داستان کاوشگر: چگونه ناسا بهترین مکان را برای فرود پرسویرنس روی مریخ پیدا کرد؟

دهانه‌ی جزرو، مقصد مریخ‌نورد پرسویرنس در سیاره‌ی سرخ، در گذشته خاستگاه دریاچه‌ای آب شیرین بود و ازاین‌رو مکانی امیدبخش برای یافتن شواهد از حیات مریخی محسوب می‌شود.

در دو بخش پیشین داستان کاوشگر، سیر ساخت هلی‌کوپتر اینجنیوتی (نبوغ) و مریخ‌نورد پرسویرنس (استقامت) را شرح دادیم و دریافتیم که چگونه این دو ربات پیشرفته‌ترین کاوشگرهای فضایی ساخته‌شده تاکنون به‌شمار می‌آیند. اما چگونه می‌توان با استفاده از خودروی خودران کوچکی چون پرسویرنس، نشانه‌های حیات میکروسکوپی را در جهانی بزرگ پیدا کرد؟

۱۶ سال پیش، کیلب فاست که بعدا از دانشگاه براون در آمریکا فارغ‌التحصیل شد، حفره‌ای جذاب را روی سطح مریخ شناسایی کرد. مریخ امروزه جهانی سرد و خشک است؛ اما شرایط همیشه این‌گونه نبود. آن حفره که ازجمله مکان‌هایی با نشانه‌های آشکار حیات محسوب می‌شود، وقتی سیاره‌ی سرخ اقلیمی گرم‌تر و مرطوب‌تر داشت، حاوی جریان آب مایع بود.

تصویری که مدارگرد ادیسه‌ی ناسا از حفره ثبت کرد، مجرای آب مارپیچی خشک‌شده‌ای را نشان داد که به یک طرف از دهانه منتهی می‌شد. در طرف دیگر دهانه، بخشی از دیواره دراثر فرسایش آبی تخریب شده بود. در بین این دو عارضه، فرورفتگی مدور بزرگی وجود داشت. دکتر فاست که اکنون دانشمند سیاره‌شناس در مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا در هانتسویل آلاباما است، تنها راه تشکیل فرورفتگی را دریاچه‌بودن آن در گذشته می‌داند. این دریاچه‌ی باستانی با نام جزرو که دهانه‌ای با وسعت ۴۸ کیلومتر است، توقفگاه بعدی ناسا برای جستجوی نشانه‌های احتمالی حیات فرازمینی در منظومه‌ی شمسی خواهد بود.

پرسویرنس کاوشگری مشابه با کیوراسیتی است؛ مریخ‌نوردی که هشت سال پیش در مریخ فرود آمد و بلافاصله نشانه‌هایی قطعی از دریاچه‌ای سکونت‌پذیر را شناسایی کرد. اما پرسویرنس به ابزارهای مختلفی مجهز شده است که به‌منظور پاسخ به پرسش تکمیلی پیچیده‌تری طراحی شده‌اند: آیا ممکن است زمانی موجودات مریخی در سیاره‌ی سرخ زندگی کرده باشند؟ دانشمندان تصمیم گرفتند که جزرو بهترین مکان برای جستجوی حیات مریخی است.

هیچ‌کس انتظار ندارد که در اکتشاف پیش‌رو، معادل مریخی فسیل‌های دایناسورها، دندان کوسه یا صدف‌های دریایی یافت شود. اگر حیات در مریخ ظهور کرده باشد، احتمالا به آنچه در زمین اولیه وجود داشت، شباهت دارد؛ یعنی میکروب‌های تک‌سلولی در اقیانوس‌ها، دریاچه‌ها و رودخانه‌ها. این موجودات زنده‌ی میکروسکوپی حتی روی زمین هیچ فسیل مشخصی از خود به جا نگذاشتند. درنتیجه، تشخیص شواهد این حیات باستانی دشوار و به‌شدت بحث‌برانگیز است.

داستان کاوشگر:

• بخش اول؛ چگونه نخستین هلی کوپتر فضایی ساخته شد؟
• بخش دوم؛ چگونه ناسا برای مأموریت مریخی بعدی‌اش خودرویی خودران ساخت؟

بااین‌حال، دانشمندان مریخ‌شناس تصور می‌کنند که می‌توانند الگوهایی را در سنگ‌ها شناسایی کنند که ممکن است حاصل فعالیت میکروب‌ها باشند. آب مایع لازمه‌ی حیات است و جزرو ازجمله یکی از صدها دریاچه‌ی پیشینی روی مریخ محسوب می‌شود. عارضه‌ای که دانشمندان را به این دهانه‌ی به‌خصوص جذب کرد، بستری بود که آب بیش از ۳/۵ میلیارد سال پیش درون آن به دریاچه جریان داشت.

حتی در وضوح متوسط از تصویر مدارگرد ادیسه، دکتر فاست بادبزنی آبرفتی از خاک و گل را دید که رودخانه به درون دهانه پاشیده بود. کندا لینچ، دانشمند در مؤسسه‌ی قمری و سیاره‌ای در هیوستون می‌گوید این رسوب دلتایی در جزرو می‌تواند دربردارنده‌ی نشانه‌های حیات از سه محیط متفاوت باشد: از جریان‌ها و دریاچه‌های کوچک‌تر بالادست؛ از خود دریاچه‌ی جزرو یا آب زیرزمینی کشیده‌شده به سطح از زیر مریخ. به‌گفته‌ی دکتر لینچ «ما می‌دانیم که روی زمین آن نوع رسوبات موجودات زنده را حفظ می‌کنند.»

^{مهندسان در مرکز فضایی کندی ناسا، ۳۹ لوله‌ی نمونه را به درون شکم مریخ‌نورد پرسویرنس وارد می‌کنند.}

همچنین درامتداد آنچه به‌نظر می‌آید خط ساحلی بوده باشد، رسوبات موادی معدنی به‌نام کربنات دیده می‌شود. کربنات می‌تواند به سنگ‌آهک روی زمین شباهت داشته باشد که معمولا از رسوبات کف دریا تشکیل می‌شود و اغلب مملو از فسیل‌ها است. هرچند واکنش‌های شیمیایی بدون دخالت بیولوژی می‌توانند کربنات را ایجاد کنند، به‌گفته‌ی دکتر لینچ «این سرنخ کربناتی ممکن است نمایانگر نوعی حیات میکروبی باشد.»

رسوبات ریز دریاچه‌ای می‌توانست خاستگاه مساعدی برای موجودات کوچک مریخی باشد.. دست‌کم روی زمین، لایه‌ای از میکروب‌ها می‌توانند در ته دریاچه‌ها تشکیل شوند و اغلب به‌واسطه‌ی مایع مخاطی ترشح‌شده از جانداران به یکدیگر بچسبند. اگر هرچیزی نظیر این لایه، درون دریاچه‌ی واقع در جزرو زندگی می‌کرد، مولکول‌های بیولوژیکی میکروب‌هایش احتمالا تا امروز دیگر ازبین رفته‌اند؛ اما تشکیل لایه‌ها روی یکدیگر ممکن است الگوهایی موج‌دار را در سنگ‌ها همانند نمونه‌های یافت‌شده روی سنگ‌های زمینی به جا گذاشته باشد.

کاترین استک مورگان، دانشمند پروژه‌ی پرسویرنس درجریان کنفرانسی مطبوعاتی در ماه ژوئن گفت «اکنون اگر به آن سنگ نگاه بیاندازید، نمی‌توانید با اطمینان بگویید که آن الگو بالقوه ردپایی زیستی است. اما وقتی بافت‌ها و همچنین ترکیب شیمیایی، کانی‌شناسی و توزیع کربن آلی را همبسته کنید، می‌توانید نشان دهید که آن سنگ تنها تحت تأثیر حیات شکل گرفته است.»

دوربین و میکروسکوپ نصب‌شده روی مریخ‌نورد قادر به دیدن چنین الگوهایی هستند. ابزار دیگر که جریانی از پرتوهای ایکس را به درون سنگ شلیک می‌کند، می‌تواند عناصر درون هر لایه را اندازه بگیرد و به تشخیص این امر کمک کند که آیا این لایه‌ها از مواد معدنی متفاوت یا صرفا لکه‌های سطحی تشکیل شده‌اند. همچنین بخشی از مأموریت پرسویرنس، جمع‌آوری قطعاتی از سنگ‌هایی است که فضاپیمایی دیگر آن‌ها را به زمین خواهد برد. سپس دانشمندان می‌توانند با دقت بی‌سابقه به نمونه‌ها نگاه بیاندازند و به‌دنبال نشانه‌هایی از حیات پیشینی بگردند.

۶ سال پیش، دانشمندان مریخ‌شناس بحث درباره‌ی مقصد مریخ‌نورد بعدی را با انتخاب بیش از ۳۰ کاندیدا  آغاز کردند. دانشمندان همانند دفاع وکلا از پرونده‌های قضایی، برای هر گزینه استدلال‌های خود را ارائه دادند. کاندیداهای دیگر نیز مکان‌هایی نام‌گذاری‌شده بودند؛ نظیر ابرس والده (دیگر دریاچه‌ی خشک‌شده با دلتای حفظ‌شده)، هولدن (دهانه‌ی برخوردی قدیمی که پیش‌تر دریاچه‌ای بزرگ بود) و مارت والیس (دره‌ای اسرارآمیز با رطوبت احتمالی در گذشته اما بدون هیچ نشانه‌ای از منشاء آب ورودی به آن).

تیموتی گاج، استاد علوم زمین در دانشگاه تگزاس آستین درجریان کارگاه‌های گفت‌وگو درباره‌ی محل فرود، به‌دفاع از جزرو برخاست. او تلاش کرد دریابد آیا می‌توان مواد معدنی را در رسوبات دلتا شناسایی کرد و به منشاء بالادستی آن‌ها پی برد یا نه. اگر این امر امکان‌پذیر بود، آنگاه دکتر گاج می‌توانست بررسی کند که آیا مواد معدنی درطول مسیر متحمل تغییرات شیمیایی شدند یا قطعاتی از سنگ‌هایی بودند که صرفا از سنگ‌های بستر بیرون‌زده جدا و به‌کلی بدون تغییر درون دهانه ته‌نشین شدند.

^{مریخ‌نورد اسپیریت در سال ۲۰۰۵ از پایین دیواره‌ی دهانه‌ی گوسف، این تصویر از غروب خورشید را در مریخ ثبت کرد. منطقه‌ی کلمبیا هیلز که این دهانه در آن واقع شده است، کاندیدای نهایی درنظرگرفته‌شده برای محل فرود پرسویرنس بود.}

دکتر فاست دو دلتای جریان‌یافته به درون جزرو را شناسایی کرد: یک نمونه‌ی برجسته‌ی بزرگ در غرب و نمونه‌ای کوچک‌تر و فرسایش‌یافته‌تر در دیواره‌ی شمالی. دکتر گاج دریافت که این دو دلتا حاوی مواد معدنی متفاوت هستند که نشان‌دهنده‌ی منشاء متفاوت رسوبات است.

وجود خاک رس، مواد معدنی و کربناتی که معمولا با برهم‌کنش با کربن دی‌اکسید و آب مایع تشکیل می‌شود، به‌وضوح نشان می‌دهد جزرو دریاچه‌ی آب شیرینی بود که چندان خاصیت قلیایی یا اسیدی بالایی نداشت؛ بدین معنا که می‌توانست مکانی مساعد برای پشتیبانی از حیات باشد. بتانی المان، استاد مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا، ابتدا جزرو را به‌عنوان محل فرود احتمالی مطرح کرد؛ اما بعدا پیشنهاد داد که دکتر گاج در کارگاه بازبینی محل‌های فرود، دلایلش را برای انتخاب جزرو ارائه دهد. در سال ۲۰۱۷، دانشمندان مأموریت پرسویرنس، تعداد کاندیداها را به سه مورد کاهش دادند و درنهایت جزرو شرایط لازم را کسب کرد.

دو محل دیگر، منطقه‌ی کلمبیا هیلز در دهانه‌ی گوسف که مریخ‌نورد اسپیریت ناسا آن را کاوش کرد و محدوده‌ای آتشفشانی باستانی به‌نام سیرت شمال شرقی بود که چشمه‌های آب گرم و برف ذوب‌شده داشت و بالقوه محیطی مناسب برای برخی میکروب‌ها به‌شمار می‌رفت. تیم علمی بعدا کاندیدای نهایی چهارمی اضافه کرد که به‌دلیل قرارگیری تقریبی بین جزرو و سیرت شمال شرقی با عنوان غیررسمی میان‌راه نامیده شد. میان‌راه خصوصیات زمین‌شناسی مشابه با سیرت شمال شرقی دارد؛ اما به‌قدر کافی به جزرو نزدیک است تا اگر پرسویرنس به‌اندازه‌ی کافی دوام آورد، بتواند هر دو مکان را کاوش کند و بدین وسیله تیم مأموریت با یک تیر دو نشان بزند. پس از آخرین کارگاه در اکتبر ۲۰۱۸، ناسا تصمیمش را گرفت.

در ماه فوریه، به‌عنوان بخشی از آماده‌سازی‌های مأموریت، دانشمندان چگونگی استفاده از پرسویرنس به‌منظور جست‌وجو برای نشانه‌های حیات روی مریخ را تمرین کردند. البته، مریخ‌نورد و ابزارهایش نه روی مریخ بودند و در زمین دردسترس. درعوض از دریاچه‌ی واکر در نوادا که بخشی از آن ده‌ها هزار سال پیش خشک شده بود، به‌عنوان بدل دهانه‌ی جزرو استفاده شد. در طول دو هفته، تیمی متشکل از هفت نفر نقش مریخ‌نورد را ایفا کردند تا تصاویر و داده‌ها را گرد‌آوری کنند.

هر روز، تیمی از ۱۵۰ دانشمند (برخی از آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا در کالیفرنیا و دیگران از سرتاسر دنیا)، تصاویر و داده‌های روز قبل را بازبینی و با مجموعه‌ای تازه از مشاهدات علمی روبه‌رو شدند. اگر سمت یک صخره جذاب به‌نظر می‌رسید، دانشمندان ممکن بود بخواهند نگاهی نزدیک‌تر به آن داشته باشند. بخش‌هایی از دریاچه‌ی واکر مملو از استروماتولیت بود؛ ساختارهایی لایه‌لایه که حاوی الگوهای موج‌دار به‌جامانده از فعالیت‌های میکروبی است.

دانشمندان خارج از محدوده، دستورالعمل‌ها را به نوادا ارسال می‌کردند؛ جایی که تیم هفت‌نفره قصد داشت فعالیت‌هایی را شبیه‌سازی کند که مریخ‌نورد در سیاره‌ی سرخ برعهده خواهد گرفت. دستورالعمل‌ها شامل گرفتن یک ابزار دستی پرتو ایکس به سمت سنگ‌ها به‌منظور تولید داده‌های مشابه با ابزار پرسویرنس و غلتاندن دستگاهی کالسکه‌مانند بود که راداری برای نفوذ به زمین داشت.

^{دانشمندان در فوریه‌ی ۲۰۲۰، مأموریت پرسویرنس را در بستر دریاچه‌ی واکر در نوادا شبیه‌سازی کردند (راست). سنگ‌های رسوبی لایه‌لایه‌ی استروماتولیت در بستر دریاچه درجریان آزمایش میدانی در نوادا (چپ).}

برای دیدن نشانه‌ای احتمالی از موجودات باستانی مریخی باید همچنان مدت‌ها منتظر بمانیم. پرسویرنس پنجشنبه برفراز راکت اتلس ۵ از کیپ کاناورال آمریکا پرتاب شد و تقریبا ۷ ماه دیگر در ۲۹ بهمن به مریخ خواهد رسید و پس از گذراندن فرایندی بسیار خطرناک و دلهره‌آور روی سطح سیاره‌ی سرخ فرود خواهد آمد.