Curiosity ha rilevato nuove molecole organiche nelle sabbie marziane

19 gennaio 2016, Curiosity si fotografa vicino alle sabbie nere del Bagnold Dunes field. Credit: NASA

Acido benzoico, ammoniaca, acido fosforico e diversi composti organici azotati sono stati rilevati per la prima volta sulla superficie marziana grazie allo strumento Sample Analysis at Mars (SAM) del rover NASA Curiosity, operativo sul pianeta rosso dall’agosto 2012.

Nel 2017 il braccio robotico multiuso di Curiosity raccolse un campione di sabbia scura nella zona delle Bagnold Dunes, un’estesa zona sabbiosa di 35 km di lunghezza e circa 2 di larghezza all’interno del cratere Gale. Il campione venne setacciato alla finezza di 150 μm, separato in diverse parti e quindi analizzato, utilizzando per la prima volta una procedura diversa dal solito.

29 marzo 2017 (sol 1651). A sinistra il campione appena raccolto dal braccio robotico, a destra il pallino rosso indica il punto preciso del campionamento. Credit: NASA

L’obiettivo primario di Curiosity, e del suo gemello Perseverance che lo ha raggiunto lo scorso 18 febbraio, è la ricerca di tracce di una passata presenza di vita sul pianeta, principalmente sotto forma di biomarcatori, composti organici la cui origine è legata a fenomeni biologici.
Uno degli strumenti in dotazione dedicati a queste analisi è SAM, una suite costituita da uno spettrometro di massa, un gascromatografo e uno spettrometro laser.
In questi anni di campionamenti il rover ha rilevato molte molecole organiche, tra cui vari idrocarburi e composti contenenti zolfo, azoto e cloro. Purtroppo però, a causa delle alte temperature del processo, che possono raggiungere anche i 1.000 °C, è noto che molte sostanze complesse vengono distrutte prima di poter essere analizzate, originando molecole più semplici e perdendo quindi la possibilità di essere individuate.

Derivatizzazione

In gascromatografia, per ovviare al problema della distruzione delle molecole complesse, viene comunemente utilizzata la tecnica della “derivatizzazione”. Il processo consiste nel far reagire chimicamente il campione con diverse sostanze per creare nuove molecole derivate con caratteristiche chimico fisiche volutamente differenti e più favorevoli alle analisi che si vogliono effettuare.
Nel caso di Curiosity, per rendere più volatili i composti, viene utilizzata una miscela di MTBSTFA e DMF (N-methyl-N-[tert-butyldimethylsilyl] trifluoroacetamide e dimetilformammide) in proporzioni 4:1, che agisce sui gruppi funzionali contenenti ossigeno, azoto e zolfo.
Questa miscela è contenuta in solo 7 delle 74 fiale del caricatore rotante dello strumento SAM in cui vengono riversati i campioni, quindi solo i campioni ritenuti più promettenti vengono sottoposti a questo pretrattamento.

A sinistra lo strumento SAM prima dell’installazione su Curiosity, in alto si nota l’involucro del caricatore rotante, GC indica il gascromatografo e MS lo spettrometro di massa. A destra le 74 fiale del caricatore, di cui 61 (in quarzo) sono vuote, 7 (in primo piano in acciaio) contengono la miscela MTBSTFA e DMF e 6 (a destra in acciaio) sono di calibrazione. Credit: NASA

I risultati

Un gruppo di ricerca guidato da Maëva Millan, della Georgetown University di Washington DC, ha studiato i risultati delle analisi condotte sul campione di sabbia, scoprendo per la prima volta sulla superficie di Marte acido benzoico, ammoniaca, acido fosforico, oltre che una serie di composti organici azotati e diverse altre molecole organiche che non sono ancora state identificate. Infatti per l’identificazione esatta dei composti è stato necessario confrontare i risultati del gascromatografo e dello spettrometro di massa con quelli di centinaia di migliaia di composti noti presenti negli archivi del National Institute of Standards and Technology (NIST).
Lo studio, pubblicato a inizio novembre sulla rivista Nature, chiarisce che nessun derivato di amminoacidi, i cosiddetti mattoni della vita in quanto sono alla base della formazione delle proteine, è stato rilevato.

L’acido benzoico rilevato è un precursore del clorobenzene, un composto aromatico già rilevato dalle sonde Viking 1 e 2 nel 1976 e dallo stesso Curiosity nel 2015, la cui origine potrebbe essere legata all’ossidazione di materia meteorica. Lo studio riporta l’esempio del toluene che, tramite successive ossidazioni prima in alcol benzilico poi in benzaldeide, si trasforma infine in acido benzoico.
Pur non essendo un biomarcatore diretto, l’acido benzoico è comunque un indizio della presunta vita passata su Marte. Sulla Terra per esempio è presente in alcune piante, bacche, frutti maturi, resine e animali.

Ben 12 composti azotati sono stati rilevati dall’esperimento, tra cui ammoniaca, acido cianidrico, isocianometano, acetonitrile e altri compositi nitrilici. Tutti questi composti, considerando anche la loro abbondanza, sono considerati prodotti della degradazione di molecole molto più complesse, forse simili a quelle già rilevate nei meteoriti marziani trovati sulla Terra.
La rilevazione dell’acido fosforico va invece a confermare quanto già scoperto da altri strumenti a bordo di Curiosity che in passato hanno rivelato composti contenenti fosforo, tra cui la fluorapatite, il pentossido di fosforo e fosfiti. In passato la presenza di fosforo era considerata un sicuro biomarcatore, ma le recenti scoperte hanno dimostrato che può avere anche origine meteorica.

Oltre a questi composti, i dati hanno mostrato la presenza di ben 24 altre grandi molecole, che ancora non sono state identificate perché il loro spettro di massa, l’identificazione degli ioni che compongono la molecola, ha molteplici corrispondenze negli archivi del NIST o all’opposto nessuna.

Una rappresentazione artistica del rover Rosalind Franklin. Credit: ESA

Questo primo esperimento di derivatizzazione su Marte ha aperto la via a future e più precise analisi dei campioni, soprattutto per quanto riguarda il riconoscimento di tutti i sottoprodotti dei reagenti utilizzati ed eventuali residui di analisi precedenti. I risultati sono inoltre molto importanti per il rover europeo Rosalind Franklin, che verrà lanciato verso la superficie marziana nel settembre 2022. Infatti a bordo del rover ci sarà lo strumento Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA) che, grazie a un’analisi meno distruttiva, sarà in grado di rilevare un numero maggiore di molecole organiche. La realizzazione di MOMA è il frutto delle esperienze accumulate dai due lander Viking, da Curiosity e dal piccolo lander cometario europeo Philae.

Fonte: Nature Astronomy

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Simone Montrasio

Appassionato di astronautica fin da bambino, gli studi e il lavoro mi hanno tenuto occupato nel settore chimico industriale fino al 2011 quando ho deciso di cambiare completamente vita e dedicarmi alla campagna. Collaboro felicemente con AstronautiNEWS dalla sua fondazione con una pausa sabbatica tra il 2011 e il 2013.