Ett internationellt team av forskare har skapat ett litet kemilaboratorium för en rover som kommer att borra under Mars -ytan och leta efter tecken på tidigare eller nuvarande liv. Laboratoriet i brödrostsstorlek, kallas Mars Organic Molecule Analyzer eller MOMA, är ett nyckelinstrument på ExoMars Rover, ett gemensamt uppdrag mellan Europeiska rymdorganisationen och den ryska rymdorganisationen Roscosmos, med ett betydande bidrag till MOMA från NASA. Den kommer att lanseras mot den röda planeten i juli 2020.

"ExoMars Rovers två meter djupa borr kommer att förse MOMA med unika prover som kan innehålla komplexa organiska föreningar bevarade från en forntida era, när livet kan ha börjat på Mars, " sa MOMA-projektforskaren Will Brinckerhoff från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Även om Mars yta är ogästvänlig för kända livsformer idag, det finns bevis för att i det avlägsna förflutna, klimatet på mars tillät närvaron av flytande vatten - en viktig ingrediens för liv - vid ytan. Dessa bevis inkluderar egenskaper som liknar torra flodbäddar och mineralavlagringar som bara bildas i närvaro av flytande vatten. NASA har skickat rovers till Mars som har hittat ytterligare tecken på tidigare beboeliga miljöer, såsom Opportunity och Curiosity rovers som båda för närvarande utforskar Mars -terrängen.

MOMA-instrumentet kommer att kunna detektera en mängd olika organiska molekyler. Organiska föreningar är vanligtvis associerade med livet, även om de också kan skapas av icke-biologiska processer. Organiska molekyler innehåller kol och väte, och kan innehålla syre, kväve, och andra element. För att hitta dessa molekyler på Mars, MOMA -teamet måste ta instrument som normalt skulle uppta ett par arbetsbänkar i ett kemilaboratorium och krympa dem till ungefär storleken på en brödrostugn så att de skulle vara praktiska att installera på en rover.

Även om instrumentet är komplext, MOMA är uppbyggd kring en enda, mycket liten masspektrometer som separerar laddade atomer och molekyler med massan. Den grundläggande processen för att hitta organiska föreningar från Mars kan kokas ner i två steg:separera organiska molekyler från Mars bergarter och sediment och ge dem en elektrisk laddning (joniserad) så att de kan detekteras och identifieras av masspektrometern. MOMA har två metoder för att särskilja så många olika sorters organiska molekyler som möjligt. Den första metoden använder en ugn för att värma ett prov - den här bakprocessen förångar de organiska molekylerna och skickar dem till en tunn kolonn som separerar blandningar av föreningar i deras individuella beståndsdelar. Föreningarna passerar sekventiellt in i masspektrometern, där de ges en elektrisk laddning och sorteras efter massa med hjälp av elektriska fält. Varje typ av molekyl har en uppsättning distinkta mass-till-elektrisk-laddningsförhållanden. Masspektrometerinstrumentet använder detta mönster som kallas ett masspektrum för att identifiera molekylerna.

Vissa större organiska molekyler är ömtåliga och skulle brytas isär under högtemperaturförångningen i ugnen, så MOMA har en andra metod för att hitta dem:Den zapar provet med en laser. Eftersom bara en snabb laserstråle används, den förångar vissa typer av större organiska molekyler utan att helt bryta isär dem. Lasern ger också dessa molekyler en elektrisk laddning, så de skickas direkt från provet till masspektrometern för att sorteras och identifieras.

Vissa organiska molekyler har en egenskap som potentiellt skulle kunna användas som en stark antydan om att de skapades av livet:deras handenhet, eller kiralitet. Vissa organiska molekyler som används av livet finns i två varianter som är spegelbilder av varandra, som dina händer. På jorden, livet använder alla vänsterhänta aminosyror och alla högerhänta sockerarter för att bygga större molekyler som behövs för livet, som proteiner från aminosyror och DNA från sockerarter. Livet baserat på högerhänta aminosyror (och vänsterhänta sockerarter) kan fungera, men en blandning av höger- och vänsterhänta för någon av dem kommer inte. Detta beror på att dessa molekyler måste komma ihop med rätt orientering, som pusselbitar, att bygga andra molekyler som är nödvändiga för att livet ska fungera.

MOMA kan detektera kiraliteten hos organiska molekyler. Om den finner att en organisk molekyl främst är av vänster eller höger sort (kallad "homokiralitet") som kan vara ett bevis på att liv producerade molekylerna, eftersom icke-biologiska processer tenderar att göra en lika blandning av sorter. Detta är känt som en biosignatur.

Mars rovers står inför en annan utmaning när de söker efter bevis på liv:förorening. Jorden är mättad med liv, och forskare måste vara mycket försiktiga med att det organiska materialet de upptäcker inte bara fördes med instrumentet från jorden. För att säkerställa detta, MOMA-teamet har varit noga med att se till att instrumentet är så fritt som möjligt från jordlevande molekyler som är signaturer för livet.

ExoMars rover kommer att vara den första att utforska djupt under ytan, med en borr som kan ta prover från så djupt som två meter (över sex fot). Detta är viktigt eftersom Mars tunna atmosfär och fläckiga magnetfält erbjuder otillräckligt skydd mot rymdstrålning, som gradvis kan förstöra organiska molekyler som lämnas exponerade på ytan. Dock, Marssediment är en effektiv sköld, och teamet förväntar sig att hitta större mängder organiska molekyler i prover från under ytan.

NASA Goddard utvecklar masspektrometer och elektroniklådor för MOMA, medan LATMOS (Laboratory for Atmospheres, Miljöer, och rymdobservationer), Guyancourt, Frankrike och Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA eller Interuniversity Laboratory of Atmospheric Systems) Paris, Frankrike, gör MOMA:s gaskromatograf, och Max Plank Institute for Solar System Research, Göttingen, Tyskland och Laser Zentrum Hannover, Hannover, Tyskland, bygga instrumentets laser, ugnar, och tappningsstation (ugnstätning).

MOMA slutförde nyligen både ESA och NASA pre-leverans granskningar som frigjorde vägen för flyginstrumentet att levereras till uppdraget. På onsdag, 16 maj, MOMA-masspektrometerteamet samlades vid Goddard för att se sitt unika vetenskapsinstrument på den första delen av resan till Mars:leverans till Thales Alenia Space, i Turin, Italien, där den kommer att integreras i roverns analytiska laboratorielåda under kommande aktiviteter på uppdragsnivå i sommar. Efter efterföljande integrationsaktiviteter på högre nivå rover och rymdfarkoster under 2019, ExoMars Rover är planerad att lanseras till Mars i juli, 2020 från Baikonur Cosmodrome i Kazakstan.