Jakten på organiska molekyler på Mars

Sandra SiljeströmSP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

En förutsättning för liv

• Vatten

• Energikälla

• Vissa kemiska grundämnen: C, N, P, O, S

• Organiska molekyler -som vi känner livet idag!

Organiskt material på Mars

2.43*108 g reducerat kol t.ex. organiska molekyler anländer till Mars varje år. Även vid formadet av Mars borde tillkommit kol i olika former.

Utforskningen av Mars

NASA• Marnier 4 and 9 • Kretsare: Mars Reconnaissance orbiter, Mars Odyssey, MAVEN (september

2014 )• Landare och strövare: Viking, Pathfinder, MER rovers, Phoenix and

Curiosity.

ESA• MarsExpress-En kretsare.• ExoMars- Strövare som ska skickas iväg 2018.

RysslandMars and Phobos

• Många rymdsonder till Mars har misslyckats.

Viking

NASA marssond 1975

• Kretsare och 2 landare

• Mål: Leta efter liv

• 4 kemiska och

biologiska experiment

Källor: NASA

Viking py-GC-MS

Att göra våtkemi på Mars är svårt, pga. lågt tryckt osv. Därför pyroliserarman proverna.

Masspektrometer

Gaskromatograf

Ugn

Viking-GC-MS-resultat

• Väldigt små mängder organiskt material hittades, inte signifikant. Mest CO2.

• Klorinerade kolväten Kontamination från rengörning.

Inget liv på Mars.

Vad är allt organiska material som borde finnas på Mars?

Förstörs av:

• UV strålning

• Kosmisk strålning

• Väteperioxid (starkt oxiderande)

• Oxiderande ämnen (perklorat ClO4) hittade av Phoenix av på Mars yta.

Organiska molekyler förstörs vid oxidation och bildar CO2.

Ny diskussion om Vikingresult

+Organiskamolekyler(Mars eller Jorden?)Perklorat

+ CO2Pyrolysugn 600˚C

Curiosity

Självporträtt Källa: NASA

Ny strövare från NASA

• 2012-2014

• Storlek = Minicooper(största).

• Innehåller 10 olika vetenskapliga instrument .

• Landat på en geologisk intressant plats med många sedimentära lager (där organiska molekyler kan bevaras).

Sample analysis on Mars (SAM)

Masspektrometer

Gaskromatograf

Ugn

Evolved gas analyis (EGA)

• Py-GC-MS• EGA• Sex olika GC-

kolonner• Derivatisering

Derivatisering

Källa: Arnaud Buch

Skyddar molekyler under pyrolys och gör att de går lättare genom kolonen.

Curiosity-Första resultatFörsta resultat efter första årets mätningar från ytan och under ytan.

• Identiferat en sjö med neutralt pH.

• Identifierat C, S, N, O, P och potentiella mikrobiella energikällor.

• Perklorat har detekterats-finns över hela Mars yta?

• Klorinerade kolväten.

Borrhål på Mars

Källa: NASA

MTBSTFA

• N,N-methyl-tert.-butyl-dimethylsilyltrifluoroacetamide (MTBSTFA)

Används för derivatiseringoch finns i vissa Curiosity-ugnar.

En eller flera av dessa ugnar har gått sönder.

Nu finns detta med i varje mätning som bakgrundssignal.

Framtiden för Curiosity

Har gått två år sedan landning men har just förlängd arbetstid..

Nya mätningar planerade, nya platser (mer sedimentära lager med bättre organiska preservation) och nya upptäckter.

Vissa nya preliminära mätningar indikerar att inte allt detekterat organisk material kan förklaras med MTBSTFA eller annan kontamination från jorden. Från Mars?

Marsmeteoriter

120 marsmeteoriter har hittats i främst Sahara and Antarktis.

Källa: NASA

Tissint

Organiskt material i marsmeteoriter

Det finns organiskt material i marsmeteoriter.

Är detta kontamination från jordern.

Kol14mätningar indikerar att en del av materialet är kontamiation.

Men det finns en organiskt komponent som inte frigörs förrän T>700˚C.

Källa: Jull 1991, Geochimica et Cosmochimica ActaJull 1998, ScienceWright 1992, Geochimica Cosmochimica Acta.

Var är denna hög-T kompnent?

DAG476- Olivine and pyroxene(magmatic minerals). Olivine in DAG476

Raman spektroskopi av magmatiskt kol i DAG476

Px

Sp

MMC

A B C

D E F

Amorft makromokulärt kol under ytan på olivin i association med vissa andra magmatiska mineralfaser. Hittades i 11 olika marsmeteoriter.

DAG476

A. Mikroskopi av spinelB. OlivinC. PyroxenD. SpinelE. MMC

Källa: Steele et al. 2012 Science.

Tissint

I 2011 föll Tissint. Få marsmeteoriter är fall som anses merpristina än fynd.

Raman av Tissint

A. Mikroskopi B. Glass C. Magnetite D. Fosfat E. Pyroxen F. Sulfid G. MMC.Skala är 3 µm.

Steele A., McCubbin, F. M., Benning L.G.., Siljeström S, Cody G., Goreva, Y., Hauri, E. H., Wang, J., Kilcoyne, A.L.D.,Grady M., Smith C., Freissinet C., Glavin, D. P., Burton, A. S., Fries, M. D., Blanco J.D.R., Glamoclija M., Rogers, K.L., Mikhail, S., Dworkin, J., Organic Carbon Inventory of the Tissintmeteorite. 44th Lunar and Planetary Science Conference, The Woodlands, USA, March 18-22, 2013.

ToF-SIMS of Tissint

After roughly 0.6 µm sputtering with Ar. In these maps red is always AlO2B) green – S- (m/z 31.97),blue – PO2- (m/z 62.97), C) green – S-, blue – SO2- (m/z 63.96), D) green – SO2-, blue –CN- (m/z 26.00), E) green – SO2-, blue – CNO- (m/z 42.00). F) green SO2-, blue –COOH- (m/z 45.00).

Steele A., McCubbin, F. M., Benning L.G., Siljeström S, Cody G., Goreva, Y., Hauri, E. H., Wang, J., Kilcoyne, A.L.D.,Grady M., Smith C., Freissinet C., Glavin, D. P., Burton, A. S., Fries, M. D., Blanco J.D.R., Glamoclija M., Rogers, K.L., Mikhail, S., Dworkin, J., Organic Carbon Inventory of the Tissint meteorite. 44th

Detection of nitrogen-containing species?

This data is also supported by NanoSIMS and STXM.

ExoMars

ESA rymdsond

2016: ExoMars Trace Gas

Orbiter.

2018: ExoMars strövare (218

sols).

MOMA-Mars Organic MoleculeAnalyzer

Källa: MOMA team

Kombinerar pyrolys GC-MS och laser desorption.

Laser desorption

+ d

ete

cto

r

Som pyrolys men istället för ugn som har man laser för att förånga molekylerna som leds i en masspektometer. Mindre känslig för perklorater?

ExoMarsTest på Svalbard

Analoger till Mars

A. ColletthØgda(karbonater, evaporiter)

B. Botnia halvØya(Vädrad basalt med lera.)

Test på Svalbard

Test av pyr GC-MSoch derivatisering

Test på Svalbard

Jämförelse mellan MOMA prototyp (grå) och kommersiellt instrument (svart)

A. Prov från CollethØgda

B. Prov från BotniahalvØya.

Test på Svalbard

A. Blank

B. CollethØgda

C. BotniahalvØya

Resultat visar att BotniahalvØyainnehåller spår av nyligt avlidet liv i form av aminosyror, socker och fettsyror.

Framtiden

• ExoMars med MOMA skickas 2018

• Mars 2020-Ny Nasaströvare baserat på Curiosity

• Mars sample return?

• Nya marsmeteoriter hittas kontinuerligt och nya avancerade tekniker.

Mars sample return