Curiosity находится на пути к Марсу, летом следующего года он должен сесть на планете. Его главная задача – поиск признаков жизни, хотя бы прошлой, на поверхности красной планеты. Основную роль в этом будет играть инструмент SAM (Sample Analysis at Mars, анализ образцов на Марсе). Фактически, это целая химическая лаборатория, заключенная в пространстве микроволновой печи. Полный список из 10 инструментов ровера и их роль в поиске жизни на Марсе можно найти в нашей прошлой статье о марсоходе.

Лаборатория будет получать образцы от роботизированной руки марсохода, так как сама она не приспособлена для забора образцов.

«Жизнь на Земле означает воду, энергию и сложную углеродную химию, – говорит Пол Маххафи из Центра космических полетов имени Годдарда, руководитель проекта лаборатории. – Мы будем искать признаки всех трех ингредиентов, но основное внимание уделим углеродной химии».

Два предшественника Curiosity, марсоходы Spirit и Opportunity, искали воду. Признаки воды на Марсе найдены, и теперь пришло время поиска органических молекул.

Лаборатория ровера достаточно чувствительна, чтобы обнаружить органические соединения при концентрации в несколько штук на миллиард других молекул. Конечно, она может и не найти органических молекул, но ответить на вопрос, был ли Марс когда-то более приспособлен для жизни, скорее всего удастся.

Совместная работа инструментов

Curiosity должен приземлиться (или примарситься?) 6 августа 2012 года в кратере Гейла.  Это углубление диаметром около 170 километров, в которм с большой вероятностью когда-то было озеро.

«Мы предполагаем, что в прошлом здесь была вода, но нам важно знать, насколько долго она существовала», – говорит Маххафи.

В центре кратера находится 4.5-километровая гора с пологими склонами, которая образована многими геологическими слоями, хранящими информацию о прошлом Марса. В ходе своей основной миссии, которая продлится один марсианский год (почти два земных года) ровер заберется на эту гору на несколько сотен метров. Ученые надеются, что это позволит изучить слои, сформировавшиеся в присутствии воды и без нее.

Для определения наилучших мест для анализа все инструменты ровера будут работать вместе, дополняя друг друга. Рабочая лошадка разведки и первое средство анализа – камера, установленная на мачте высотой около 2 метров над поверхностью. Другая камера, ChemCam, предназначена для анализа показавшегося интересным места издалека. Для этого образцы будут испаряться при помощи лазерного луча, а полученный ионизованный пар будет исследоваться на химический состав.

После того, как такое дистанционное зондирование покажет интересные места, в ход пойдет роботизированная рука, на которой установлены APXS (Alpha-Particle X-ray Spectrometer, спектрометр рентгеновского диапазона для анализа альфа-частиц) и MAHLI (Mars Hand Lens Imager, оптическая система манипулятора). Кроме них на руке установлена дрель, которая предназначена для бурения поверхности и забора образцов, которые затем могут анализироваться лабораториями SAM и CheMin.

«Мы будем изучать данные, собранные другими инструментами для того, чтобы определить, интересен ли камень на пути ровера и стоит ли его пробурить и отправить на исследование одной из двух лабораторий», – говорит Маххафи.

CheMin предназначен для определения кристаллической структуры минералов и их состава, а SAM служит для анализа летучих веществ, которые могут скрываться в образцах.

Поджарим камушек

Лаборатория SAM может проводить несколько разных экспериментов, но ее основная задача – нагрев образца для испарения газов и органических веществ, которые и буду анализироваться.

Образец, собранный манипулятором и доставленный в лабораторию, помещается в одну из 74 пробирок. Затем при помощи внутреннего манипулятора эта пробирка перемещается на печь, которая разогревается до температуры в 1000 градусов Цельсия. Часть испарившегося вещества попадает в квадрупольный масс-спектрометр, который определяет состав пара по отношению заряда к массе его частиц.

Остальной газ проводится через полимерный фильтр, на  котором оседают органические молекулы. Эти молекулы затем передаются в газовый хроматограф, состоящий из шести сосудов для разделения различных органических молекул. Завершающий анализ этих молекул снова производится масс-спектрометром.

«Хроматография и масс-спектрометрия – наиболее распространенные способы определения состава образцов на Земле, так что неудивительно, что мы везем их и на Марс», – говорит Маххафи.

Единственной проблемой являются ограничения. То, что на Земле стоит в большой лаборатории, на Марсе надо уместить в небольшой ящик. Например, сосуды хроматографа, имеющие длину 30 метров, пришлось свернуть в спираль.

Анализ изотопов

Для точных химических измерений в лаборатории SAM имеется еще один спектрометр, TLS (Tunable Laser Spectrometer, настраиваемый лазерный спектрометр). Этот прибор способен различить всего несколько простейших молекул, на зато он может заметить различие в концентрациях разных изотопов.

Например, углекислый газ, связанный в камен, содержит углерод-13 и углерод-12. Спектрометр позволит узнать отношение их концентраций, а это даст информацию об атмосферных условиях, при которых формировался газ. Эти данные можно будет сравнить с текущим состоянием атмосферы, которую SAM также может анализировать. Кроме углекислого газа, будет проведен анализ содержания метана и его сезонных колебаний.

Надежда на жизнь

В настоящее время Марс – не лучшее место для жизни, похоже на земную. Органические молекулы могут легко разрушать ультрафиолетовым излучением и космическими лучами. Но под поверхностью органические соединения могут существовать. Отличительной особенностью Curiosity является возможность бурения забора образцов из-под поверхности. Кроме того, он сможет передвигаться и искать места, которые есть смысл бурить.

«Мы не надеемся найти место, богатое органическими материалами, оставшимися с древних времен», – говорит Маххафи. Но если органика будет найдена, марсоход окажется во всеоружии для ее анализа.