När NASAs Mars-rover Perseverance landar på Mars yta den 18 februari, det kommer att anlända till Jezero Crater, som bevarar bevis på en tid då floder strömmade på Mars.

Uppdraget kommer att ta nästa steg inom rymdvetenskapen genom att söka efter tecken på tidigare liv på den röda planeten. Inte science fiction-seriens marsianer, men istället gamla mikrober som kan ha levt i Mars floder, sjöar och träsk för miljarder år sedan.

Denna vetenskapligt viktiga landningsplats inom Jezero Crater valdes ut av NASA efter en presentation av Briony Horgan, Purdue University docent i planetvetenskap, som är medlem i vetenskapsteamet Perseverance. Horgan ledde en studie av mineralogin på platsen, vilket gav ett av de viktigaste resultaten som bidrog till dess urval. Hon var också med i teamet som designade kameran som ska vara de vetenskapliga ögonen för Perseverance.

Uppdraget

Perseverance-roverns primära uppdrag är att leta efter tecken på tidigare liv på Mars. Horgan och hennes kollegor närmar sig arbetet som kriminaltekniska detektiver, letar efter ledtrådar och bokstavligen mikroskopiska bevis.

Vilket liv som helst som en gång funnits på den röda planeten skulle ha lämnat efter sig kemiska ledtrådar som forskarna hoppas fortfarande kan hittas i berget.

"Målet med detta uppdrag är att leta efter tecken på forntida liv på Mars och sedan även samla in prover för framtida återkomst till jorden, " säger Horgan. "Det är möjligen den enda chansen vi någonsin kommer att få att göra båda dessa saker, speciellt provavkastningen. Det är verkligen svårt att göra, och det är dyrt.

"Vi vet att vi kanske bara har denna ena chans att göra det här, och det var svårt att välja platsen. Om vi ​​bara var tvungna att välja en plats på jorden för att samla all data om hela planetens historia — ja, vart skulle du gå? Men vi tror att Jezero Crater är den bästa platsen för att söka efter bevis på att liv existerade på Mars, om det någonsin gjorde det. Och det vi hittar kommer att hjälpa oss att lära oss mer om huruvida vi är ensamma i universum eller inte."

Uthållighet kommer att ägna sin tid åt att fotografera, video, pulverisera sten genom att skjuta lasrar (så att forskare kan bestämma den kemiska sammansättningen), använda mikroskop för att söka efter organiska molekyler, borrning, analysera och göra en mängd olika vetenskapliga sysslor. Detta kommer att producera enorma mängder data som kommer att ta forskarna år att analysera.

NASA planerar att skicka ett returuppdrag under det kommande decenniet för att hämta proverna, som kommer att lagras i Perseverance.

"Att ta tillbaka prover från Mars skulle vara fantastiskt, " säger Horgan. "Det skulle inte bara vara en ingenjörskonst att hämta proverna och returnera dem, men det skulle vara första gången vi skulle få prover förda tillbaka till jorden från en annan planet. Det skulle vara ganska historiskt."

Rovern

Den första Mars rover, diminutiv, Sojourner i mikrovågsstorlek, landade den fjärde juli 1997. Den amerikanska allmänheten tyckte att rovern var fascinerande – möjligen till och med bedårande – och Hot Wheels började snart producera en populär leksaksmodell av hantverket.

Perseverance i bilstorlek, NASA:s femte Mars-rover, mer än väger upp i vetenskaplig förmåga för vad den saknar i leksaksliknande söthet. Det är den största, tyngsta rover, och innehåller en futuristisk svit av teknologier. Den har lasrar för att förånga sten (så att forskare kan se ljusets våglängder som produceras för att förstå den kemiska sammansättningen), autonom körning så att den kan gå över hastigheten för en genomsökning till nästa forskningsplats, borrar för att samla in prover i pennstorlek, ett internt robotsystem för att samla in och lagra proverna, ett testsystem för att skapa andningsbart syre från Mars atmosfär. Och, som den bortgångne Steve Jobs kan säga, en sak till:en helikopterliknande drönare, som kommer att försöka flyga i en atmosfär som är 100 gånger tunnare än jordens.

Men för vetenskapsteamet, uppmärksamheten kommer att ligga på en 7-fots robotarm på roverns utsida; i änden av armen finns ett kluster av instrument i storleken på en gräsklippare.

"Denna robotarm är verkligen arbetshästen, " säger Horgan. "Vi kan placera den med millimeterprecision, vilket är otroligt. Och ute på armen finns dessa fantastiska mikroskop som vi kan använda för att kartlägga mineraler och organiska material i mycket fin skala."

Ovanpå roverns mast finns en speciell kamera med dubbla linser, Mastcam-Z, som Horgan har en speciell affinitet för eftersom hon är en del av teamet som designade den och ska hjälpa till att använda kameran på Mars.

Kameran har en zoomförmåga som är tillräckligt stark för att den skulle kunna användas för att se en husfluga längst ut på en fotbollsplan. Kameran kan spela in bilder i färg, i 3D, och i video. Det är tillräckligt exakt för att forskarna kan använda det för sammansättningsanalys av den omgivande terrängen.

"Vi kan faktiskt göra någon riktigt enkel spektroskopi och titta på våglängdsberoendet av solljus som reflekteras från stenar för att hjälpa till att identifiera deras mineralfingeravtryck, " säger Horgan.

Landningsplatsen

Uthållighet förväntas landa på en specifik plats norr om Mars ekvator i en 28 mil bred krater vid namn Jezero, en plats som valts ut av en forskargrupp. Platsen är attraktiv eftersom man tror att kratern en gång innehöll en sjö ungefär lika stor som Lake Tahoe.

"Om du tittar på webbplatsen, du kan se bevis på en stor flodkanal som leder in i kratern, skapa ett delta där det kom in i en sjö, och en andra stor flodkanal som leder ut ur kratern, " säger Horgan. "Den här landningsplatsen är spännande eftersom vi har riktigt tydliga bevis på att den här gamla sjön existerade, att den hade ihållande flytande vatten under tillräckligt lång tid för att skapa detta gamla delta, och att det fanns tillräckligt med vattenflöde för att svämma över ut på andra sidan för att skapa utloppskanalen. Detta tyder på att sjön var en långlivad och stabil miljö som kunde ha varit bebodd av forntida mikrobiellt liv."

Rovern kommer att försöka landa vid kanten av kratern nära deltat så att den kan utforska båda landskapen. Målplatsen är känd som "landningsellipsen".

"Landningsellipsen för Mars 2020 är cirka 7 gånger 9 kilometer [4,4 gånger 5,6 miles], vilket faktiskt är väldigt litet. Om du tänker tillbaka på till och med för 17 år sedan, när vi skickade två rovers, Ande och möjligheter, till mars, deras landningsellips var cirka 100 kilometer lång för var och en av dem. Så, vi har blivit riktigt bra på att lokalisera vår landning, " hon säger.

Vetenskapen

För detta Mars-uppdrag, forskarna letar efter tecken på tidigare liv genom att leta efter biosignaturer, som är ledtrådar om att livet en gång funnits där. Biosignaturer kan variera från något så litet som specifika isotoper eller kemikalier som produceras av levande varelser, som kolesterol, till något mycket större, som mikroskopiska fossiler.

"Ett dinosaurieben är ett exempel på en biosignatur som vi hittar i gamla stenar på jorden, " säger Horgan. "Jag skulle älska att hitta bevis på att dinosaurier en gång strövade omkring på Mars, men istället kommer vi att leta efter biosignaturer av mikrober i bakteriestorlek."

Det är här de lagrade proverna på Perseverance kommer in i bilden. Planen är för ett separat uppdrag, ska göras i samarbete med Europeiska rymdorganisationen, att återvända till Mars och hämta proverna.

"När proverna är tillbaka på jorden, vi kan använda mycket kraftfullare verktyg, såsom svepelektronmikroskop, för att bekräfta om dessa biosignaturer skapades av mikrober, " hon säger.

"Som en del av vårt arbete med att utvärdera Jezero under platsvalet, Jag ledde ett team för att studera mineralogin i sjöavlagringarna. Och vi kom fram till några riktigt coola resultat."

Horgan och hennes kollegor upptäckte bevis på karbonater runt kanten av den tidigare sjön, i vad Horgan beskriver som en "badkarsring". Ringen av karbonater uppstår precis där gamla strandlinjer och stränder för sjön förutsägs, så laget föreslog att de skulle bildas på kanten av sjön.

På jorden, karbonater är kända för två saker. Ett, de indikerar att platsen där de hittades en gång innehöll vatten. Andra, de bildar sediment som vanligtvis är rika på fossiler.

"Det här är verkligen spännande eftersom det är exakt den typ av plats du skulle gå för att leta efter mikrobiella biosignaturer från en sjö på jorden. När dessa mineraler faller ut ur vattnet, de kan fånga vad som helst, inklusive mikrober och organiskt material, " säger hon. "Så, vi har gjort mycket arbete i teamet för att försöka planera hur vi ska utforska den här webbplatsen."

The landing

"The landing is always so stressful because you're basically sending your prized rover, which you've spent so many hours thinking about and working on, in a giant fireball to slam into the surface of a planet, " she says. "The fireball forms because the rover enters Mars' atmosphere at 13, 000 mph, generating a huge envelope of plasma around the rover. You can't get radio signals through the plasma fireball. It takes seven minutes for the rover to go down to the surface from when it enters the atmosphere.

"But it also takes seven minutes for the radio signal to get back to Earth. So, by the time we receive the signal that the rover has hit the atmosphere, either it is actually on the surface of the planet doing well, or it has crashed into the surface. You just don't know, so we'll be anxiously waiting to get that first signal back from the rover to know that it landed safely. That's why we call it the seven minutes of terror."

The future

"One of the best things about a Mars mission like this is that it's a great opportunity for students to get involved. I have a couple of graduate students who are helping with landing site analysis on the team and will help operate the rover on Mars, " Horgan says. "We're planning to have undergrads back at Purdue also working on rover data processing and analysis."

Sometimes the work with students includes field work at sites on Earth that may resemble terrain on Mars, which scientists call an analog environment. Till exempel, in September 2019 Horgan, Ph.D. student Bradley Garczynski, and a research team traveled eight hours from Istanbul, Turkey, to a deep lake, Lake Salda. The lake has carbonates and fossilized microbes in the form of stromatolites, exactly of the type that the Mars scientists hope to find on Jezero Crater.

"This is how we train the future of planetary science. We bring them onto the mission, and years from now they can become mission leaders, " Horgan says.