Curiosity buscará los ingredientes de la vida en Marte

Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California

18 de Enero de 2011

Paul Mahaffy, científico al cargo del mayor instrumento alojado dentro del próximo rover de la NASA, Curiosity, mira a través de un cristal mientras, dentro de la sala limpia, los operarios proceden a su instalación. El trabajo planificado específicamente para el montaje de este instrumento requiere más equipos personales de protección que los que se necesitaron para la construcción de los primeros rovers de la NASA.

El instrumento se llama Analizador de Muestras en Marte, o SAM en el acrónimo inglés, y ha sido construido por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, en Greenbelt, Md. Una de las tareas principales a llevar a cabo por el instrumento, en el meticulosamente seleccionado lugar de aterrizaje, será la búsqueda de compuestos que contengan carbono, llamados moléculas orgánicas o simplemente orgánicos, que son por extensión las moléculas que en la tierra cumplen el papel de ser las piezas con las que se ensambla la vida. Los trajes que visten los constructores del Curiosity, dentro del la sala limpia del Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif., durante su montaje son sólo parte del cuidado que hay que tener para impedir que material orgánico procedente de la Tierra forme parte de los posteriores resultados en los análisis del SAM.

La química orgánica consiste en carbono e hidrógeno, además de, en muchos casos, otros elementos adicionales. Estos pueden existir sin la vida, pero la vida, hasta lo que conocemos, no puede existir sin ellos. SAM es capaz de detectar trazas orgánicas e identificarlas en una amplia variedad de las mismas, mucho más que ningún instrumento enviado previamente al planeta rojo. También puede recabar información acerca de otros ingredientes de la vida y obtener pistas de pasados entornos medioambientales marcianos.

Los investigadores utilizarán el SAM, así como otros nueve instrumentos del Curiosity, para estudiar de qué manera una de las áreas más intrigantes de Marte ha mantenido condiciones ambientales favorables para la vida y  también para preservar las evidencias acerca de si la vida ha existido allí. La NASA lanzará el Curiosity desde Florida entre el 25 de noviembre y el 18 de diciembre de este mismo año 2011, como parte de la misión Laboratorio Científico en Marte. La sonda espacial posará el rover sobre la superficie marciana en agosto de 2012. El plan operacional de la misión es el de trabajar con el Curiosity en Marte durante dos años terrestres.

"Aunque no encontremos moléculas orgánicas, tendremos de todas formas una información muy útil" afirmó Mahaffy, del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA. "Esto quizás pueda significar que el mejor lugar para buscar evidencias de vida en Marte no está cerca de la superficie. Nos empujará a que busquemos a más profundidad". También podría ayudar a comprender aquellas condiciones ambientales que remueven las moléculas orgánicas. "En el caso contrario, si las encontramos, este puede ser un signo evidente de que el entorno donde están esas rocas que hemos analizado está preservando estas pruebas", aseguró. "Luego podremos usar las herramientas que tenemos para tratar de determinar cuál es su procedencia". Hay que tener en cuenta, por ejemplo, que conocemos moléculas orgánicas traídas por meteoritos, sin por ello estar involucrados procesos biológicos, con más variadas estructuras químicas que las que muestran los patrones vistos en mezclas de moléculas químicas orgánicas producidas por organismos.

Mahaffy hace una pausa en su descripción de qué es lo que el instrumento va a hacer en Marte cuando los ingenieros y técnicos lo colocan en su posición dentro del Curiosity. Como veterano en el uso de los primeros instrumentos dedicados a estudiar atmósferas planetarias, ha coordinado el trabajo desarrollado por cientos de personas en varios estados, así como en Europa, para diseñar, construir y probar el SAM después de que la NASA seleccionara la propuesta efectuada por su equipo en 2004. "Ha sido un largo camino hasta llegar aquí", aseguró. "Hemos cogido un paquete de experimentos que en la Tierra ocuparían una buena parte de una habitación y los hemos metido dentro de una caja del tamaño de un horno microondas".

El SAM cuenta con tres potentes herramientas de laboratorio para efectuar análisis químicos. Con ellas examinará gases de la atmósfera marciana, así como gases que los hornos y los disolventes despedirán de las muestras en polvo provenientes de las rocas y del suelo marciano. El brazo robótico del Curiosity depositará las muestras en un embudo de admisión. Los hornos del SAM calentarán estas muestras hasta aproximadamente 1.000 grados Celsius (cerca de 1.800 grados Fahrenheit).

Un instrumento, el espectrómetro de masas, identificará los gases por su peso molecular así como por las cargas eléctricas de sus estados ionizados. Buscará varios elementos que, hasta lo que conocemos, son importantes para la vida, incluyendo el nitrógeno, el fósforo, el azufre, el oxígeno y el carbono. Otro de los instrumentos, el espectrómetro láser, utilizará como método la absorción de la luz a específicas longitudes de onda para medir concentraciones de moléculas, como el metano, y el vapor de agua. También identificará las proporciones de los diferentes isótopos de estos mismos gases. Los isótopos son variantes de un elemento con diferentes pesos atómicos, como por ejemplo el carbono-13, el carbono-12, o el oxígeno-18 y el -16. Las ratios de isótopos pueden ser la firma de los procesos planetarios. Por ejemplo, Marte tuvo una vez una atmósfera más densa que la actual, y si la pérdida ocurrió en la parte superior de la atmósfera el proceso puede haber favorecido el incremento de isótopos pesados en la retenida atmósfera moderna.

El metano es una molécula orgánica. Observaciones desde la órbita marciana y desde la Tierra en años recientes sugieren que este permanece poco tiempo en la atmósfera, lo que puede significar que es añadido activamente y sustraído del planeta. Con el espectrómetro láser del SAM, los científicos intentarán confirmar de qué manera está el metano presente, monitorear los cambios en su concentración, así como buscar pruebas acerca de cómo es producido ya sea bien por actividad biológica o por procesos que no requieren la existencia de la vida. El JPL es el que facilita el espectrómetro láser del SAM. La tercera herramienta de análisis, el cromógrafo de gases, separa diferentes gases de una mezcla para ayudar a su identificación. Efectúa algunas identificaciones por sí solo además de enviar las fracciones separadas al espectrómetro de masas y al espectrómetro láser. La Agencia Espacial Francesa, CNES, es la que provee ayuda a los investigadores franceses que desarrollaron el cromógrafo de gases del SAM.

Las investigaciones de la NASA acerca de compuestos orgánicos en Marte comenzaron con los aterrizadores gemelos Viking en 1976. Los objetivos científicos de las misiones más recientes han seguido el propósito principal de "rastrear el agua" encontrando múltiples líneas de evidencia de agua líquida, otro requisito para la vida, en el pasado de Marte. La misión del Laboratorio Científico de Marte recabará más información acerca de esos entornos húmedos, además de añadir un nuevo propósito más, de forma pionera, que es "el seguimiento del carbono" en el aspecto de darnos información acerca de cómo de bien lo han podido preservar los entornos antiguos.

Los informes originales de las sondas Viking fueron negativos para los compuestos orgánicos. ¿Cómo podrá el Curiosity encontrar alguno?. Mahaffy describió tres posibilidades.

La primera gran diferencia son las localizaciones. Marte es diverso, no uniforme. Copiosa información obtenida desde orbitadores de Marte en estos últimos años nos ha habilitado a escoger el lugar de aterrizaje con más atributos favorables, como lugares donde están expuestas arcillas y minerales con azufre, que son los óptimos a la hora de atrapar compuestos orgánicos. La movilidad también ayuda, especialmente si cuentas con los mapas de alta resolución generados desde observaciones orbitales. Los estacionarios aterrizadores Viking tan sólo podían examinar aquello que alcanzaban con sus brazos. Curiosity puede utilizar mapas geológicos de contexto como una guía en su búsqueda móvil de orgánicos además de otras pistas de entornos habitables. El laboratorio SAM puede analizar muestras del interior de las rocas, taladradas por el Curiosity, en vez de estar restringido al estudio de muestras de suelo, como lo estaban las Viking.

Segundo, SAM ha aumentado exponencialmente la sensibilidad, ya que tiene la capacidad para detectar menos de una parte por billón de un compuesto orgánico, sobre un ancho rango de moléculas y después de calentar las muestras a una temperatura más alta.

Tercero, un método de baja temperatura, utilizando disolventes orgánicos en algunas muestras del SAM, puede confirmar las hipótesis de que un compuesto reactivo recientemente descubierto en Marte podría haber enmascarado las muestras de suelo calentadas durante los test de las sondas Viking. Este proceso de baja temperatura también puede facilitar la búsqueda de clases específicas de orgánicos con conocida importancia para la vida en la Tierra. Por ejemplo, puede identificar aminoácidos, las cadenas que unen entre sí a las proteínas. Otras pistas pueden también ser hallazgos acerca de cómo los orgánicos, si es que se detectan, proceden de procesos biológicos o no, como por ejemplo los meteoritos. Ciertas ratios de isótopos del carbono en orgánicos comparados con la ratio en la atmósfera marciana pueden sugerir un origen relacionado con los meteoritos. Patrones en el número de átomos de carbono en moléculas orgánicas puede ser una pista. Investigadores buscarán mezclas orgánicas con cadenas de átomos de carbono para ver si en estas predominan por igual cadenas con un número par o impar de átomos de este elemento. Esta clase de patrón, en vez de una combinación aleatoria, puede ser típica en el ensamblaje biológico de cadenas de carbono formadas por repeticiones de subunidades.

"Incluso si vemos la firma de más cadenas pares en una mezcla de orgánicos, deberíamos de ser precavidos para hacer declaraciones definitivas acerca de la vida, pero podría indicar con certeza que nuestro lugar de aterrizaje puede ser un buen lugar al que volver", añadió finalmente Mahaffy. Una futura misión podría traer una muestra de vuelta a la Tierra para un análisis más extenso con todos los métodos disponibles.

Esquema del instrumento

El Analizador de Muestras en Marte (SAM), es el mayor de los 10 instrumentos científicos de la misión de la NASA Laboratorio Científico de Marte  y se encargará de examinar muestras de rocas marcianas, suelo y atmósfera, buscando información acerca de compuestos químicos que son importantes para la vida y otros indicadores químicos acerca de los entornos ambientales del pasado y del presente. El SAM ha sido construido por el Centro de Vuelo Espacial Goddard, de la NASA, en  Greenbelt, Md.. En realidad el instrumento incluye, a su vez, tres instrumentos de laboratorio distintos dedicados al análisis químico, además de diversos mecanismos para manipular y procesar muestras. SAM examinará gases de la atmósfera, así como gases que los hornos y los disolventes extraerán de la roca en polvo y de las muestras de suelo.

La ilustración es un esquema que nos muestra los componentes más importantes del instrumento, que tiene un tamaño de un horno microondas, y que ha sido instalado en el rover de la misión, Curiosity, en enero de 2011.

El espectrómetro de masas cuadrupolo (Quadrupole Mass Spectrometer, QMS) identifica los gases por el peso molecular y por la carga eléctrica de los gases ionizados. Buscará diversos tipos de elementos importantes para la vida, según conocemos, incluyendo carbón, nitrógeno, azufre y oxígeno, contenidos en moléculas volátiles.

El espectrómetro láser adaptable (Tunable Laser Spectrometer, TLS) utiliza la absorción de la luz en longitudes de onda específicas para medir concentraciones de compuestos químicos seleccionados, como el metano, el dióxido de carbono y el vapor de agua. Además es capaz de identificar las proporciones de diferentes isótopos en estos gases. Los isótopos son variantes del mismo elemento con diferentes pesos atómicos. Sus ratios pueden dar pistas acerca de la historia del planeta.

El cromatógrafo de gases (Gas Chromotograph, GC) separa diferentes gases de una mezcla para su identificación. Cuenta con su propio detector pero también es capaz de entregar fracciones separadas al espectrómetro cuadrupolo y al espectrómetro láser adaptable para análisis más detallados.

Los tubos de entrada de muestras sólidas (Solid Sample Inlet Tubes, SSIT) son los lugares por los que el brazo robótico introducirá las muestras procesadas que el taladro del rover obtiene de las rocas o bien de paladas del suelo. El admisor es un embudo altamente pulido que vibra para que todo el material de la muestra caiga en una copa que se encuentra en el fondo del tubo.

El sistema de manipulación de muestras (Sample Manipulation System, SMS) posee una rueda de pequeñas copas para poder mover las muestras en polvo al siguiente paso en el análisis. 59 de las 74 copas son hechas de cuarzo, capaz de ser calentado a temperaturas muy altas con el fin de extraer los gases del polvo. Otras seis son de materiales de calibración. Las otras 9 están destinadas a muestras que tendrán un tratamiento con una combinación de disolventes y calor no muy intenso en vez de altas temperaturas.

El laboratorio de separación química y procesamiento (Chemical Separation and Processing Laboratory) incluye válvulas, bombas, contenedores de gas y reguladores, así como monitores de presión, decapantes químicos, y dos hornos capaces de calentar muestras hasta casi 1.000 grados Celsius (alrededor de 1.800 grados Fahrenheit).

Los admisores atmosféricos (Atmospheric Inlets) permiten la entrada de gases de la atmósfera marciana para su posterior análisis.

La bomba de ancho rango (Wide Range Pump, WRP), que mide unos 4 centímetros de ancho, es capaz de girar a 100.000 revoluciones por minuto con el objeto de sacar los gases fuera del sistema entre análisis de muestras diferentes.

La NASA lanzará el Curiosity desde Florida entre el 25 de noviembre y el 18 de diciembre de 2011, junto con otras partes del Laboratorio Científico de Marte, para hacer que el rover se pose en la superficie marciana en agosto de 2012. Durante la misión principal trabajará un año marciano (dos años terrestres). Los científicos van a utilizar el rover en una de las más intrigantes áreas de Marte, con el objeto de estudiar si las condiciones han sido favorables para la vida microbiana así como para preservar evidencias acerca de si la vida ha existido alguna vez.


Más información:

- Página de la Misión Mars Science Laboratory (Fuente: NASA)
- Página del Jet Propulsion Laboratory (Fuente: JPL)