ijs de neiging hebben om samen te klonteren in klodders, niet in lagen zoals ze oorspronkelijk hadden verwacht.

"We hebben kaarten gemaakt terwijl WATSON de zijkanten van het boorgat scande en de clustering hotspots van blauw, groen en rood - die allemaal verschillende soorten organisch materiaal vertegenwoordigen, " zei Malaska. "En wat voor mij interessant was, was dat de verspreiding van deze hotspots vrijwel overal hetzelfde was:het maakt niet uit of de kaart op 10 of 100 meter [33 of 330 voet] diep is gemaakt, deze compacte kleine klodders waren er."

Door de spectrale handtekeningen van deze hotspots te meten, het team identificeerde kleuren die overeenkomen met aromatische koolwaterstoffen (sommige kunnen afkomstig zijn van luchtvervuiling), lignines (verbindingen die helpen bij het bouwen van celwanden in planten), en andere biologisch geproduceerde materialen (zoals complexe organische zuren die ook in de bodem worden aangetroffen). In aanvulling, het instrument registreerde handtekeningen vergelijkbaar met de gloed die wordt geproduceerd door clusters van microben.

Er moet nog meer getest worden - idealiter in andere aardse analogen die de omstandigheden van andere ijzige manen benaderen, maar het team werd aangemoedigd door hoe gevoelig WATSON was voor zo'n grote verscheidenheid aan biosignaturen. Deze hoge gevoeligheid zou nuttig zijn bij missies naar oceaanwerelden, waar de distributie en dichtheid van mogelijke biosignaturen onbekend zijn, zei Rohit Bhartia, hoofdonderzoeker voor WATSON en plaatsvervangend hoofdonderzoeker voor SHERLOC, van fotonsystemen in Covina, Californië. "Als we een willekeurige steekproef zouden nemen, we zullen waarschijnlijk iets heel interessants missen, maar door onze eerste veldtesten, we zijn in staat om de verspreiding van organische stoffen en microben in terrestrisch ijs beter te begrijpen, wat ons zou kunnen helpen bij het boren in de korst van Enceladus."

De resultaten van de veldtest zijn gepubliceerd in het tijdschrift Astrobiologie in de herfst van 2020 en gepresenteerd op de American Geophysical Union Fall Meeting 2020 op 11 december.