Universe Today har haft några fantastiska diskussioner med forskare om vikten av att studera nedslagskratrar, planetytor, exoplaneter, astrobiologi, solfysik, kometer, planetariska atmosfärer och planetarisk geofysik, och hur dessa olika vetenskapliga områden kan hjälpa forskare och allmänheten att bättre förstå sökandet efter liv bortom jorden.
Här kommer vi att undersöka det unika fältet kosmokemi och hur det ger forskare kunskapen om både vårt solsystem och bortom, inklusive fördelarna och utmaningarna, att hitta liv bortom jorden och förslag på vägar för kommande studenter som vill studera kosmokemi . Men vad är kosmokemi och varför är det så viktigt att studera det?
"Kosmokemi är studiet av rymdsaker, de faktiska materialen som utgör planeter, stjärnor, satelliter, kometer och asteroider", säger Dr Ryan Ogliore, som är docent i fysik vid Washington University i St. Louis, till Universe Today . "Det här kan ta alla former av materia:fast, flytande, gas och plasma.
Kosmokemi skiljer sig från astronomi som främst handlar om studiet av ljus som interagerar med det här. Det finns två huvudsakliga fördelar med att studera faktiska astromaterial:1) materialen registrerar förhållandena vid den tid och plats där de bildades, vilket gör att vi kan se in i det djupa förflutna; och 2) laboratoriemätningar av material är utomordentligt exakta och känsliga och fortsätter att förbättras i takt med att tekniken förbättras."
I ett nötskal sammanfattar fältet kosmokemi, även känt som kemisk kosmologi, perfekt Carl Sagans berömda citat, "Kosmos finns inom oss. Vi är gjorda av stjärnsaker. Vi är ett sätt för kosmos att känna sig själv." Att förstå kosmokemi är att förstå hur jorden kom hit, hur vi kom hit och möjligen hur livet hamnade vart vi än (förhoppningsvis) kommer att hitta det en dag.
Liksom alla vetenskapliga områden, innehåller kosmokemi en myriad av metoder och strategier med målet att svara på några av universums svåraste frågor, specifikt rörande hur de otaliga stjärn- och planetariska objekten i hela universum kom till. Dessa metoder och strategier inkluderar i första hand laboratorieanalyser av meteoriter och andra fysiska prover som tagits tillbaka från rymden, inklusive från månen, asteroider och kometer. Men vilka är några av fördelarna och utmaningarna med att studera kosmokemi?
"En av de främsta fördelarna med kosmokemi är förmågan att reproducera mätningar", säger Dr Ogliore till Universe Today. "Jag kan mäta något i mitt labb, och någon annan kan mäta antingen samma föremål, eller ett mycket liknande föremål, i ett annat labb för att bekräfta mina mätningar. Först efter upprepade mätningar, av olika laboratorier och olika tekniker, kommer ett givet påstående att göras universellt accepterat av samhället Detta är svårt att göra inom astronomi, och också svårt att använda fjärranalysmätningar på rymdfarkoster som studerar andra kroppar i solsystemet."
Förutom de bemannade Apollo-uppdragen till månen, har alla andra prover från rymden returnerats via robotrymdfarkoster. Även om detta kan tyckas vara en enkel process utifrån ett perspektiv, är att samla in prover från rymden och återföra dem till jorden en mycket skrämmande och tidskrävande serie av otaliga tester, procedurer, exakta beräkningar och hundratals till tusentals forskare och ingenjörer som säkerställer att varje små detaljer täcks för att säkerställa fullständig framgång för uppdraget, ofta för att bara samla några uns material.
Denna massiva ansträngning har till uppgift att inte bara säkerställa framgångsrik provinsamling, utan också säkerställa framgångsrik lagring av proverna för att undvika kontaminering under deras hemresa, och sedan hämta proverna när de landar i en kapsel tillbaka på jorden, där de är ordentligt uppackade, katalogiseras och lagras för laboratorieanalys.
För att demonstrera svårigheten med att genomföra ett provåtervändandeuppdrag har bara fyra nationer framgångsrikt använt robotutforskare för att samla in prover från en annan planetkropp och återfört dem till jorden:fd Sovjetunionen, USA, Japan och Kina. Det forna Sovjetunionen återlämnade framgångsrikt månprover till jorden under hela 1970-talet; USA har lämnat tillbaka prover från en komet, asteroid och till och med solpartiklar; Japan har framgångsrikt returnerat prover från två asteroider; och senast lyckades Kina returnera 61,1 uns från månen, vilket är det nuvarande rekordet för återvändande uppdrag med robotar. Men även med svårigheten att genomföra ett framgångsrikt provåtervändandeuppdrag, vad kan kosmokemin lära oss om att hitta liv bortom jorden?
"Kosmokemi kan berätta för oss om leveransen av de ingredienser som är nödvändiga för liv till planeter eller månar via asteroider eller kometer", säger Dr Ogliore till Universe Today. "Eftersom vi har både asteroid- och kometmaterial i labbet kan vi se om primitiva prebiotiska organiska föreningar kan ha levererats av dessa kroppar. Naturligtvis betyder det inte att livet på jorden (eller någon annanstans) började på detta sätt, bara att det är en väg att upptäcka livet på en annan värld skulle vara en av de största upptäckterna i vetenskapens historia. Så det kräver att vi upprepade mätningar med olika tekniker kräver ett prov på jorden Jag tror att det enda sättet vi säkert skulle veta om det fanns liv på Europa, Enceladus eller Mars är om vi tar tillbaka ett prov till jorden från dessa platser."
Som det visar sig arbetar NASA aktivt med uppdraget Mars Sample Return (MSR), för vilket Dr Ogliore är medlem i MSR Measurement Definition Team. Målet med MSR kommer att vara att resa till den röda planeten för att samla in och återlämna prover av Mars regolit till jorden för första gången i historien. Det första steget i detta uppdrag utförs för närvarande av NASA:s Perseverance-rover i Jezero Crater, eftersom den långsamt samlar in prover och släpper dem i rör över Mars-ytan för framtida hämtning av MSR.
För Europa, även om det har förekommit flera diskussioner angående ett återvändandeuppdrag för prover, inklusive en studie från 2002 som diskuterade ett provåtervändandeuppdrag från Europas hav och en studie från 2015 som diskuterade ett potentiellt återvändandeuppdrag för plymprover, finns inga definitiva återvändandeuppdrag från Europa för närvarande i fungerar, möjligen på grund av det enorma avståndet. Trots detta, och även om det inte är ett livsupptäckande uppdrag, har Dr. Ogliore fått i uppdrag att leda ett robotuppdrag till Jupiters vulkaniska måne, Io, för att utforska dess uppsjö av vulkaner. För Enceladus har uppdraget Life Investigation for Enceladus (LIFE) fått ett antal uppdragsförslag inlämnade för att returnera prover från Enceladus plymer, även om det ännu inte har godkänts. Men vad är den mest spännande aspekten med kosmokemi som Dr Ogliore har studerat under sin karriär?
"Enligt min mening var den viktigaste enskilda mätningen i kosmokemins historia mätningarna av solens syreisotopsammansättning", säger Dr Ogliore till Universe Today. "För att göra detta behövde vi returnera prover av solvinden till jorden, vilket vi gjorde med NASA:s Genesis-uppdrag. Däremot kraschade provreturkapseln på jorden. Men stoppade det kosmokemisterna?! Helvete nej! Kevin McKeegan och kollegor vid UCLA hade byggt ett specialiserat, enormt, komplicerat instrument för att studera dessa prover. Trots kraschen analyserade McKeegan och kollegor syre i solvinden och fann att det var 6 % lättare än syre som fanns på jorden, och det matchade sammansättningen av den. äldsta kända objekt i solsystemet:millimeterstora kalcium-aluminiuminneslutningar (CAI) som finns i meteoriter."
Dr. Ogliore fortsätter med att berätta för Universe Today om hur detta resultat förutspåddes av Bob Clayton vid University of Chicago, tillsammans med att kreditera sin egen postdoc, Lionel Vacher, för att ha genomfört ett forskningsprojekt som byggde på Genesis-resultaten, och noterade:"Detta var ett riktigt roligt projekt eftersom det var tekniskt mycket utmanande, och resultaten satte solsystemet i sitt astrofysiska sammanhang."
Liksom den myriad av vetenskapliga discipliner som Universe Today har undersökt under denna serie, är kosmokemin framgångsrik på grund av sin multidisciplinära karaktär som bidrar till målet att svara på några av universums svåraste frågor. Dr. Ogliore betonar att analys av laboratorieprover involverar en mängd vetenskapliga bakgrunder för att förstå vad forskarna observerar inom varje prov och de processer som är ansvariga för att skapa dem. Dessutom inkluderar detta även de tidigare nämnda provuppdragen och hundratals till tusentals forskare och ingenjörer som deltar i varje uppdrag. Därför, vilka råd kan Dr Ogliore ge till kommande studenter som vill ägna sig åt kosmokemi?
"Biologi, kemi, geologi, fysik, matematik, elektronik - du behöver allt!" Dr Ogliore berättar för Universe Today. "Om du gillar att lära dig nya saker hela tiden, då är planetvetenskap något för dig. Det är bra att få en mycket bred utbildning. Detta kommer att tjäna dig väl i ett antal karriärer, men det gäller särskilt för planetarisk vetenskap och kosmokemi. Jag får att arbeta med människor som studerar vulkaner och matematiker som arbetar med kaotiska rörelser Hur coolt är det?!"
När allt kommer omkring är kosmokemi ett både enormt utmanande och givande studieområde för att försöka svara på några av de svåraste och mest långvariga frågorna angående de processer som är ansvariga för existensen av himlakroppar i solsystemet och bortom, inklusive stjärnor, planeter, månar , meteoriter och kometer, tillsammans med hur liv uppstod i vår lilla, blå värld. Som nämnts sammanfattar kosmokemi perfekt Carl Sagans berömda citat, "Kosmos finns inom oss. Vi är gjorda av stjärnmaterial. Vi är ett sätt för kosmos att känna sig själv." Det är genom kosmokemi och analys av meteoriter och andra returnerade prover som gör det möjligt för forskare att sakta ta oss fram för att svara på vad som skapar liv och var vi kan hitta det.
"Meteoriter är det mest spektakulära naturregistret som mänskligheten känner till", säger Dr Ogliore till Universe Today. "Vi har stenar från Mars, månen, vulkaniska världar, asteroiden Vesta och dussintals andra världar. Järnmeteoriter är kärnorna i splittrade planeter. Dessa stenar registrerar processer som inträffade för fyra och en halv miljard år sedan och faller till jorden i ett flammande eldklot som färdas i mil per sekund. Du kan följa olika bloggar som spårar eldklot och till och med beräkna områden där meteoriter kan ha fallit , men det är värt ett försök. Jag har inte hittat en meteorit själv ännu, men det är mitt livsmål."
Tillhandahålls av Universe Today
