Система лидара, используемая для обнаружения в воздухе биологической опасности на Земле, может помочь НАСА в поиске внеземной жизни на Марсе и в других местах Солнечной системы.
Еще в 2000-е годы, когда Бранимир Благоевич разрабатывал датчик для военных по обнаружению в воздухе биологической опасности, он и понятия не имел, что его технологию впоследствии могут использовать для поиска внеземной жизни.
Его оригинальная работа сосредотачивалась на использовании нового лидара (Light Detection and Ranging – световой дальнометр) и основывалась на тех же принципах, которые применяются в радаре. Но вместо радиоволн лидар, для обнаружения объектов и измерения расстояния до цели, использует лазерный луч. Поэтому его еще часто называют «световым радаром».
Благоевич, теперь технолог НАСА в Центре космических полетов Годдарда в Мэриленде, понял, что технология, базирующаяся на поиске токсинов и патогенных микроорганизмов в воздухе, может применяться за пределами Земли и даже может внести свой вклад в миссии НАСА по поиску жизни (которая была или есть) на Марсе.
«Если в прошлом на Марсе существовала жизнь, то с помощью такого инструмента мы сможем это обнаружить», – сказал Благоевич.
Сейчас любая миссия, направленная на Марс, весьма ограничена в способах поисках жизни (прошлой или настоящей). Например, марсианская научная лаборатория марсохода Curiosity может взять образец реголита (пыльная мучнистая «почва», покрывающая Красную планету), надеясь, что в небольшом количестве измельченной породы есть биологическая химия. Но физический контакт с любым анализируемым материалом является проблемой. Есть риск загрязнить «нетронутый» образец земными веществами, что потенциально исказит результаты испытаний.
Кроме того, это медленный и трудоемкий процесс: робот должен прийти на место, собрать и проанализировать образцы. А это значит, что очень немногие образцы могут быть взятыми из любого заданного местоположения. Может быть так, что образец, анализированный инструментами марсохода, будет полностью стерильным. Но всего в паре метров от места может быть грязь с органической химией. И без ведома робота или его земных контролеров мы об этом никогда и не узнали бы.
Для Благоевича это выглядит так, словно мы ищем иголку в стоге сена. Но ситуация складывается намного хуже, ведь мы даже не знаем, где этот стог сена.
Так как же сузить шансы поиска биологического материала на Марсе? Одним из способов может быть использование его Био-Индикаторного Лидарного Инструмента, или просто «БИЛИ».
Марсу не привыкать к лазерам. Сейчас Curiosity использует ChemCam для взрыва лазером горных пород. При этом его датчики могут изучать пар, чтобы расшифровать его химический состав. Однако, марсианские породы будут защищены от БИЛИ.
Благоевич, сотрудничая с планетарными учеными НАСА Мелиссой Трейнер, Александром Павловым и Мелиссой Флойд, надеется установить систему лидар на будущий марсоход. Он будет работать таким же образом, как и ChemCam на Curiosity. Но его интересуют не геологические особенности, а частицы в марсианской атмосфере. Во время миссии марсоход будет сканировать окружающую среду на пылевые шлейфы. После обнаружения, вероятно выше труднодоступного склона, он бы выстрелил ультрафиолетовыми лазерами в пыль.
Во время попадания лазерным лучом по отдельным частицам пыли, он заставит их воспроизводить свет в ответ. Это явление называют цветением. Свет от этих флуоресцирующих частиц потом можно измерить и показать, из каких химических веществ он состоит. Если в пыли есть какие-либо органические вещества (биоиндикаторы), то БИЛИ сможет расшифровать свой сигнал.
И главное то, что весь процесс осуществляется дистанционно, возможно, в сотни километрах от ровера. А это значит, что можно отсканировать огромную площадь вокруг ровера и вычислить загрязнения и органическую химию, что существенно упрощает исследования.
«Это увеличит вероятность обнаружения жизни подвижными механизмами на марсианской поверхности», – сказал Благоевич.
Ставки на Марс очевидны, и есть возможность увидеть роверы с технологией БИЛИ для сканирования пыльных красных струй. Но можно ли использовать эту технологию для охоты на жизнь в другом месте в Солнечной системе?
«За пределами Марса мы сделали несколько смоделированных расчетов того, сможет ли этот инструмент работать в замороженных мирах таких, как луна Энцелад или Европа», – сказал Благоевич.
Энцелад – один из загадочных спутников Сатурна, обладающий толстой ледяной оболочкой вокруг подповерхностного океана. Из-за приливного взаимодействия с Сатурном, Энцелад производит тепло в своем ядре, которое содержит подземные воды в жидком состоянии. Его океан представляет огромный интерес для астробиологов, потому что по аналогии с Землей жидкая вода означает жизнь.
Внутренний нагрев и постоянные стрессы на ледяной оболочке приводят к тому, что жидкая вода извергается на лунную поверхность, как при открытии крышки на бутылке с колой. Огромное количество пара теряется в пространстве, создавая шлейф. Если в этой воде присутствует внеземная биология, то она также выбрасывается в космос.
Миссия НАСА Кассини использовала датчики на борту, чтобы «попробовать» эти струи, когда они пролетали мимо (на фото выше), но необходим подробный анализ. Можно ли установить БИЛИ на облетной миссии к Сатурну, чтобы выстрелить лазером в шлейф и увидеть, есть ли органические химические вещества?
«Это будет достаточно сложной задачей. Дело в том, что водные струи на Энцеладе имеют очень низкую плотность по сравнению с частицами пыли в марсианском воздухе», – сказал Благоевич. Поэтому, чтобы что-то обнаружить космический аппарат должен был бы лететь на расстоянии 50 км от поверхности луны и лазер должен находиться в диапазоне 1Вт для обнаружения любого цветения.
«Это возможно, но требует более мощного ультрафиолетового лазера, который сможет стать реальностью для будущих полетных миссий, или не сможет», – добавил он.
Касательно Европы, Благоевич предупреждает, что, не имея очевидных струй с большой продолжительностью, использование системы лидар будет зависеть от того, есть ли какие-либо существующие аэрозоли вблизи ее поверхности. Европа, по сравнению с Энцеладой, выигрывает в вопросе поиска жизни. Некоторые оптимистические прогнозы говорят о том, что там можно даже встретить многоклеточную жизнь.
Так как мы знаем химию изнутри лунных циклов (через активные ледяные тектоники), если есть биология в океанах Европы, то свидетельства можно найти на ледяной поверхности. И если есть какой-то механизм, заставляющий эти органические химикаты подниматься над льдом, то, возможно, БИЛИ можно будет использовать для раскрытия этих тайн.