Muito antes de o rover Perseverance da NASA pousar no Planeta Vermelho em 18 de fevereiro, um de seus objetivos de missão de nível mais alto já foi estabelecido:procurar sinais de vida antiga na superfície marciana. Na verdade, as técnicas usadas por um dos instrumentos científicos a bordo do rover podem ter aplicações nas luas de Saturno, Enceladus e Titan, bem como na lua de Júpiter, Europa.

“A Perseverança vai buscar uma lista de compras de minerais, orgânico, e outros compostos químicos que podem revelar vida microbiana uma vez que prosperou em Marte, "disse Luther Beegle, investigador principal do instrumento Scanning Habitable Environments with Raman &Luminescence for Organics &Chemicals (SHERLOC) da Mars 2020. "Mas a tecnologia por trás do SHERLOC que procura por vidas passadas nas rochas marcianas é altamente adaptativa e também pode ser usada para procurar micróbios vivos e os blocos de construção químicos para a vida nas profundezas do gelo das luas de Saturno e Júpiter."

Encélado, Europa, e até mesmo a nebulosa lua Titã esconde vastos oceanos de água líquida contendo compostos químicos associados a processos biológicos abaixo de sua espessa superfície gelada - ambientes muito diferentes do Marte moderno. Se existe vida microbiana nessas águas, os cientistas também podem encontrar evidências disso no gelo. Mas como encontrar essa evidência se ela estiver presa nas profundezas do gelo?

Digite WATSON. Abreviação de Wireline Analysis Tool para a observação da subsuperfície dos mantos de gelo do norte, o protótipo semelhante a um tubo de 1,2 metros de comprimento está em desenvolvimento no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia. Foi acoplado ao Planetary Deep Drill da Honeybee Robotics, e essa combinação foi testada com sucesso no frio extremo do gelo da Groenlândia.

Uma versão menor do WATSON poderia um dia viajar a bordo de uma futura missão robótica para explorar o potencial de habitabilidade de uma dessas luas enigmáticas. O instrumento exploraria o gelo em busca de bioassinaturas - moléculas orgânicas criadas por processos biológicos. Se detectar algum, uma versão futura do WATSON, com a capacidade adicional de coletar gelo da parede do poço, poderia então coletar amostras para um estudo mais aprofundado.

Usando espectroscopia Raman de laser ultravioleta profundo para analisar os materiais onde eles são encontrados, em vez de recuperar imediatamente amostras de gelo e depois estudá-las na superfície da lua, o instrumento forneceria aos cientistas informações adicionais sobre essas amostras, estudando onde eles estão no contexto de seu ambiente.

"Seria ótimo se primeiro estudássemos como essas amostras realmente eram em seu ambiente natural antes de coletá-las e misturá-las em uma pasta para teste, "disse Mike Malaska, astrobiólogo do JPL e cientista-chefe do WATSON. "É por isso que estamos desenvolvendo este instrumento não invasivo para uso em ambientes gelados:para dar uma olhada profunda no gelo e identificar aglomerados de compostos orgânicos - talvez até micróbios - para que possam ser estudados antes de analisá-los mais profundamente e perder seus contexto nativo ou modificar sua estrutura. "

Embora o WATSON use a mesma técnica do SHERLOC do Perseverance, existem diferenças. Para um, O SHERLOC analisará rochas e sedimentos marcianos para procurar sinais de vida microbiana passada que possam ser coletados e devolvidos à Terra em missões futuras para um estudo mais profundo. E o SHERLOC não faz furos. Uma ferramenta separada faz isso.

Mas ambos contam com laser ultravioleta profundo e espectrômetro, e onde o instrumento de gelo WATSON tem um gerador de imagens para observar a textura e as partículas na parede de gelo, O SHERLOC do Perseverance é emparelhado com uma câmera de alta resolução para tirar fotos de texturas de rocha para apoiar suas observações. Essa câmera compartilha o mesmo nome do protótipo de exploração de gelo:WATSON. Nesse caso, no entanto, a sigla significa Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering. (Afinal, qualquer instrumento com um nome inspirado no famoso detetive fictício Sherlock Holmes está fadado a inspirar referências a seu parceiro.)

Encélado na Terra

Assim como SHERLOC passou por extensos testes na Terra antes de ir para Marte, o mesmo deve acontecer com o WATSON antes de ser enviado ao sistema solar externo. Para ver como o instrumento pode funcionar na crosta gelada de Enceladus e nas temperaturas extremamente baixas da lua, a equipe WATSON escolheu a Groenlândia como um "análogo da Terra" para os testes de campo do protótipo durante uma campanha de 2019.

Os análogos da Terra compartilham características semelhantes com outros locais em nosso sistema solar. No caso da Groenlândia, o ambiente próximo ao meio do manto de gelo da ilha e longe da costa se aproxima da superfície de Enceladus, onde materiais oceânicos irrompem das abundantes aberturas da lua pequena e chovem. O gelo mutilado na borda das geleiras da Groenlândia perto da costa, Enquanto isso, pode servir como um análogo para a crosta gelada profunda e curvada de Europa.

Durante a campanha para explorar um poço existente perto da Summit Station, uma estação de observação remota de alta altitude na Groenlândia, o instrumento foi posto à prova. À medida que desceu mais de 330 pés (100 metros), WATSON usou seu laser UV para iluminar as paredes do gelo, fazendo com que algumas moléculas brilhem. O espectrômetro então mediu seu brilho fraco para dar à equipe uma visão sobre sua estrutura e composição.

Embora encontrar bioassinaturas no bloco de gelo da Groenlândia não tenha sido uma surpresa, os testes foram na Terra, afinal, mapear sua distribuição ao longo das paredes do poço profundo levantou novas questões sobre como esses recursos chegaram onde estão. A equipe descobriu que micróbios nas profundezas do gelo tendem a se agrupar em bolhas, não em camadas como eles esperavam originalmente.

"Criamos mapas enquanto o WATSON escaneava as laterais do poço e os pontos quentes de agrupamento de verdes e vermelhos azuis - todos representando diferentes tipos de material orgânico, "disse Malaska." E o que foi interessante para mim é que a distribuição desses pontos de acesso era praticamente a mesma em todos os lugares que olhávamos:não importa se o mapa foi criado a 10 ou 100 metros [33 ou 330 pés] de profundidade, essas pequenas bolhas compactas estavam lá. "

Ao medir as assinaturas espectrais desses pontos de acesso, a equipe identificou cores consistentes com hidrocarbonetos aromáticos (alguns que podem ser originados da poluição do ar), ligninas (compostos que ajudam a construir as paredes celulares das plantas), e outros materiais produzidos biologicamente (como ácidos orgânicos complexos também encontrados no solo). Além disso, o instrumento registrou assinaturas semelhantes ao brilho produzido por aglomerados de micróbios.

Há mais testes a serem feitos - de preferência, em outros análogos da Terra que se aproximam das condições de outras luas geladas - mas a equipe foi encorajada pela sensibilidade do WATSON a uma grande variedade de bioassinaturas. Esta alta sensibilidade seria útil em missões para mundos oceânicos, onde a distribuição e densidade de quaisquer bioassinaturas potenciais são desconhecidas, disse Rohit Bhartia, investigador principal da WATSON e investigador principal adjunto da SHERLOC, dos sistemas de fótons em Covina, Califórnia. "Se coletássemos uma amostra aleatória, é provável que percamos algo muito interessante, mas por meio de nossos primeiros testes de campo, somos capazes de entender melhor a distribuição de substâncias orgânicas e micróbios no gelo terrestre que podem nos ajudar na perfuração da crosta de Enceladus. "

Os resultados do teste de campo foram publicados na revista. Astrobiologia no outono de 2020 e apresentado no Encontro de outono da American Geophysical Union 2020 em 11 de dezembro.