Mars är långt från 221B Baker Street, men en av fiktionens mest kända detektiver kommer att vara representerad på den röda planeten efter att NASA:s Perseverance-rover landar den 18 februari, 2021. SHERLOC, ett instrument på änden av roverns robotarm, kommer att jaga efter ledtrådar i sandkornstorlek i Mars-klippor samtidigt som de arbetar tillsammans med WATSON, en kamera som tar närbilder av stenstrukturer. Tillsammans, de ska studera bergytor, kartlägga förekomsten av vissa mineraler och organiska molekyler, som är de kolbaserade byggstenarna för livet på jorden.

SHERLOC byggdes vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien, som leder Perseverance-uppdraget; WATSON byggdes på Malin Space Science Systems i San Diego. För de mest lovande stenarna, Perseverance-teamet kommer att beordra rovern att ta en halv tum breda kärnprover, förvara och försegla dem i metallrör, och deponera dem på Mars yta så att ett framtida uppdrag kan återföra dem till jorden för mer detaljerade studier.

SHERLOC kommer att arbeta med sex andra instrument ombord på Perseverance för att ge oss en tydligare förståelse av Mars. Det hjälper till och med ansträngningen att skapa rymddräkter som håller i Marsmiljön när människor sätter sin fot på den röda planeten. Här är en närmare titt.

Ramans kraft

SHERLOCs fullständiga namn är en munsbit:Scanna beboeliga miljöer med Raman &luminescens för organiska ämnen och kemikalier. "Raman" hänvisar till Ramanspektroskopi, en vetenskaplig teknik uppkallad efter den indiske fysikern C.V. Raman, som upptäckte ljusspridningseffekten på 1920-talet.

"När man reser med fartyg, han försökte upptäcka varför havets färg var blå, " sa Luther Beegle från JPL, SHERLOC:s huvudutredare. "Han insåg om du lyser en ljusstråle på en yta, det kan ändra våglängden för spritt ljus beroende på materialen i den ytan. "

Denna effekt kallas Raman-spridning. Forskare kan identifiera olika molekyler baserat på det distinkta spektrala "fingeravtrycket" som är synligt i deras emitterade ljus. En ultraviolett laser som är en del av SHERLOC kommer att tillåta teamet att klassificera organiska ämnen och mineraler som finns i en sten och förstå miljön där berget bildades. Saltvatten, till exempel, kan resultera i bildning av andra mineraler än sötvatten. Teamet kommer också att leta efter astrobiologiska ledtrådar i form av organiska molekyler, som bl.a. fungera som potentiella biosignaturer, demonstrerar närvaron av liv i Mars gamla förflutna.

"Livet är klumpigt, " sa Beegle. "Om vi ​​ser organiska ämnen klumpa ihop sig på en del av en sten, det kan vara ett tecken på att mikrober trivdes där tidigare."

Icke-biologiska processer kan också bilda organiska ämnen, så att upptäcka föreningarna är inte ett säkert tecken på att liv har bildats på Mars. Men organiska ämnen är avgörande för att förstå om den antika miljön kunde ha stöttat liv.

Ett Marsförstoringsglas

När Beegle och hans team ser en intressant sten, de skannar en kvartsstor yta av den med SHERLOCs laser för att reta ut mineralsammansättningen och om organiska föreningar är närvarande. Sedan tar WATSON (Wide Angle Topographic Sensor for Operations and Engineering) närbilder av provet. Det kan ta bilder av uthållighet, för, precis som NASA:s Curiosity-rover använder samma kamera – kallad Mars Hand Lens Imager på det fordonet – för vetenskap och för att ta selfies.

Men i kombination med SHERLOC, WATSON kan göra ännu mer:Teamet kan exakt kartlägga SHERLOCs fynd över WATSONs bilder för att hjälpa till att avslöja hur olika minerallager bildades och överlappar varandra. De kan också kombinera mineralkartorna med data från andra instrument – ​​bland annat, PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) på Perseverances robotarm - för att se om en sten kan hålla tecken på fossiliserat mikrobiellt liv.

Meteoriter och rymddräkter

Alla vetenskapliga instrument som exponeras för Mars-miljön tillräckligt länge kommer att förändras, antingen från de extrema temperatursvängningarna eller strålningen från solen och kosmiska strålar. Forskare måste ibland kalibrera dessa instrument, vilket de gör genom att mäta sina avläsningar mot kalibreringsmål — i huvudsak, objekt med kända egenskaper som har valts ut i förväg för korskontrolländamål. (Till exempel, ett öre fungerar som ett kalibreringsmål ombord på Curiosity.) Eftersom de i förväg vet vad avläsningarna ska vara när ett instrument fungerar korrekt, forskare kan göra justeringar därefter.

Ungefär lika stor som en smartphone, SHERLOCs kalibreringsmål inkluderar 10 objekt, inklusive ett prov av en Mars-meteorit som reste till jorden och hittades i Omanöknen 1999. Att studera hur detta meteoritfragment förändras under uppdragets gång kommer att hjälpa forskare att förstå de kemiska interaktionerna mellan planetens yta och dess atmosfär. SuperCam, ett annat instrument ombord på Perseverance, har en bit av marsmeteorit på sitt kalibreringsmål också.

Medan forskare återför fragment av Mars tillbaka till ytan av den röda planeten för att fortsätta sina studier, de räknar med Perserverance för att samla dussintals sten- och jordprover för framtida återkomst till jorden. Proverna som roveren samlar in kommer att studeras uttömmande, med data hämtade från landskapet där de bildades, och de kommer att innehålla andra stentyper än meteoriterna.

Bredvid Mars-meteoriten finns fem prover av rymddräktstyg och hjälmmaterial som utvecklats av NASA:s Johnson Space Center. SHERLOC kommer att ta avläsningar av dessa material när de förändras i Mars-landskapet över tiden, ger rymddräkter en bättre uppfattning om hur de försämras. När de första astronauterna kliver vidare till Mars, de kan ha SHERLOC att tacka för dräkterna som håller dem säkra.

Om uppdraget

Perseverance är en robotforskare som väger cirka 2, 260 pund (1, 025 kg). Roverns astrobiologiuppdrag kommer att söka efter tecken på tidigare mikrobiellt liv. Det kommer att karakterisera planetens klimat och geologi, samla in prover för framtida återkomst till jorden, och bana väg för mänsklig utforskning av den röda planeten. Oavsett vilken dag Perseverance lanseras under sin 17 juli-aug. 11 lanseringsperiod, den kommer att landa vid Mars Jezero-krater den 18 februari, 2021.

Roveruppdraget Mars 2020 Perseverance är en del av ett större program som inkluderar uppdrag till månen som ett sätt att förbereda sig för mänsklig utforskning av den röda planeten. Anklagas för att ha återvänt astronauter till månen 2024, NASA kommer att etablera en varaktig mänsklig närvaro på och runt månen 2028 genom byråns månutforskningsplaner för Artemis.