С тази публикация продължаваме традиционната поредица от т.нар. "празнични статии на КОСМОС БГ".
26 декември 2012 г. 17:45 ч.
Светослав Александров. Безспорно най-голямото събитие в областта на космонавтиката през изминалата 2012 година бе успешното кацане на марсохода "Кюриозити" на повърхността на Марс. Мисията на НАСА "Марсианска научна лаборатория", която координира работата на марсохода, често е описвана като най-сложната научна мисия в областта на роботизираната космонавтика. Няма да е преувеличение, ако кажем, че в някои отношения тя е по-сложна дори от мисиите "Аполо", довели до кацане на човек на Луната и благополучното му връщане на Земята. Топлинният щит на марсохода "Кюриозити" беше по-голям от топлинните щитове на капсулите "Аполо", които са предпазвали корабите при навлизането обратно в атмосферата. А кацането на "Кюриозити" безспорно бе най-сложното междупланетно кацане в историята на космонавтиката. Марсоходът благополучно достигна повърхността на Червената планета чрез сложна система от парашут и авангарден "небесен кран", който спусна "Кюриозити" с въже, подобно на хеликоптер.
Кацането на марсохода "Кюриозити" беше съпроводено и от огромен обществен интерес. Много хора се питаха дали марсоходът ще успее да открие живот на Марс, или най-малкото органични вещества. Предстояща публикация на научни данни в началото на месец декември доведе до неочакван медиен фурор и мнозина предчувстваха, че НАСА най-накрая ще обяви откритието на живот на Марс. Това обаче не се случи - откритията до този момент са свързани с химията на Марс и с интригуващото минало - в региона на кацането е имало някога речно корито.
Защо НАСА така и не успя да открие живот на Марс през тази година, ще ви разкажа в тази статия.
Тази снимка беше направена точно на Бъдни вечер от марсохода на НАСА "Кюриозити". Photo credit : NASA/JPL-Caltech/Malin Space Sciences Systems
Разбира се, мнозина от читателите ми не биха приели това, което ще кажа. Те вярват, че в НАСА има някаква мащабна конспирация, целяща да скрие истината за живота на Марс от очите на любопитните хора. Аз не мога да попреча на всеки да вярва в каквото си поиска - все пак живеем в много по-демократични условия от преди и всеки има право да изразява своето мнение, дори и то да е погрешно. Само че, ако човек се занимава с наука, разбира, че истината е малко по-различна и че има доста сериозни трудности от чисто научно естество, които не позволяват да заключим категорично дали на Марс има (или е имало някога, или условията са били подходящи за) живот.
През изминалите няколко години НАСА категорично подчертаваше, че "Кюриозити" не е мисия, предназначена да търси живот на повърхността на Червената планета. Наборът на инструменти на борда на машината позволява откриването на органични вещества. Но марсоходът не разполага с инструменти за установяването дали органичните вещества (ако ги има), са свързани с метаболизма на жив организъм (на спътника на Сатурн - Титан също има органични вещества, но те са възникнали по небиологичен път). Все пак, като за начало при решаването на сложната задача около търсенето на живот на Марс, установяването на наличието на органични вещества е важно - то може да не е стопроцентов показател за наличието на живот, но все пак е един от показателите.
За съжаление медиите и популяризаторите на наука са формирали в общественото съзнание един груб и твърде неточен облик относно това как се търсят органични вещества на Марс. Както казва Емили Лакдауола от блога на планетно общество, изглежда, че хората си въобразяват следното: някакъв учен дърпа една ръчка, а на Марс има един сензор, който изпраща сигнали : "ИМА ОРГАНИЧНИ ВЕЩЕСТВА" или "НЯМА ОРГАНИЧНИ ВЕЩЕСТВА". Почти както в приказката на Ран Босилек, в която за страничния човек орачът работи на принципа "ори, мели, яж". В практиката обаче не са толкова прости. Науката е сложна. Има начини тя да се обясни на достъпен език, така че да стане разбираема за хората.
По какъв начин ние бихме могли да разграничим едно вещество от друго? От практиката знаем, че едно тяло тежи повече от друго в зависимост от химичния му състава. Например, ако едно вземем едно оловно топче и едно пластмасово топче и ги задвижим, нека да си представим силата, с която бихме ги отклонили от пътя им по права линия. Ако вземем един маркуч, който пръска струя вода, с него много лесно можем да отклоним движещо се пластмасово топче, но едно оловно топче няма да се отмести съществено. В практиката знаем защо е така - пластмасата тежи по-малко от оловото.
На такъв достъпен език бихме могли да обясним принципа на основния инструмент на "Кюриозити", който е свързан с търсенето на органични вещества на Марс - масспектрометъра. Сега ще обясним неговия принцип по по-научен, но също така сравнително достъпен начин. Почвата на Марс е сложен комплекс, който съдържа много различни видове вещества. Знаете от училище, че веществата са изградени от молекули, а молекулите са изградени от атоми. При нагряването на почвата на Марс при висока температура, твърдите вещества в един момент ще се превърнат в газове. Но газът може да бъде йонизиран (напр. чрез силно електростатично поле). Един атом, чийто електрон го напуска, се превръща в положителен йон. Това е вярно дори за вещества, които при нормални условия образуват отрицателни йони или не формират йони. След това предстои ускоряването на потока от йони в специална тръба. Тази тръба е извита в единия край и там се разполага магнит. Магнитът в нашия случай играе ролята на струята вода в предходния случай и той отклонява движението на йонния поток. На другия край на тръбата (където са детекторите) по-тежките йони (подобно на оловното топче) не биха се отклонили, докато по-леките биха. В зависимост от това къде те попадат, знаейки скоростта, с която се ускоряват, бихме могли да заключим колко са тежали. А научавайки тяхната маса, бихме могли да кажем какво е веществото. И така ще разберем какъв е съставът на почвата на Марс.
Ако до този момент сте разбрали принципа на действие на масспектрометъра (обяснен възможно най-накратко), значи вече разбирате един от методите за това как учените разбират какъв е химичният състав на Марс. Но оттук идват трудностите. На Марс учените не работят с едно или две вещества, а със стотици или хиляди - колко пъти йонизираната частица ще удари детектора в рамките на 0.1-секунден интервал. Учените трябва да тръгнат отзад-напред - от картината, която виждат след анализа, да стигнат до първоначалния състав на почвата. Както вече споменах, почвата първо се нагрява до получаването на газове, след което газовете биват йонизирани, преди да бъдат подадени към тръбата и детектора. При нагряването на почвата големите молекули се превръщат в малки молекули. Тук вече има големи неясноти - какво означава, ако учените виждат някакво вещество с молекулна маса 28 Далтона? Това би могло да бъде молекулен азот, или пък въглероден моноксид. Кое от двете е? Учените повтарят изследването, като прекарват някои от газовете през хроматограф за допълнително разделяне. И тук говорим само за една от множество трудности. При нагряването на почвата (както вече споменах, тя е сложна, изградена от много вещества) настъпват нежелани химични реакции, които затрудняват анализа. Възможно е да възникнат проблеми с инструмента - страничен шум, нарушение на работата на детекторите, неправилна калибрация... И накрая, дори и да кажеш със сигурност - да, почвата е съдържала хлорометан (това, което учените казаха в началото на декември - хлорометанът е органично вещество) откъде може да си сигурен за произхода на хлорометана - дали е от Земята или Марс?
Както сами виждате, не е като да натиснеш една ръчка и някакъв сензор да покаже: има или няма органични вещества, както си го представят много хора погрешно. Наскоро един учен, който ми разказа за принципите на масспектрометрията, ми даде по-удачна аналогия, която много по-добре описва методологията на масспектрометрията и цялото това търсене на органични вещества на Марс: представете си една ваза, която е счупена на хиляди парчета. Учените още не знаят, че е ваза - за да разберат, те трябва да подредят пъзела и да разберат кое парче къде се намира. В хода можеш да сбъркаш и да подредиш пъзела по неправилен начин. Същата аналогия е и с почвата на Марс - тя е нагрята, газовете са йонизирани, и от крайната картина учените трябва да стигнат до първоначалния й състав.
На фона на всичките тези трудности е трудно да обвиним учените на марсохода "Кюриозити" в каквито и да е конспирации. Марсоходът кацна на Марс през месец август, след което няколко седмици преминаха в тестове на основните системи. Учените са имали на разположение едва три месеца за научни анализи - нещо, което по принцип може да отнеме много повече месеци, дори години. Самият факт, че учените са разпознали хлорометан (органично вещество), трябва да ни радва. В бъдеще след още анализи ще знаят с голяма сигурност дали той е от местен произход, или е попаднал от Земята. Предстоят анализи на още почвени проби на разнообразни места на Марс (все пак това е марсоход, който може да се придвижва, а не е стационарна сонда). Може би по-късно, от колкото би ни се искало, но със сигурност накрая картината ще се сглоби пред очите ни... и както археолозите възстановяват счупени вази, така ще бъде направена научна възстановка на миналото на Марс и ще научим много за тази планета - в това число дали някога там е имало живот или не.