Molto prima che il rover Perseverance della NASA atterrasse sul pianeta rosso il 18 febbraio, uno dei suoi obiettivi di missione di più alto livello era già stabilito:cercare segni di vita antica sulla superficie marziana. Infatti, le tecniche utilizzate da uno degli strumenti scientifici a bordo del rover potrebbero avere applicazioni sulle lune di Saturno Encelado e Titano e sulla luna di Giove Europa.

"La perseveranza cercherà una lista della spesa di minerali, organici, e altri composti chimici che possono rivelare la vita microbica una volta prosperata su Marte, " disse Lutero Beegle, investigatore principale dello strumento SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman &Luminescence for Organics &Chemicals) di Mars 2020. "Ma la tecnologia alla base di SHERLOC che cercherà la vita passata nelle rocce marziane è altamente adattiva e può anche essere utilizzata per cercare microbi viventi e mattoni chimici per la vita nel ghiaccio profondo delle lune di Saturno e Giove".

Encelado, Europa, e si pensa che anche la nebulosa luna Titano nasconda vasti oceani di acqua liquida contenente composti chimici associati a processi biologici sotto i loro spessi esterni ghiacciati, ambienti molto diversi dal moderno Marte. Se in quelle acque esiste vita microbica, gli scienziati potrebbero trovarne prove anche nel ghiaccio. Ma come trovare quella prova se è bloccata in profondità nel ghiaccio?

Entra WATSON. Abbreviazione di Wireline Analysis Tool per l'osservazione del sottosuolo delle calotte glaciali settentrionali, il prototipo a tubo lungo 3,9 piedi (1,2 metri) è in fase di sviluppo presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. È stato accoppiato al trapano profondo planetario di Honeybee Robotics, e questa combinazione è stata testata con successo nel freddo estremo del ghiaccio della Groenlandia.

Una versione più piccola di WATSON potrebbe un giorno salire a bordo di una futura missione robotica per esplorare il potenziale di abitabilità di una di queste enigmatiche lune. Lo strumento avrebbe scansionato il ghiaccio alla ricerca di biofirme, molecole organiche create da processi biologici. Se dovesse individuarne qualcuno, una versione futura di WATSON, con la capacità aggiuntiva di raccogliere il ghiaccio dalla parete del pozzo, potrebbe quindi raccogliere campioni per ulteriori studi.

Utilizzando la spettroscopia Raman laser ultravioletta profonda per analizzare i materiali in cui si trovano, piuttosto che recuperare immediatamente campioni di ghiaccio e poi studiarli sulla superficie lunare, lo strumento fornirebbe agli scienziati ulteriori informazioni su questi campioni studiando dove si trovano nel contesto del loro ambiente.

"Sarebbe fantastico se prima studiassimo come apparissero questi campioni nel loro ambiente naturale prima di raccoglierli e mescolarli in un impasto liquido per i test, "ha detto Mike Malaska, un astrobiologo al JPL e scienziato capo della WATSON. "Ecco perché stiamo sviluppando questo strumento non invasivo per l'uso in ambienti ghiacciati:per dare un'occhiata in profondità nel ghiaccio e identificare gruppi di composti organici, forse anche microbi, in modo che possano essere studiati prima di analizzarli ulteriormente e perdere il loro contesto nativo o modificarne la struttura."

Sebbene WATSON utilizzi la stessa tecnica di SHERLOC di Perseverance, ci sono differenze. Per uno, SHERLOC analizzerà la roccia e i sedimenti marziani per cercare segni di vita microbica passata che possono essere raccolti e restituiti alla Terra da future missioni per uno studio più approfondito. E SHERLOC non fa buchi. Uno strumento separato lo fa.

Ma entrambi si affidano a un laser e uno spettrometro a ultravioletti profondi, e dove lo strumento per il ghiaccio WATSON ha un imager per osservare la trama e il particolato nella parete di ghiaccio, SHERLOC di Perseverance è abbinato a una fotocamera ad alta risoluzione per scattare foto ravvicinate di strutture rocciose a supporto delle sue osservazioni. Quella fotocamera condivide lo stesso nome del prototipo per l'esplorazione del ghiaccio:WATSON. In questo caso, anche se, l'acronimo sta per Wide Angle Topographic Sensor for Operations and Engineering. (Dopotutto, qualsiasi strumento con un nome ispirato al famoso detective immaginario Sherlock Holmes è destinato a ispirare riferimenti al suo partner.)

Encelado sulla Terra

Proprio come SHERLOC è stato sottoposto a numerosi test sulla Terra prima di andare su Marte, così deve WATSON prima di essere inviato al sistema solare esterno. Per vedere come potrebbe funzionare lo strumento nella crosta ghiacciata di Encelado e nelle temperature estremamente basse della luna, il team WATSON ha scelto la Groenlandia come "analogo della Terra" per i test sul campo del prototipo durante una campagna 2019.

Gli analoghi della Terra condividono caratteristiche simili con altre località del nostro sistema solare. Nel caso della Groenlandia, l'ambiente vicino al centro della calotta glaciale dell'isola e lontano dalla costa si avvicina alla superficie di Encelado dove i materiali oceanici eruttano dalle prolifiche bocche della piccola luna e piovono. Il ghiaccio frantumato ai margini dei ghiacciai della Groenlandia vicino alla costa, nel frattempo, può servire da analogo per la crosta ghiacciata profonda e deformata di Europa.

Durante la campagna per esplorare un pozzo esistente vicino a Summit Station, una stazione di osservazione remota ad alta quota in Groenlandia, lo strumento è stato messo alla prova. Mentre scendeva per più di 330 piedi (100 metri), WATSON ha usato il suo laser UV per illuminare le pareti del ghiaccio, facendo risplendere alcune molecole. Lo spettrometro ha quindi misurato il loro debole bagliore per fornire al team informazioni sulla loro struttura e composizione.

Anche se trovare firme biologiche nel ghiaccio della Groenlandia non è stata una sorpresa:i test erano sulla Terra, dopotutto, la mappatura della loro distribuzione lungo le pareti del pozzo profondo ha sollevato nuove domande su come queste caratteristiche siano arrivate dove si trovano. Il team ha scoperto che i microbi nelle profondità del ghiaccio tendono a raggrupparsi in grumi, non in strati come originariamente previsto.

"Abbiamo creato mappe mentre WATSON scansionava i lati del pozzo trivellato e gli hotspot raggruppati di blu, verdi e rossi, tutti rappresentanti diversi tipi di materiale organico, " ha detto Malaska. "E ciò che è stato interessante per me è stato che la distribuzione di questi punti caldi era praticamente la stessa ovunque guardassimo:non importa se la mappa è stata creata a 10 o 100 metri [33 o 330 piedi] di profondità, questi piccoli blob compatti erano lì."

Misurando le firme spettrali di questi hotspot, il team ha identificato i colori coerenti con gli idrocarburi aromatici (alcuni che possono provenire dall'inquinamento atmosferico), lignine (composti che aiutano a costruire pareti cellulari nelle piante), e altri materiali prodotti biologicamente (come acidi organici complessi che si trovano anche nel suolo). Inoltre, lo strumento registrava segni simili al bagliore prodotto da ammassi di microbi.

Ci sono più test da fare, idealmente, in altri analoghi della Terra che approssimano le condizioni di altre lune ghiacciate, ma il team è stato incoraggiato dalla sensibilità di WATSON a una così ampia varietà di biofirme. Questa elevata sensibilità sarebbe utile nelle missioni nei mondi oceanici, dove la distribuzione e la densità di eventuali biofirme sono sconosciute, disse Rohit Bhartia, investigatore principale per WATSON e vice investigatore principale per SHERLOC, di Photon Systems a Covina, California. "Se dovessimo raccogliere un campione casuale, è probabile che ci manchi qualcosa di molto interessante, ma attraverso i nostri primi test sul campo, siamo in grado di comprendere meglio la distribuzione di sostanze organiche e microbi nel ghiaccio terrestre che potrebbe aiutarci a perforare la crosta di Encelado".

I risultati del test sul campo sono stati pubblicati sulla rivista Astrobiologia nell'autunno 2020 e presentato all'American Geophysical Union Fall Meeting 2020 l'11 dicembre.