Теперь, как сообщается в журнале Carbon, ученые MIT развивали технику, которая поможет марсоходу быстро и неагрессивно определит отложения, которые относительно неизменны, и которые поддерживают большую часть их оригинального состава. Такие «нетронутые» образцы дают ученым лучшую возможность для идентификации признаков прежней жизни, если они существуют, в противоположность скалам, истории которых были вытерты чистые геологическими процессами, такими как чрезмерное нагревание или радиационное поражение.Спектроскопия на Марсе
Техника команды сосредотачивается на новом способе интерпретировать результаты спектроскопии Рамана, общий, неразрушающий процесс, который геологи используют, чтобы определить химический состав древних скал. Среди его номера люкс научных инструментов марсоход Марса 2020 года включает SHERLOC (Просматривающий Пригодную для жилья Окружающую среду с Раманом и Люминесценцией для Органики и Химикатов), инструмент, который приобретет спектры Рамана от образцов на или чуть ниже марсианской поверхности.
SHERLOC будет основным в определении, существовала ли жизнь когда-нибудь на Марсе.Спектроскопия Рамана измеряет мелкие колебания атомов в молекулах данного материала.
Например, графит состоит из очень организованного расположения атомов углерода. Связи между этими атомами углерода вибрируют естественно на частоте, которую могут измерить ученые, когда они сосредотачивают лазерный луч на поверхности графита.Поскольку атомы и молекулы вибрируют на различных частотах в зависимости от того, с чем они связаны, спектроскопия Рамана позволяет ученым определить ключевые аспекты химического состава образца. Что еще более важно, техника может определить, содержит ли образец каменноугольный вопрос – первая подсказка, что образец может также питать признаки жизни.
Но Роджер Саммонс, преподаватель земли, атмосферных, и планетарных наук в MIT, говорит химическую картину, что ученые до сих пор были в состоянии различить использование, спектроскопия Рамана была несколько нечетка. Например, спектр Рамана, приобретенный от куска угля на Земле, мог бы выглядеть очень похожим на ту из органической частицы в метеорите, который был первоначально сделан в космосе.
«У нас нет способа уверенно различать органическое вещество, которое было однажды биологическое в происхождении против органического вещества, которое прибыло из некоторого другого химического процесса», говорит Саммонс.Однако Никола Ферралис, исследователь в Отделе MIT Материаловедения и Разработки, обнаружил скрытые особенности в спектрах Рамана, которые могут дать более информированную картину химической косметики образца.
Определенно, исследователи смогли оценить отношение водорода к атомам углерода от фундамента пиков в спектрах Рамана. Это важно потому что, чем больше нагревания любая скала испытало, тем больше органическое вещество становится измененным, определенно через потерю водорода в форме метана.Улучшенная техника позволяет ученым более точно интерпретировать значение существующих спектров Рамана, и быстро оценить отношение водорода к углероду – таким образом, идентификация большинства нетронутых, древних образцов скал для дальнейшего исследования. Саммонс говорит, что это может также помочь ученым и инженерам, работающим с инструментом SHERLOC на марсоходе Марса 2020 года к нолю в на идеальных марсианских образцах.
«Это может помочь в решении, какие образцы марсоход 2020 года заархивирует», говорит Саммонс. «Это будет искать органическое вещество, сохраненное в отложениях, и это позволит более информированный выбор образцов для потенциального возвращения в Землю».Наблюдение скрытых пиков
Спектр Рамана представляет вибрацию молекулы или атома, в ответ на лазерный свет. Типичный спектр для типового, содержащего органическое вещество, появляется как кривая с двумя главными пиками – один широкий пик и более острый, более узкий пик. Исследователи ранее маркировали широкий пик, поскольку D (привел в беспорядок) группу как колебания в этом корреляте региона с атомами углерода, у которых есть беспорядочная косметика, связанная с любым количеством других элементов.
Второй, более узкий пик – G (графит) полоса, которая, как правило, связывается с более заказанными мерами углерода, того, который найден в graphitic материалах.Ferralis, работающий с древними образцами осадка, исследуемыми в лаборатории Вызова, определил фундаменты в главной группе D, которые непосредственно связаны на сумму водорода в образце. Таким образом, чем выше эти подпики, тем более водородный присутствует – признак, что образец был относительно менее изменен, и его оригинальная химическая косметика, лучше сохраненная.
Чтобы проверить эту новую интерпретацию, команда стремилась применить спектроскопию Рамана и их аналитическую технику, к образцам отложений, химический состав которых был уже известен. Они получили дополнительные образцы древнего керогена – фрагменты органического вещества в осадочных породах – от команды, базирующейся в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, который в 1980-х использовал дотошные, кропотливые химические методы, чтобы точно определить отношение водорода к углероду.Команда быстро оценила то же самое отношение, сначала используя спектроскопию Рамана, чтобы произвести спектры различных образцов керогена, затем используя их метод, чтобы интерпретировать пики в каждом спектре. Отношения команды водорода к углероду тесно соответствовали оригинальным отношениям.
«Это означает, что наш метод хороший, и мы не должны делать безумного или невозможного объема химической очистки, чтобы получить точный ответ», говорит Саммонс.Отображение окаменелостиИдя шаг вперед, исследователи задались вопросом, могли ли бы они использовать свою технику, чтобы нанести на карту химический состав микроскопической окаменелости, которая обычно будет содержать так мало углерода, что это было бы необнаружимо традиционными методами химии.
«Мы задавались вопросом, мы могли нанести на карту через единственную микроскопическую окаменелость и видеть, были ли какие-либо химические различия сохранены?» Саммонс говорит.Чтобы ответить на тот вопрос, команда получила микроскопическую окаменелость протеста – древний, одноклеточный организм, который мог представлять простую морскую водоросль или ее хищника. Ученые выводят, что такие окаменелости были однажды биологические в происхождении, просто от их внешности и их подобия сотням других образцов в отчете окаменелости.
Команда использовала спектроскопию Рамана, чтобы измерить атомные колебания всюду по окаменелости, в резолюции подмикрона, и затем проанализировала получающиеся спектры, используя их новую аналитическую технику. Они тогда создали химическую карту на основе своего анализа.«Окаменелость видела ту же самую тепловую историю повсюду, и все же мы нашли клеточную стенку, и у содержания клетки есть более высокий водород, чем матрица клетки или ее внешность», говорит Саммонс. «Это мне – доказательства биологии. Это не могло бы убедить всех, но это – существенное улучшение, чем, что мы имели прежде».
В конечном счете Саммонс говорит, что в дополнение к идентификации многообещающих образцов на Марсе техника группы поможет палеонтологам понять собственную биологическую эволюцию Земли.«Мы интересуемся самым старым органическим веществом, сохраненным на планете, которая могла бы сказать нам что-то о физиологиях самых ранних форм Земли клеточной жизни», говорит Саммонс. «Мы надеемся понять, например, когда биологический углерод периодически повторял это, мы имеем на Земле, сегодня сначала появляются? Как это развивалось со временем?
Эта техника в конечном счете поможет нам найти органическое вещество, которое минимально изменено, чтобы помочь нам узнать больше о том, какие организмы были сделаны из, и как они работали».