La tan esperada misión que podría transformar nuestra comprensión de Marte

El 17 de marzo de 2022 fue un día difícil para Jorge Vago. Vago, físico planetario, dirige la ciencia de parte del programa ExoMars de la Agencia Espacial Europea. Su equipo estaba a solo unos meses del lanzamiento del primer rover de Europa en Marte, un objetivo en el que habían estado trabajando durante casi dos décadas. Pero ese día, la ESA suspendió los lazos con la agencia espacial rusa por la invasión de Ucrania. El lanzamiento había sido planeado para el cosmódromo de Baikonur en Kazajstán, que está alquilado a Rusia.

“Nos dijeron que teníamos que cancelar todo”, dice Vago. “Todos estábamos de duelo”.

Fue un revés doloroso para el asediado rover Rosalind Franklin, aprobado originalmente en 2005. Los problemas de presupuesto, los cambios de socios, los problemas técnicos y la pandemia de COVID-19, a su vez, habían causado retrasos anteriores. Y ahora, una guerra. “He pasado la mayor parte de mi carrera tratando de hacer que esto despegue”, dice Vago. Para complicar aún más las cosas, la misión incluía un módulo de aterrizaje e instrumentos de fabricación rusa, que los estados miembros de la ESA necesitarían fondos para reemplazar. Consideraron muchas opciones, incluida simplemente poner el rover sin usar en un museo. Pero luego, en noviembre, llegó un salvavidas, cuando los ministros de investigación europeos prometieron 360 millones de euros para cubrir los gastos de la misión, incluida la sustitución de componentes rusos.

Cuando el rover finalmente despegue, con suerte, en 2028, llevará un conjunto de instrumentos avanzados, pero uno en particular podría tener un gran impacto científico. Diseñado para analizar cualquier material que contenga carbono que se encuentre debajo de la superficie de Marte, el espectrómetro de masas de próxima generación del rover es el eje de una estrategia para finalmente responder la pregunta más candente sobre el Planeta Rojo: ¿Hay evidencia de vida pasada o presente?

«Hay muchas formas diferentes de buscar vida», dice el químico analítico Marshall Seaton, becario del programa postdoctoral de la NASA en el Jet Propulsion Laboratory y coautor de un artículo sobre análisis planetario en la Revisión anual de química analítica. Quizás la ruta más obvia y directa sea simplemente buscar microbios fosilizados. Pero la química sin vida puede crear estructuras engañosamente realistas. En cambio, el espectrómetro de masas ayudará a los científicos a buscar patrones moleculares que es poco probable que se formen en ausencia de biología viva.

La búsqueda de patrones de vida, en lugar de estructuras o moléculas específicas, tiene un beneficio adicional en un entorno extraterrestre, dice Seaton. “Nos permite no solo buscar la vida como la conocemos, sino también la vida como no la conocemos”.

Embalaje para Marte

En el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en las afueras de Washington, DC, el científico planetario William Brinckerhoff muestra un prototipo del espectrómetro de masas del rover, conocido como Mars Organic Molecule Analyzer, o MOMA. Aproximadamente del tamaño de una maleta de mano, el instrumento es un laberinto de cables y metal. “Es realmente un caballo de batalla”, dice Brinkerhoff mientras su colega, el científico planetario Xiang Li, ajusta los tornillos del prototipo antes de demostrar un carrusel que contiene muestras.

Este prototipo de trabajo se utiliza para analizar moléculas orgánicas en suelos similares a los de Marte en la Tierra. Y una vez que el MOMA real llegue a Marte, aproximadamente en 2030, Brinckerhoff y sus colegas usarán el prototipo, así como una copia prístina guardada en un entorno similar a Marte en la NASA, para probar ajustes a protocolos experimentales, solucionar problemas que surjan. durante la misión y facilitar la interpretación de los datos de Marte.

Este último espectrómetro de masas puede rastrear sus raíces hace casi 50 años, hasta la primera misión que estudió el suelo marciano. Para los módulos de aterrizaje gemelos Viking de 1976, los ingenieros miniaturizaron espectrómetros de masas del tamaño de una habitación para que tuvieran aproximadamente el tamaño de las impresoras de escritorio actuales. Los instrumentos también estaban a bordo del módulo de aterrizaje Phoenix de 2008, el rover Curiosity de 2012 y los orbitadores posteriores de Marte de China, India y EE. UU.

Cualquiera que visite el prototipo de Brinckerhoff primero debe pasar por una vitrina con una copia desmantelada del instrumento Viking prestado por la Institución Smithsonian. “Esto es como un tesoro nacional”, dice Brinckerhoff, señalando con entusiasmo los componentes.

Los espectrómetros de masas son herramientas indispensables que se utilizan para la química analítica en laboratorios y otras instalaciones en todo el mundo. Los agentes de la TSA los usan para probar el equipaje en busca de explosivos en el aeropuerto. Los científicos de la EPA los utilizan para analizar el agua potable en busca de contaminantes. Y los fabricantes de medicamentos los utilizan para determinar las estructuras químicas de posibles nuevos medicamentos.

Existen muchos tipos de espectrómetros de masas, pero cada uno “es un instrumento de tres partes”, explica Devin Swiner, químico analítico de la compañía farmacéutica Merck. Primero, el instrumento vaporiza moléculas en la fase gaseosa y también les da una carga eléctrica. Estas moléculas de gas cargadas o ionizadas se pueden manipular con campos eléctricos o magnéticos para que se muevan a través del instrumento.

En segundo lugar, el instrumento clasifica los iones según una medida que los científicos pueden relacionar con el peso molecular, para que puedan determinar la cantidad y el tipo de átomos que contiene una molécula. En tercer lugar, el instrumento registra todos los «pesos» de una muestra junto con su abundancia relativa.

Con MOMA a bordo, el rover Rosalind Franklin aterrizará en un sitio marciano que hace aproximadamente 4 mil millones de años probablemente tenía agua, un ingrediente crucial para la vida antigua. Las cámaras del rover y otros instrumentos ayudarán a seleccionar muestras y proporcionar contexto sobre su entorno. Un taladro recuperará muestras antiguas de una profundidad de hasta dos metros. Los científicos plantean la hipótesis de que es lo suficientemente lejos, dice Vago, para protegerse de la radiación cósmica en Marte que rompe las moléculas «como un millón de pequeños cuchillos».

Los espectrómetros de masas destinados al espacio deben ser resistentes y ligeros. Un espectrómetro de masas con las capacidades del MOMA normalmente ocuparía varios bancos de trabajo, pero se ha reducido sustancialmente. “Poder tomar algo que puede ser tan grande como una habitación del tamaño de una tostadora o una maleta pequeña y enviarlo al espacio es algo muy importante”, dice Swiner.