Les associacions organo-minerals de la superfície marciana: dades de la NASA Perseverance al cràter Jezero

Des de febrer del 2021, la missió de la NASA Mars 2020 explora el cràter Jezero amb un rover, Perseverance, i un helicòpter, Ingenuity. Ara la revista Nature publica un article, amb l’astrobiòloga Sunanda Sharma com a primera autora, en el que es reporta la detecció d’espectres Raman i de fluorescència compatibles amb diverses espècies de molècules orgàniques aromàtiques en les formacions Máaz i Séítah del cràter Jezero. Aquests senyals de fluorescència es troben associats amb minerals de diferent manera. No fa gaires dècades, hom assumia que la matèria orgànica de la superfície marciana seria gairebé inexistent degut a l’acció destructiva de la radiació ultraviolada i altres radiacions ionitzants. Més endavant hom descrigué la presència de molècules orgàniques en meteorits marcians presents a la Terra, així com en espècimens procedents del cràter Gale. Sharma et al. ens presenten ara una diversitat de molècules aromàtiques, que persisteixen malgrat les condicions de la superfície marciana. És possible que aquestes molècules siguin protegides per la seva associació amb minerals. Val a dir que els minerals associats a aquestes signatures són vinculats a processos aquosos. Descriure els processos de síntesi, transport o preservació d’aquesta matèria orgànica, és a dir del cicle del carboni a Mart, és una de les finalitats de la missió NASA Mars 2020 i de l’instrument Sherloc.

Associacions entre lectures de fluorescència i imatges de mineral de les roques Bellegarde i Quartier

La matèria orgànica marciana

La matèria orgànica és la basada en els enllaços tetravalents de carboni, en els esquelets d’hidrocarburs. Etimològicament, el nom d’orgànic fa referència al fet que aquesta és la matèria dels organismes vius, però ara és obvi que la immensa majoria de la matèria orgànica de l’univers no té res a veure amb la vida, ni com a matèria orgànica viva ni com a matèria orgànica morta. La matèria orgànica, així doncs, és considerada més com una base per a la vida i no pas exclusivament com el seu resultat o la seva encarnació material.

La detecció de matèria orgànica en mostres procedents de la superfície marciana, no obstant, no deixa de ser una notícia si atenem al fet que les condicions ambientals d’aquell planeta són destructives per a ella. Així doncs, si hi ha matèria orgànica és perquè hi ha processos que la generen, la hi transporten o la hi preserven. Entre els processos abiòtics de generació de matèria orgànica hi ha les interaccions entre aigua i roca o la reducció electroquímica de diòxid de carboni. També s’ha postulat una aportació exògena procedent de la pols interplanetària o dels impactes de meteorits. També hem de recordar que l’experiment de la Viking de 1976 no tan sols no excloïa la possibilitat de formes de vida actuals sinó que, segons com ho interpretem, les assenyalava.

La missió de la NASA Mars 2020 és dotada de l’instrument SHERLOC (amb el bacònim de “Scanning Habitable Environments with Raman and Luminiscence for Organics and Chemicals), que vol inspeccionar Mart a la recerca de compostos orgànics i la seva associació precisa amb minerals i textures.

El vehicle central de la NASA Mars 2020 és el ròver Perseverance. Aquest vehicle és capaç de realitzar mesures in situ, però també de recollir mostres que puguin ser trameses eventualment cap a la Terra. La Mars 2020 aterrà al cràter Jezero, que com el seu nom en croat indica, és un antic llac. En la superfície de Jezero trobem carbonats, argiles i sulfats. En la primera campanya de la missió de la Perseverance han estat explorades dues formacions, Máaz i Séítah. Mááz és una formació màfica rica en piroxè i plagioclasa. Séítah és una formació ultramàfica rica en oliví. L’instrument SHERLOC ha observat tres superfícies rocoses originals de Máaz, i set superfícies recentment abrasades de Máaz i Séítah. Aquesta abrasió consisteix en retirar-hi la capa exterior de roca, és a dir la part meteoritzada i coberta de pols, de forma que s’hi genera un forat cilíndric de 45 mm de diàmetre i d’una fondària de 8 a 10 mm.

SHERLOC combina un espectròmetre Raman i de fluorescència de l’ultraviolat profund per rastrejar la distribució de molècules orgàniques i minerals en superfície rocoses amb una resolució de 0,1 mm. La càmera WATSON ofereix imatges de color que donen un context espacial més ample.

Quatre grups de senyals de fluorescència

En els 10 objectes observats per SHERLOC s’han detectat senyals de fluorescència. Aquests es poden classificar en quatre grups:
- Grup 1: el senyal és un doblet a 303 nm i 325 nm de longitud d’ona.
- Grup 2: el senyal és una sola banda àmplia entre 335 nm i 350 nm.
- Grup 3: el senyal és una sola banda àmplia entre 270 nm i 295 nm.
- Grup 4: el senyal és un parell de bandes, a 290 nm i a 330 nm.

Aquests senyals són consistents amb l’emissió d’hidrocarburs aromàtics mono- o policíclics. De tota manera, Sharma et al. admeten que també podrien derivar d’una luminiscència no-orgànica (p.ex. de Ce³⁺).

L’objectiu Bellegarde presenta fluorescència del grup 1. Aquest objectiu es troba en la roca Rochette, de la formació Máaz. La fluorescència s’associa a cristalls blancs que són probablement sulfat de calci hidratat.

L’objectiu Quartier presenta fluorescència del grup 1. Aquest objectiu es troba en la roca Issole, de la formació Séítah. La fluorescència s’associa a cristalls blancs, que serien una barreja de sulfats (càlcic i magnèsic), amb diferents estats d’hidratació. El senyal de fluorescència fou confirmat per la Perseverance amb una segona observació obtinguda onze dies més tard de la primera.

La fluorescència més habitual és la de Grup 2. Aquesta s’ha detectat en tots els objectius estudiats. En la majoria de casos es troba en els límits entre grans, o ben a prop. S’associa a un ventall de minerals: carbonats, fosfats, sulfats, silicats i, en menor mesura, perclorats. Si en la formació Máaz, la fluorescència de Grup 2 s’associa amb piroxè, en el cas de la formació Séítah, ho fa amb oliví.

El Grup 3 s’ha observat en tres perforacions d’objectius (Guillaumes, Bellegarde, Alfalfa) i en un objectiu originari (Foux). Se l’ha trobada associada amb silicats i carbonats. El senyal ees correspondria a un únic compost aromàtic, com ara el benzè.

El Grup 4 s’ha observat en dos objectius, Guillaumes i Garde. El senyal s’associa amb espais intragranulars. La font serien compostos aromàtics d’un o de dos anells.

L’abundància de matèria orgànica en la superfície del cràter Jezero

Sharma et al. estimen que l’abundància de matèria orgànica en la formació Séítah seria de 2 ppm. En la formació Máaz aquesta xifra puja a 20 ppm.

La diferència de concentracions podria explicar-se per la història diferent de totes dus formacions. La formació Máaz seria una roca basàltica alterada hídricament. La formació Séítah seria un cumulat d’oliví alterat per fluids, però on l’exposició a l’aigua fou relativament menor. Cal pensar doncs que foren processos hídrics els qui actuen de manera diferenciada entre les dues formacions.

Els senyals del Grup 1 semblen compatibles amb una síntesi abiòtica en medi aquós de matèria orgànica. La reducció electroquímica de CO₂ dissolt en aigua hauria donat lloc a compostos orgànics aromàtics que haurien estat preservats durant eres geològiques en una matriu cristal·lina de sulfats i d’altres minerals.

Lligams:

- Diverse organic-mineral associations in Jezero crater, Mars. Sunanda Sharma, Ryan D. Roppel, Ashley E. Murphy, Luther W. Beegle, Rohit Bhartia, Andrew Steele, Joseph Razzell Hollis, Sandra Siljeström, Francis M. McCubbin, Sanford A. Asher, William J. Abbey, Abigail C. Allwood, Eve L. Berger, Benjamin L. Bleefeld, Aaron S. Burton, Sergei V. Bykov, Emily L. Cardarelli, Pamela G. Conrad, Andrea Corpolongo, Andrew D. Czaja, Lauren P. DeFlores, Kenneth Edgett, Kenneth A. Farley, Teresa Fornaro, Allison C. Fox, Marc D. Fries, David Harker, Keyron Hickman-Lewis, Joshua Huggett, Samara Imbeah, Ryan S. Jakubek, Linda C. Kah, Carina Lee, Yang Liu, Angela Magee, Michelle Minitti, Kelsey R. Moore, Alyssa Pascuzzo, Carolina Rodriguez Sanchez-Vahamonde, Eva L. Scheller, Svetlana Shkolyar, Kathryn M. Stack, Kim Steadman, Michael Tuite, Kyle Uckert, Alyssa Werynski, Roger C. Wiens, Amy J. Williams, Katherine Winchell, Megan R. Kennedy & Anastasia Yanchilina. Nature (2023).

- Un antic sistema deltaic al cràter de Jezero visitat per la NASA Perseverance (octubre del 2021).

El llançament del telescopi espacial Euclid de l’Agència Espacial Europea

Ahir dissabte 1 de juliol, a les 15:12UTC, es produïa el llançament des de Cap Canaveral d’un coet SpaceX Falcon 9. En la càrrega científic del coet hi havia la nau Euclid de l’Agència Espacial Europea, que té la missió de servir com a telescopi espacial. El programa científic d’Euclid consisteix en l’elaboració d’un mapa tridimensional del nostre univers de galàxies. La precisió d’aquest mapa permetrà investigacions cosmològiques bàsiques. D’acord amb el model estàndard cosmològic, el principal component del nostre univers és una energia no ben descrita més enllà del seu efecte accelerador sobre l’expansió de l’univers, i que en conseqüència rep el nom d’energia fosca. El segon component de l’univers és un material caracteritzat únicament pel fet de fornir cohesió a les estructures galàctiques i supragalàctiques, i que en conseqüència rep el nom de matèria fosca. No és estrany, doncs, que l’Euclid Consortium es defineixi com una “missió espacial per a cartografia l’univers fosc”.

La destinació del telescopi espacial Euclides és una òrbita heliocèntrica en un dels punts de Lagrange del Sistema Sol-Terra

Un llançament reeixit

Després del llançament del Space X, la nau Euclid se separà del coet. A les 17h57 l’estació australiana de New Norcia confirmava el primer senyal d’Euclid.

El destí d’Euclid és una òrbita al voltant del segon punt de Lagrange (L2) del Sistema Sol-Terra. Aquest punt L2 es troba a uns 1,5 milions de km de la Terra, en direcció antisolar, i té una òrbita heliocèntrica de període igual a la del nostre planeta.

Euclid arribarà a l’òrbita de L2 d’ací a 4 setmanes. Llavors començarà l’alineament del telescopi i l’arrencada de l’instrumental. Durant els dos mesos següents es faran comprovacions dels equips. Només llavors començaran les observacions pròpiament dites, que duraran un sis anys.

L’instrumental científic d’Euclid: VIS i NISP

El telescopi Euclid és un telescopi reflector de 1,2 metres d’obertura. Compta amb una pantalla que li permet cobrir-se de la llum del Sol, de la Terra i de la Lluna, i captar imatges de l’espai profund.

El Consorci Euclides aportà els dos instruments científics principals de la missió:
- la càmera de radiació electromagnètica visible (VIS). La finalitat de VIS es obtindre imatges precises de galàxies
- l’espectròmetre i fotòmetre de l’infraroig proper (NISP). La NASA aportà els detectors del NISP. La finalitat del NISP és l’anàlisi de les emissions infraroges de les galàxies. A través de l’estudi de les corresponents línies espectrals es pot determinar la velocitat radial i, juntament, amb les dades de lluminositat fer una estimació de la distància a la que es troben.

Un mapa de galàxies

La finalitat d’Euclid es determinar les posicions de milers de milions de galàxies. Això implica d’una banda determinar-ne les seves coordenades celestes d’ascensió recta i declinació, homologables respectivament a la longitud i a la latitud. De l’altra banda, hi ha la determinació més delicada, la d’estimar la distància de cada galàxia, així com la seva velocitat longitudinal i radial.

El catàleg resultant oferirà informació precisa de la forma, posició i moviment de milers de milions de galàxies, és a dir de l’estructura galàctica de l’univers observable. Com que la velocitat de la llum és finita, i l’univers es troba en expansió, d’aquest univers observable es pot deduir la dinàmica galàctica.

En total, el mapa d’Euclid cobrirà vora un terç de l’esfera celeste.

El Consorci Euclid

El Centre d’Operacions de l’ESA (ESOC) a Darmstadt controlarà les instruccions i comunicacions del telescopi espacial Euclid a través de la xarxa d’antenes Estrack de l’ESA. Les dades adquirides seran analitzades pel Consorci Euclid, integrat per més de 2000 investigadors de més de 300 institucions d’Europa, Estats Units, Canadà i Japó.

Cada any, el Consorci farà accessible les dades adquirides a través del Science Archive, que es troba hostatjat al Centre d’Astronomia de l’ESA (ESAC), amb seu a Villanueva de la Cañada.

Les dades d’Euclid ens mostraran la part visible i infraroja de l’univers de galàxies. No obstant, la precisió de les dades permetrà deduir l’acció gravitatòria de la matèria fosca, i l’acció de l’energia fosca sobre el ritme d’expansió de l’univers. Aquestes dades indirectes seran les que serviran per posar a prova els diversos models sobre la natura d’aquest univers fosc.

Lligams:

ESA’s Euclid lifts off on quest to unravel the cosmic mystery of dark matter and dark energy, notícia a la pàgina web de l’Agència Espacial Europea.