11 دقیقه
کاوشگر پرسِویِرانس ناسا ردپای تاریخچهٔ آبی چندلایهای را در دهانهٔ جِزِرو یافته است: نه یک دورهٔ مرطوب واحد، بلکه چندین سیلاب و رخداد آبهای زیرسطحی مجزا که شیمی مریخ را از حالت خشن و اسیدی به محیطی خنثی و حتی قلیایی تغییر دادند — شرایطی که بهتدریج برای زندگی مناسبتر میشد. پژوهشگران با استفاده از رویکردی نوین در شناسایی مواد معدنی، بیست و چهار نوع مادهٔ معدنی را نقشهبرداری کردند که مانند اثرانگشتهای شیمیایی از محیطهای گذشته عمل میکنند و جدول زمانی روشنتری از گذشتهٔ آبیِ جِزِرو و راهنمایی جدیدی برای جستجوی نشانههای زیستی توسط کاوشگر فراهم میآورند.
چگونه مواد معدنی، تاریخ محیطی مریخ را بازگو میکنند
سنگها شیمی مایعاتی را که آنها را دگرگون کردهاند، حفظ میکنند. وقتی سنگهای آتشفشانی با آب مایع تماس پیدا میکنند، مواد معدنی جدید رشد میکنند؛ هر مادهٔ معدنی در بازهٔ نسبتاً باریکی از دماها، مقدار pH و شرایط شیمیایی تشکیل میشود. با شناسایی این مواد معدنی در سراسر دهانهٔ جِزِرو، دانشمندان میتوانند بازسازی کنند که آیا آبهای گذشته داغ یا خنک، اسیدی یا قلیایی بودهاند — و آیا این آبها میتوانستند زیستپذیر باشند یا خیر.
تحلیل جدید از دادههای زمینشیمیایی ابزار Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL) روی پرسِویِرانس استفاده کرد. PIXL با تاباندن پرتوهای ایکس به نقاط بسیار کوچک روی سطح سنگ و اندازهگیری سیگنالهای بازتابی، ترکیب عنصری را با وضوح مکانی بیسابقهای بهدست میآورد. آن اندازهگیریها به الگوریتم Mineral Identification by Stoichiometry (MIST) داده میشوند؛ ابزاری که در دانشگاه رایس توسعه یافته و شیمی PIXL را با گونههای معدنی محتمل مطابقت میدهد در حالی که عدمقطعیتِ اندازهگیریها را نیز لحاظ میکند.
نمایشی از عملکرد PIXL روی مریخ: در این تصویر مفهومی، کاوشگر پرسِویِرانس ناسا از ابزار Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL) استفاده میکند. این طیفسنج ایکس که بر روی برجک انتهای بازوی روباتیک نصب شده است، به جستجوی نشانههای احتمالی حیات میکروبی گذشته در سنگها کمک میکند. منبع: NASA/JPL-Caltech.
سه مرحلهٔ آبی که از آرشیو مواد معدنی جِزِرو پدیدار شد
با اعمال الگوریتم MIST بر مشاهدات PIXL در سه سال اول مأموریت، تیم تحقیقاتی بیست و چهار گونهٔ معدنی متمایز را شناسایی کرد که حداقل سه فاز تغییرات شیمیایی زمانی جدا را نشان میدهد. هر فاز پیامدهای متفاوتی برای زیستپذیری دارد و برای طراحی برنامهٔ نمونهبرداریآینده اهمیت دارد.
1. سیالات داغ و اسیدی — فصل آغازینِ خشن
قدیمیترین فاز دگرگونی ثبتشده در کف دهانه حاکی از تشکیل مواد معدنی در سیالات با دمای بالا و pH پایین است. گونههایی مانند گرینالیت (greenalite)، هایزینگرایت (hisingerite) و فروآلومینوسلادونیت (ferroaluminoceladonite) نشانههایی از شرایط داغ و اسیدی را نشان میدهند که تمایل به تخریب مولکولهای آلی دارند و زیستپذیریِ زندگی شبیه به زندگی زمینی را دشوار میکنند. با این حال، روی زمین محیطهای افراطیای مانند چشمههای آبداغ اسیدی و دهانههای هیدروترمال میکروبهای تخصصی را میزبانی میکنند؛ بنابراین این شرایط بهطور کامل امکان زیستپذیری را رد نمیکنند.
از منظر زمینشیمی معدنی، تشکیل چنین ترکیباتی معمولاً نشاندهندهٔ فعالیتهای آتشفشانی مرتبط با آبهای داغ زیرسطحی یا تماسهای اولیهٔ گدازه با آب بوده است. این مرحله میتواند با آزادسازی یونهای آهن و آلومینیوم و ایجاد محیطهایی با احیاء-اکسایش شدید همراه بوده باشد — پارامترهایی که تعیینکنندهٔ ثبات کاربوهیدراتها و ترکیبات آلی پیچیدهاند.
2. آبهای خنثی — مرحلهٔ میانی با شیمی ملایمتر
در مرحلهٔ بعدی، موادی یافت شدند که با دماهای پایینتر و pH نزدیک به خنثی سازگارند. موادی مانند مینِسوتایت (minnesotaite) و کلینوپتیلولیت (clinoptilolite) نشاندهندهٔ سیالات ملایمتری هستند که برای واکنشهای آلی پیچیده شیمیِ سازگارتری دارند. حضور مینِسوتایت در هر دو ناحیهٔ کف دهانه و رسوبات بالاییِ فنّی (fan deposits) نشان میدهد این اصلاح خنثی در گسترهٔ وسیعتری رخ داده است.
این فاز میتواند نمایانگر دورههایی از حضور دریاچهٔ آرام یا آبهای زیرزمینی نسبتاً پایدار باشد که توانایی نگهداری مواد آلی و فراهم ساختن محیطهای نزدیک به خنثی را داشتهاند. برای زیستشناسان سیارهای و زمینشیمیدانها، وجود چنین دورههایی اهمیت زیادی دارد چون بسیاری از فرایندهای بیوشیمیایی شناختهشده روی زمین در pH نزدیک به خنثی عملکرد بهینه دارند.
3. آبهای قلیایی — دورهای بسیار مساعد برای حیات
جوانترین اپیزود ثبتشده شامل سیالات خنکتر و قلیایی بود که منجر به تشکیل موادی مانند سپیولیت (sepiolite) شد. سپیولیت جالب توجه است چون روی زمین اغلب در محیطهای رسوبی تشکیل میشود که میکروبهای فراوانی را پشتیبانی میکنند. پراکندگی وسیع این ماده در نواحی کاوششده توسط کاوشگر نشان میدهد که یک دورهٔ بعدی در مقیاس حوضه رخ داده که شیمی دریاچه یا آبهای زیرزمینی به شرایط بسیار مساعد برای زیستپذیری تغییر کرده است.
شواهد قلیایی شدن میتواند با کاهش فعالیت آتشفشانی، جریانهای آب تازه یا تغییر در نفوذپذیری رسوبات همزمان بوده باشد. محیطهای قلیایی پایدار روی زمین بهطور مکرر زیستپذیر شناخته شدهاند و نگهداری آثاری از مولکولهای آلی و میراثهای زیستی را تسهیل میکنند؛ بنابراین تشخیص چنین مرحلهای در جِزِرو برای مأموریتهایی که به دنبال نشانههای زیستی هستند، خبر خوبی است.
روشها مهماند: MIST و مدیریت عدمقطعیت
شناسایی مواد معدنی روی مریخ چالشی است زیرا فرآوری نمونهٔ بازگرداندهشده و کالیبراسیون آزمایشگاهی در محل در دسترس نیست. برای مقابله با این محدودیت، الگوریتم MIST نقشههای عنصری PIXL را با یک مدل انتشار عدمقطعیت ترکیب میکند. تیم تحقیقاتی هزاران تکرار شبیهسازیِ مونتکارلو را اجرا کردند تا بررسی کنند چگونه نویز اندازهگیری و همپوشانی ترکیباتی میتواند روی تطابق مواد معدنی تأثیر بگذارد.
نتیجه نهتنها یک فهرست بهترین تطابقهای معدنی است، بلکه سطوح اطمینان برای هر شناسایی را نیز ارائه میدهد — گامی حیاتی هنگام تصمیمگیری دربارهٔ نمونهبرداری برای مأموریتهای بالقوهٔ بازگرداندن نمونه. داشتن معیارهای کمّی دربارهٔ احتمال هر تشخیص به هدایت مکانهای حفاری، انتخاب نمونهها برای انبار و تعیین اولویتهای علمی کمک میکند.
از منظر فنی، MIST از مفاهیم استوکیومتری و پراکندگی احتمالات استفاده میکند تا بین ترکیبات عنصری اندازهگیریشده و فازهای معدنی ممکن رابطه برقرار کند. این کار شامل مقایسهٔ ترکیبهای عنصری محلی با بانکهای دادهٔ مواد معدنی شناختهشده و سپس وزندهی نتایج بر اساس عدمقطعیت هر مقدار است. نتیجهٔ این تحلیلها برای برنامهریزی مأموریتهای آینده، از جمله بازگرداندن نمونه به زمین و مطالعات دقیق آزمایشگاهی، حیاتی خواهد بود.
دانشجوی تحصیلات تکمیلی دانشگاه رایس، الینور مورلند. منبع: Brandon Martin/Rice University
چرایی اهمیت این نتایج برای جستجوی حیات
این یافتهها نگاه به دهانهٔ جِزِرو را از محلی که روزگاری صرفاً یک دریاچه در آن وجود داشت به سامانهای پویا با شیمی آب در حال تحول تغییر میدهند. وجود چندین دورهٔ مرطوب احتمال اینکه زیستگاههای قابلسکونت بهصورت ناپیوسته اما در بازههای طولانی وجود داشتهاند را افزایش میدهد و شانس اینکه هر زندگی نوظهور بتواند پدیدار شده و ردپایی قابلتشخیص بهجا بگذارد را بیشتر میکند. آرشیو معدنی تولیدشده توسط MIST به درک نمونههایی که پرسِویِرانس جمعآوری میکند و در نهایت نمونههایی که به زمین بازگردانده خواهند شد کمک خواهد کرد تا آزمایشهای آزمایشگاهی دقیقتری انجام شود.
این مطالعه همچنین برای تیترهای خبری دربارهٔ نشانههای احتمالی زیستی در جِزِرو زمینهٔ مهمی فراهم میآورد. پایهٔ معدنی نشان میدهد محیطهایی مانند آنچه در درهٔ سافایر (Sapphire Canyon) مشاهده شدهاند، لکههای منفرد و جداافتاده نبودهاند بلکه بخشی از الگوی گستردهتری از تغییر شیمی آب در سراسر دهانه بودهاند.
برای پژوهشگران، ترکیب دادههای میدانی با مدلسازیهای شیمیایی و زمینشناسی زمینهٔ الزامی برای تفکیک میان سیگنالهایی که از فرآیندهای زمینشیمی غیرزیستی سرچشمه میگیرند و سیگنالهای احتمالی بیولوژیک فراهم میکند. این رویکرد چندرشتهای، اعتبار نتایج و توانایی درک تاریخچهٔ محیطی منطقه را بهطرزی معنیدار ارتقا میدهد.
پیامدهای مأموریتی و چشماندازهای آینده
کمپین مداوم پرسِویِرانس از نقشههای معدنی برای اولویتبندی اهداف نمونهبرداری استفاده خواهد کرد، بهطوری که بافتهای رسوبی و محیطهای شیمیایی امیدبخشتر برای حفظ شواهد زیستی در اولویت قرار گیرند. مأموریتهای آینده — از جمله احتمال بازگرداندن نمونهها و پیگیریهای مداری یا فرودی — از فهرست معدنی MIST و معیارهای اطمینان آن هنگام انتخاب محل حفاری، ذخیرهٔ نمونه و در نهایت برداشتن نمونهها بهره خواهند برد.
فراتر از مریخ، این رویکرد نمونهای از چگونگی افشای تاریخچهٔ محیطی در دیگر جهانها با استفاده از زمینشیمیِ درجا با وضوح بالا همراه با مدلسازی آماری مقاوم است. با پیشرفت ابزارها و تکامل برنامههای بازگرداندن نمونه، دادههایی مانند این در پاسخ به پرسش اساسی دربارهٔ اینکه آیا زندگی فراتر از زمین پدید آمده است، نقش محوری ایفا خواهند کرد.
کریستن سیباخ، دانشیار علوم زمین، محیطزیست و سیارهای در دانشگاه رایس. منبع: Jeff Fitlow/Rice University
دیدگاه کارشناسان
دکتر لارا میچل، زمینشیمیدان سیارهای که در این مطالعه مشارکت نداشت، میگوید: «یافتن توالیای که از اسیدی و داغ به خنثی و سپس قلیایی حرکت میکند دقیقاً همان نوع تغییر پیشروندهای است که انتظار داشتیم ببینیم اگر زیستپذیری در طول زمان افزایش یافته باشد.» «این یک داستان تکاملی محیطی را بازگو میکند، نه یک لحظهٔ ایستا، و این احتمال را بالا میبرد که جِزِرو پنجرههای متعددی را حفظ کرده باشد که در آن زندگی میتوانسته ظهور کند یا حفظ شود.»
میچل اضافه میکند: «MIST به دانشمندان روشی قابل تکرار و کمّی برای خواندن آن داستان میدهد. وقتی آن سنگها نهایتاً به زمین بازگردند، این فهرست معدنی برای هدفگذاری نمونههایی که بیشترین اطلاعات را برای آزمایشهای آلی و ایزوتوپی فراهم میکنند، حیاتی خواهد بود.»
گام بعدی
پرسِویِرانس به گسترش نقشهٔ معدنی در سراسر جِزِرو ادامه خواهد داد، مشاهدات را از سایر ابزارها مانند SHERLOC و SuperCam یکپارچه خواهد کرد و MIST را با دادههای جدید پالایش خواهد کرد. در همین حال، برنامهریزان مأموریت و دانشمندان از این بینشها برای طراحی کمپینهای نمونهبرداری استفاده خواهند کرد تا ارزش علمی هر سنگ نگهداریشده را بیشینه کنند و احتمال کشف نشانههای زیستی معنادار را افزایش دهند، اگر چنان نشانههایی وجود داشته باشند.
در عملیاتی بلندمدت، این روند شامل بازبینی مداوم معیارهای انتخاب نمونه، اجرای آزمایشهای میدانی جدید و آمادهسازی مسیرهای احتمالی برای ارسال نمونهها به زمین خواهد بود. ترکیب دادههای مادون قرمز، طیفسنجی لیزری و نقشهبرداری معدنی سطحی امکان ایجاد چارچوب تصمیمگیری غنیتری را برای مأموریتهای آینده فراهم میآورد.
در نهایت، مفاهیم و ابزارهایی نظیر PIXL و MIST نه فقط برای تعیین تاریخچهٔ آب در یک دهانهٔ خاص، بلکه برای ایجاد استانداردهایی در اندازهگیری و تفسیر دادههای زمینشیمی در اکتشافات سیارهای آینده ارزشمند خواهند بود.
منبع: scitechdaily
نظرات
نوا_خ
اوه، دورههای متعدد مرطوب یعنی شانسهای بیشتر برای زندگی سابق 🤯 ولی خیلی صبور باشیم، شواهد مستقیم نیازمند زمانه
داوین
نقشهٔ معدنی همراه با سطوح اطمینان، ابزار خیلی خوبی برای اولویتبندیه، مخصوصا برای ماموریتهای بازگرداندن نمونه
کوینپک
شاید رسانهها زیادی بزرگش کنن، ولی از نظر متدولوژی قابل قبوله؛ منتظر بازگردوندن نمونهها میمونیم
کوهسنگ
وقتی روی سنگهای آذرین کار میکردم، همین الگوها رو دیدم اما تو زمین. مریخ اما یه دنیا فرق داره، هیجانانگیز و ترسناک
آراد
این MIST چقدر میتونه با همپوشانی فازها اشتباه کنه؟ شبیهسازی مونتکارلو به تنهایی کافیه...
دیتاپالس
وای، یعنی مریخ واقعا از داغ و اسیدی تبدیل شده به قلیایی؟ امیدبخش و عجیب تقریبا غیرقابل باور!
ارسال نظر