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Nature Band 619, Seiten 724–732 (2023)Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Das Vorhandensein und die Verteilung konservierter organischer Materie auf der Marsoberfläche können wichtige Informationen über den Kohlenstoffkreislauf des Mars und das Potenzial des Planeten, im Laufe seiner Geschichte Leben zu beherbergen, liefern. Mehrere Arten organischer Moleküle wurden bereits in Marsmeteoriten1 und im Gale-Krater auf dem Mars2,3,4 nachgewiesen. Die Bewertung der Vielfalt und Nachweisbarkeit organischer Materie anderswo auf dem Mars ist wichtig, um das Ausmaß und die Vielfalt der Prozesse auf der Marsoberfläche und die potenzielle Verfügbarkeit von Kohlenstoffquellen zu verstehen1,5,6. Hier berichten wir über den Nachweis von Raman- und Fluoreszenzspektren, die mit mehreren Arten aromatischer organischer Moleküle in den Máaz- und Séítah-Formationen innerhalb der Kraterbodensequenzen des Jezero-Kraters auf dem Mars übereinstimmen. Wir berichten über spezifische Fluoreszenz-Mineral-Assoziationen, die damit übereinstimmen, dass viele Klassen organischer Moleküle in unterschiedlichen räumlichen Mustern innerhalb dieser in ihrer Zusammensetzung unterschiedlichen Formationen vorkommen, was möglicherweise auf unterschiedliche Schicksale von Kohlenstoff in verschiedenen Umgebungen hinweist. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass auf der Marsoberfläche möglicherweise eine Vielfalt aromatischer Moleküle vorherrscht, und dass diese Materialien auch dann bestehen bleiben, wenn sie den Oberflächenbedingungen ausgesetzt sind. Diese potenziellen organischen Moleküle kommen größtenteils in Mineralien vor, die mit wässrigen Prozessen in Verbindung stehen, was darauf hindeutet, dass diese Prozesse möglicherweise eine Schlüsselrolle bei der organischen Synthese, dem Transport oder der Konservierung gespielt haben.

Aus Meteoriten- und Missionsstudien gibt es mehrere Ursprungshypothesen für das Vorhandensein organischer Materie auf dem Mars. Dazu gehören die In-situ-Bildung durch Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen5 oder die elektrochemische Reduktion von CO2 (Lit. 6) oder die Ablagerung aus exogenen Quellen wie interplanetarem Staub und Meteoriteneinschlag1, obwohl ein biotischer Ursprung nicht ausgeschlossen wurde. Das Verständnis des feinskaligen räumlichen Zusammenhangs zwischen Mineralien, Texturen und organischen Verbindungen war entscheidend für die Erklärung der potenziellen organischen Kohlenstoffvorkommen auf dem Mars. Das Instrument „Scanning Habitable Environments with Raman and Lumineszenz for Organics and Chemicals“ (SHERLOC) ist ein Werkzeug, das dies auf der Marsoberfläche ermöglicht.

Der Perseverance-Rover wurde für die In-situ-Wissenschaft konzipiert und bietet die Möglichkeit, eine Reihe von Proben für die eventuelle Rückkehr zur Erde7 zu sammeln. Der Landeplatz des Rovers im Jezero-Krater vereint ein hohes Potenzial für frühere Bewohnbarkeit als Standort eines alten Seebeckens8 mit verschiedenen Mineralien, darunter Karbonate, Tone und Sulfate9, die organische Materialien und potenzielle Biosignaturen bewahren können10. Der Kraterboden Jezero umfasst drei Formationen (fm)11; Zwei davon, Máaz und Séítah, wurden im Rahmen der ersten Kampagne der Mission erkundet. Máaz, das zuvor als zerklüftete Kraterboden-Roheinheit kartiert wurde, weist zahlreiche Krater auf und weist eine weitgehend mafische Zusammensetzung auf; Bisherige Rover-Beobachtungen weisen auf eine Zusammensetzung hin, die reich an Pyroxen und Plagioklas ist12. Séítah, das zuvor als um eine Einheit gebrochener Kraterboden kartiert wurde, liegt darunter und ist daher vermutlich älter als Máaz und enthält Gesteine, die ein ultramafisches, olivinhaltiges Kumulat darstellen13. SHERLOC hat drei natürliche (wie gefundene) Felsoberflächen in Máaz und sieben frisch abgeschliffene Oberflächen in Máaz und Séítah beobachtet (Abb. 1 und erweiterte Daten Abb. 1 und 2). Beim Abschleifen wird die äußere Schicht des Gesteins, die verwittert und mit Marsstaub bedeckt ist, entfernt. Dabei wird mit einem Schleifbohrer am Bohrer ein zylindrisches Loch mit 45 mm Durchmesser und einer Tiefe von 8–10 mm erzeugt. Das Gerät zur gasförmigen Staubentfernung entfernt dann verbleibende Feinpartikel mit Stickstoffgas14, um eine flache, staubfreie Oberfläche für die Analyse freizulegen. Vier Abriebziele sind mit Gesteinskernen verbunden, die im Rahmen der Mars-Probenrückgabekampagne zur Erde zurückgebracht werden könnten.

a, High Resolution Imaging ScienceExperiment (HiRISE)-Bild der untersuchten Region, wobei die Traverse des Rovers weiß markiert ist, die Grenze zwischen Séítah und Máaz durch die hellblaue Linie abgegrenzt ist und jedes Felsziel beschriftet ist. Maßstabsleiste, 100 m. b, Durchschnittliche Anzahl der Fluoreszenzerkennungen (von 1.296 Punkten) aus Vermessungsscans für jedes von SHERLOC abgefragte Ziel, geordnet in der Reihenfolge der Beobachtung. *Die Aufnahmebedingungen waren bei staubbedeckten natürlichen Zielen anders als bei relativ staubfreien, abgenutzten Zielen, was möglicherweise zu geringeren Erkennungsraten führte. c: WATSON-Bilder von natürlichen (rotes Kästchen) und abgenutzten Zielen (Máaz ist das blaue Kästchen, Séítah ist das grüne Kästchen), die in dieser Studie analysiert wurden, wobei die Fußabdrücke des SHERLOC-Vermessungsscans weiß umrandet sind. In Guillaumes, Dourbes und Quartier wurden zwei Vermessungsscans durchgeführt. Die Sol 141-Bildgebung auf Foux wies eine unvollständige Überlappung der WATSON-Bildgebung und der SHERLOC-Spektroskopiekartierung auf. Maßstabsbalken, 5 mm.

Das SHERLOC-Instrument ist ein Raman- und Fluoreszenzspektrometer im tiefen Ultraviolett (DUV), das entwickelt wurde, um die Verteilung organischer Moleküle und Mineralien auf Gesteinsoberflächen mit einer Auflösung von 100 μm abzubilden (Lit. 15). Dieser Ansatz ermöglicht die spektrale Trennung der schwachen Raman-Streuung von der stärkeren Fluoreszenzemission, die Wirkungsquerschnitte haben kann, die 105–108-mal größer als Raman15 sind, was die gleichzeitige Messung beider Signale ermöglicht. SHERLOC kann Raman-Streuung von etwa 700 bis 4.000 cm−1 und Fluoreszenzphotonen von 253 bis 355 nm erkennen (ausführlichere Beschreibungen finden Sie unter Methoden). SHERLOC umfasst einen Autofokus-Kontext-Imager (ACI), der zusammen mit dem Spektrometer räumlich hochaufgelöste Graustufenbilder (ungefähr 10,1 μm pro Pixel) sammelt und Spektralkarten in den Kontext von Textur und Korngrößen einordnet. Der Wide-Angle Topographic Sensor for Operations and Engineering (WATSON) Imager bietet Farbbilder und einen breiteren räumlichen Kontext. In Kombination ermöglichen diese räumliche Assoziationen zwischen organischen Stoffen und Mineralien, um Bildungs-, Ablagerungs- und Konservierungsmechanismen zu bewerten. SHERLOC hat zuvor Fluoreszenzsignaturen beobachtet, die mit kleinen aromatischen Verbindungen in drei Zielen auf dem Kraterboden übereinstimmen16, die mit früheren Erkenntnissen auf dem Mars und in Marsmeteoriten übereinstimmen.

Auf allen zehn von SHERLOC beobachteten Zielen im Jezero-Kraterboden wurden Fluoreszenzsignale nachgewiesen. Sie lassen sich in vier Hauptmerkmalsgruppen zusammenfassen (Abb. 2). Gruppe 1 ist ein Dublett bei etwa 303 und 325 nm; Gruppe 2 ist eine einzelne breite Bande bei etwa 335–350 nm; Gruppe 3 ist eine einzelne breite Bande zwischen etwa 270 und 295 nm und Gruppe 4 ist ein Bandenpaar mit der Mitte bei etwa 290 und 330 nm. Die Scanparameter sind in der erweiterten Datentabelle 1 angegeben. Ein Kolmogorov-Smirnov-Test mit zwei Stichproben wurde an den beobachteten Fluoreszenzmaxima für jede Gruppe durchgeführt, um zu bestimmen, ob sie sich statistisch voneinander unterschieden, und es wurde festgestellt, dass die Gruppen 1–3 Nullwahrscheinlichkeiten hatten ( Wahrscheinlichkeit, dass zwei Gruppen Stichproben derselben Verteilung sind) von weniger als 10–40. Gruppe 4 war für eine statistische Auswertung zu klein, gilt aber als qualitativ anders als die anderen.

a, Histogramme des λmax (gemessen aus Rohdaten) von vier Fluoreszenzmerkmalen, die in Vermessungsscans in natürlichen Zielen in Máaz (oben, n = 84), abgenutzten Zielen in Séítah (unten, n = 82) und abgeriebenen Zielen in beobachtet wurden Máaz (Mitte, n = 1070). Abschnitte von 1 nm zeigen Variationen in den Bandmitten, die Y-Achsen sind auf jeden Datensatz skaliert. b: Gefilterte mittlere Spektren von jedem Ziel, das jede Fluoreszenzmerkmalskategorie repräsentiert, zeigen charakteristische Bandenpositionen, normalisierte relative Intensitäten und kolokalisierte Merkmale zwischen Zielen. Der Bereich des SHERLOC CCD beträgt 250–354 nm. Der Anstieg der Basislinie unter 270 nm ist ein durch den Filter verursachter Grenzartefakt und nicht repräsentativ für die Probendaten45.

Die vier Fluoreszenzmerkmalskategorien, die in den zehn hier vorgestellten Zielen beobachtet wurden, stimmen alle mit der Emission im Spektralbereich überein, der von Einzelringaromaten und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen gezeigt wird15,17 (Erweiterte Datentabelle 2 und Erweiterte Daten Abb. 3). Die Anzahl der Ringe in aromatischen Verbindungen kann anhand des berichteten Trends der Emissionsspektren unter DUV-Anregung18 geschätzt werden, bei dem eine zunehmende Emissionswellenlänge positiv mit der Anzahl aromatischer Ringe korreliert; Dies wurde verwendet, um die vier in dieser Studie verwendeten Fluoreszenzmerkmalskategorien zu definieren (erweiterte Datentabelle 3). Allerdings muss auch das Potenzial für nichtorganische Lumineszenz19 für jede Gruppe berücksichtigt werden und wird hier diskutiert.

Zwei Ziele, Bellegarde und Quartier, zeigten das charakteristische Fluoreszenzmerkmal der Gruppe 1 (Abb. 3). Diese Peaks erscheinen zusammen mit konstanten relativen Positionen und Intensitäten, was wahrscheinlich auf einen einzelnen Emitter hinweist. Das Bellegarde-Ziel, das sich auf dem Rochette-Felsen im Máaz-Gebiet befindet, lieferte Nachweise von weißen Kristallen, bei denen es sich basierend auf SHERLOC- und PIXL-Beobachtungen wahrscheinlich um hydratisiertes Ca-Sulfat handelt16; Das Fluoreszenz-Dublett-Merkmal war mit diesen Bereichen verbunden (Abb. 3a, c). Das Quartier-Ziel, das sich auf dem Issole-Felsen im Séítah-Gebiet befindet, enthielt ebenfalls weiße Kristalle, die Raman-Peaks bei 1.010–1.020 cm−1 und ein breites Band bei etwa 3.500 cm−1 zeigten, deren Intensitäten positiv korrelierten (Abb. 3b, d). ). Manchmal waren auch kleinere Spitzen bei etwa 1.140 und 1.215–1.225 cm−1 vorhanden. Diese Peaks stehen im Einklang mit einer Mischung von Sulfaten20, die möglicherweise sowohl Ca- als auch Mg-Sulfat in unterschiedlichen Hydratationszuständen umfassen. PIXL stellte fest, dass zwei verschiedene Sulfatmineralien vorhanden waren, nämlich Mg-reiches Sulfat (66 Gew.-% SO3, 27 Gew.-% MgO, 3 Gew.-% CaO, 4 Gew.-% FeO) und CaMg-Sulfat (61 Gew.-% SO3, 18 Gew.-% MgO, 19 Gew.-% CaO, 2 Gew.-% FeO). An einer Stelle innerhalb des hydratisierten Sulfatkristalls, an der auch Dublettfluoreszenz vorhanden war, wurde ein Raman-Peak bei etwa 1.649 cm-1 festgestellt. Dieser Peak wurde von einem kleinen Peak bei etwa 1.050 cm−1 und einem breiteren Merkmal begleitet, das mehrere Peaks zwischen 1.330 und 1.410 cm−1 zu enthalten schien (Abb. 3d). Elf Sole später zeigten mehrere hochauflösende Scans, die anschließend auf demselben Gebiet des Quartiers durchgeführt wurden, einen nahezu identischen Peak von etwa 1.649 cm−1 an drei Punkten innerhalb der hydratisierten Sulfatkristalle. In jedem Fall wurde die charakteristische Dublett-Fluoreszenz sowie ein breiteres Merkmal bei 1.330–1.410 cm−1 nachgewiesen.

a, Koloriertes ACI-Bild einer Region, in der ein Vermessungsscan (36 × 36 Punkte über 5 × 5 mm2) auf dem Bellegarde-Ziel von Sol 186 durchgeführt wurde. Grüne Ringe (grober Laserstrahldurchmesser) stellen Orte dar, an denen die Wellenlängen etwa 303 und 325 nm liegen Es wurde ein Fluoreszenzdublett nachgewiesen. b: Koloriertes ACI-Bild einer Region, in der ein detaillierter Scan (10 × 10 Punkte über 1 × 1 mm2) auf dem Quartier-Target von Sol 304 durchgeführt wurde. Grüne Ringe stellen Orte dar, an denen das Fluoreszenzdublett bei etwa 303 und 325 nm nachgewiesen wurde. Maßstabsbalken, 1 mm. c, Mediane Fluoreszenzspektren (ungefiltert) der grünen Punkte in Bellegarde (rot, n = 33) und Quartier (schwarz, n = 26), normiert auf das 303-nm-Band und zur Verdeutlichung versetzt. d, mittlere Raman-Spektren von vier Punkten mit den höchsten Fluoreszenzbandenintensitäten aus Quartier-Scans auf den Solen 293 und 304. Die Sulfatbande von etwa 1.010 cm−1 liegt außerhalb des Maßstabs; Der Einschub zeigt ein etwa 1.649 cm-1 großes Band mit Voigt-Anpassung (FWHM 53,737, Fläche 12.559, Höhe 192,79). Im Einschub sind das nicht angepasste Spektrum (rot), das angepasste Spektrum (blau) und die Basislinie (grün) dargestellt. Die Y-Achse ist die Intensität.

Die Fluoreszenzbeobachtungen der Gruppe 1 im Quartier (Séítah) stimmen mit dem Vorhandensein eines oder mehrerer aromatischer organischer Moleküle mit einem oder zwei Ringen in einem hydratisierten Sulfatkristall überein. Aufgrund der engen Übereinstimmung der Emissionswellenlängen in den Labordaten ist es auch möglich, dass die beobachtete Emission von im Sulfat konzentriertem Ce3+ stammt. Drei Raman-Peaks bei 1.060, 1.330–1.410 und etwa 1.649 cm−1 liegen zusammen mit den drei intensivsten Dublett-Fluoreszenz- und starken Signalen für hydratisiertes Sulfat. Sie wurden sogar nach 11 Solen Oberflächenexposition nachgewiesen, obwohl die Hydratationsfunktion (OH-Streckung bei etwa 3.300–3.500 cm−1) an Intensität abnahm, was auf eine Änderung des Hydratationszustands nach der Exposition gegenüber der Marsatmosphäre hinweist. Auf der Grundlage der relativen Positionen und Intensitäten dieser Peaks stellen sie mindestens zwei Möglichkeiten dar: Schwingungsmoden eines organischen Moleküls, die eine vorresonante C=C-Streckung beinhalten21, oder asymmetrische Streckungs- und Biegemoden von Nitrat innerhalb der Probe22. Die Möglichkeit, dass organische Stoffe in Sulfaten vorkommen, wird durch Beweise aus Studien an Marsmeteoriten5 und im Gale-Krater21 gestützt, die zeigen, dass Sulfate möglicherweise eine Schlüsselrolle bei der Bildung, Erhaltung oder dem Transport organischer Moleküle in der Marsumgebung spielen. Die hier berichtete Kombination von Raman- und Fluoreszenzdaten könnte zwei Beweislinien darstellen, die den Nachweis organischer Moleküle in hydratisierten Sulfatkristallen unterstützen, was die einfachste Erklärung für diese Beobachtungen darstellt. Wenn sowohl Raman- als auch Fluoreszenzsignale anorganischen Ursprungs sind, müssten Nitrat und Ce3+ im Sulfat nebeneinander liegen.

Das am häufigsten festgestellte Fluoreszenzmerkmal war eine einzelne breite Bande (ungefähr 30–40 nm bei Halbwertsbreite (FWHM)) mit einer Mitte bei ungefähr 335–350 nm. Fluoreszenz der Gruppe 2 wurde bei allen Zielen in beiden Formationen beobachtet und zeigte die höchsten Intensitäten unter den vier Kategorien von Fluoreszenzmerkmalen (Abb. 2). Das relative Vorkommen dieses Merkmals, das in Umfragescans von abgenutzten Zielen beobachtet wurde, war in Máaz (189 ± 96 Zählungen) deutlich höher als in Séítah (26 ± 6 Zählungen). Die durchschnittliche Intensität dieses Merkmals war jedoch zwischen den in den beiden Formationen durchgeführten Vermessungsscans vergleichbar (Máaz 342 ± 76 Zählungen; Séítah 361 ± 80 Zählungen). Die gemessene Intensität kann aufgrund mehrerer Faktoren variieren, einschließlich der Konzentration des Emitters, des Fokus des Spektrometers und der Anwesenheit eines absorbierenden Materials; Daher sind große Standardabweichungen zu erwarten. Scans aller abgeriebenen Ziele zeigen Fluoreszenzdetektionen der Gruppe 2, die in den meisten Fällen an oder in der Nähe von Korngrenzen zu liegen scheinen (Erweiterte Datentabelle 2 und Erweiterte Daten Abb. 1). In Máaz hatte das Merkmal der Gruppe 2 in Vermessungsscans eine durchschnittliche Bandmittenposition von 344,1 ± 1,5 nm und es wurde beobachtet, dass Bandmitten zwischen etwa 338 und 349 nm schwankten, wohingegen in Séítah die durchschnittliche Bandmittenposition 343,1 ± 0,5 nm betrug und die Varianz der Bandenmitte hatte einen engeren Bereich von etwa 340 bis 345 nm (Abb. 2a). In abgeschliffenen Zielen in beiden Formationen war das Merkmal der Gruppe 2 mit einem gemeinsamen Satz von Mineralien verbunden, die mit Raman-Spektroskopie nachgewiesen wurden, darunter Carbonat, Phosphat, Sulfat, Silikat und gelegentlich potenzielles Perchlorat (Abb. 5 und Extended Data Abb. 4)16. 20. Der Hauptunterschied bei den Mineralassoziationen bestand darin, dass dieses Merkmal in drei Máaz-FM-Zielen (Montpezat, Bellegarde und Alfalfa) auch mit möglichen Pyroxennachweisen verbunden war. Im Gegensatz dazu war dieses Merkmal im Séítah-Fm mit einem möglichen Nachweis von Olivin an mindestens einem Punkt auf jedem Ziel verbunden (erweiterte Datentabelle 2).

Ein Punkt im High Dynamic Range (HDR)-Scan auf Montpezat zeigte einen Raman-Peak bei 1.597 cm−1 sowie eine schwache Fluoreszenz bei etwa 340 nm (Abb. 4a,b) und lag zusammen mit einer Detektion bei etwa 1.080 cm− 1. Das etwa 1.080 cm-1 große Signal zeigt ein breites Raman-Band, das mit Laborstudien von Carbonat- und Silikatmineralien übereinstimmt19. Die Raman-Spektroskopie kann Silikatphasen aufgrund der geringen Polarisierbarkeit des Silizium-Sauerstoff-Tetraeders23 nicht gut auflösen; Daher wird es hier vorläufig einfach als Silikat oder Carbonat zugeordnet. Der etwa 1.597 cm-1 große Peak stimmte in Position und Form weitgehend mit der bekannten Graphitbande (G) überein, die an einer Probe des Kalibrierungsziels des Marsmeteoriten Sayh al Uhaymir (SaU008) beobachtet wurde (Abb. 4c, d und erweiterte Daten Abb. 5). Im Kalibrierungsziel stammt der Raman-Peak bei etwa 1.599 cm−1 bekanntermaßen von makromolekularem Kohlenstoff15,24; Somit stimmt der Peak bei 1.597 cm−1 mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung überein. Dieser Punkt auf SaU008 zeigt ebenfalls eine schwache Fluoreszenz der Gruppe 2 bei etwa 340 nm, obwohl er eine geringere Intensität und eine längere Emissionswellenlänge zu haben scheint als der Punkt auf Montpezat. Ein höheres Vertrauen in eine bestimmte Raman-Zuordnung wäre möglich gewesen, wenn der Peak bei einem größeren Signal-Rausch-Verhältnis erkannt und an mehr als einem Punkt gesehen worden wäre. Mehrere nahegelegene Punkte zeigten mögliche Spitzen unterhalb der Erkennungsschwelle.

a, Raman-Spektrum von Punkt 40 eines HDR-Scans auf Montpezat (Sol 349) mit Lorentz-Anpassung (FWHM 49,873, Fläche 8.069,1, Höhe 103). b, Entsprechendes durchschnittliches Fluoreszenzspektrum zu a (Lambda max etwa 338 nm). c, Medianes Raman-Spektrum (n = 100) aus einem HDR-Scan auf dem SaU008-Meteoritenkalibrierungsziel (Sol 181), das das bekannte graphitische (G) Band enthält, mit einer Lorentz-Anpassung (FWHM 61,784, Fläche 11.646, Höhe 120). d, entsprechendes durchschnittliches Fluoreszenzspektrum zu c (Lambda max etwa 338 nm). e, Durchschnittliches Raman-Spektrum von Punkten mit der höchsten Fluoreszenz der Gruppe 2 (n = 28) auf Garde (Sol 207–208) mit einer Lorentz-Anpassung (FWHM 47, Fläche 4.500, Höhe 60,953). f, entsprechendes durchschnittliches Fluoreszenzspektrum zu c (Lambda max etwa 340 nm). In allen Diagrammen werden das nicht angepasste Spektrum (rot), das angepasste Spektrum (blau) und die Basislinie (grün) angezeigt. Die Y-Achse ist die Intensität.

Das mittlere Spektrum der Punkte, an denen die Merkmale der Gruppe 2 mit der höchsten Intensität auf Garde (Séítah fm) erkannt wurden, ergab einen Raman-Peak bei etwa 1.403 cm-1 (Abb. 4e, f). Diese Punkte wurden mit Raman-Detektionen korreliert, die mit Olivin (823 cm–1), Phosphat (960 cm–1) und Carbonat (1.086 cm–1) übereinstimmten. Ein weiterer möglicher Peak im mittleren Spektrum war bei etwa 1.540 cm−1 sichtbar, lag jedoch an der unteren Grenze der erkennbaren Breite (weniger als 3 Pixel FWHM) und ist daher nicht zugeordnet. Der etwa 1.403 cm−1 große Peak könnte auf eine organische Verbindung zurückzuführen sein, beispielsweise auf eine C=O-Streckschwingung eines organischen Salzes25. Organische Salze sind mögliche Oxidations- und Radiolyseprodukte organischer Materie und wurden bereits zuvor indirekt auf dem Mars nachgewiesen26. Carbonylgruppen und aromatischer oder olefinischer Kohlenstoff wurden in einem Marsmeteoriten mit Carbonat in Verbindung gebracht5. Weitere Arbeiten werden fortgesetzt, um sekundäre Formen von Matrixmineralien auszuschließen.

Das Fluoreszenzmerkmal der Gruppe 2 (ungefähr 335–350 nm) stimmt mit einem aromatischen Molekül mit zwei Ringen wie Naphthalin überein. Alternativ stimmen die Emissionsspektren auf Basis von Labordaten auch mit Ce3+ in Phosphaten überein27. Sowohl aromatische organische Stoffe6 als auch Ce3+ wurden mit Phosphatmineralien in Marsmeteoriten in Verbindung gebracht28,29. Mit den von Perseverance gesammelten Daten und unseren Laboranalysen können wir einen Beitrag sowohl aus anorganischen als auch aus organischen Quellen nicht ausschließen. Die aromatischen Verbindungen würden wahrscheinlich mit einem gewissen Grad an chemischer Substitution oder in spezifischen sterischen Konfigurationen in Bezug auf umgebende Mineralien vorliegen, was zu einer Blau- oder Rotverschiebung gegenüber den erwarteten Fluoreszenzwellenlängen für Benzol und Naphthalin führen würde. Eine Rotverschiebung der Fluoreszenz aufgrund der Bildung von Carbonsäuren am oder in der Nähe des aromatischen Rings ist sehr wahrscheinlich, da diese Verbindungen in einer oxidativen Umgebung energiereicher Strahlung ausgesetzt sind30,31 und frühere Studien zu feuerfestem organischem Kohlenstoff in Marsmeteoriten haben Carboxyl nachgewiesen Funktionalität5,6. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die erkannten Fluoreszenzmerkmale, wenn sie organisch sind, Mischungen organischer Einheiten und nicht einzelne Emitter darstellen, und ihre überlappenden Spektren könnten zu Schwankungen in der scheinbaren Position und der Halbwertsbreite der beobachteten Banden führen. Dies würde mit der gleichzeitigen Detektion vieler Fluoreszenzmerkmale an denselben Punkten übereinstimmen. Wenn die Fluoreszenz anorganisch ist, könnten die Emissionen auch variieren, da die Ce3+-Lumineszenz stark von der Matrix abhängig ist und von Änderungen in der Mineralogie und Mineralzusammensetzung beeinflusst wird19.

Fluoreszenzbanden zwischen etwa 270 und 295 nm (FWHM von etwa 20 nm) wurden an vielen Punkten in Vermessungsscans von drei abgenutzten (Guillaumes, Bellegarde, Alfalfa) und einem natürlichen Ziel (Foux) in Máaz beobachtet, und an wenigen oder keinen Punkten in alle anderen Scans (Extended Data Abb. 1 und 2). Auf den Zielen mit einer beträchtlichen Anzahl von Erkennungen erschienen Punkte, an denen Fluoreszenz der Gruppe 3 nachgewiesen wurde, häufig auf braun gefärbtem, möglicherweise eisengefärbtem Material gruppiert (Erweiterte Daten, Abb. 2 und 5). In vielen Fällen befand sich dieses Merkmal zusammen mit dem Merkmal der Gruppe 2 und war vergleichsweise schwächer in der Intensität (Abb. 2 und erweiterte Daten, Abb. 4). Die durchschnittliche Bandmittenposition in natürlichen Zielen (276,1 ± 0,8 nm) und abgeschliffenen Zielen (276,1 ± 1,4 nm) in Máaz war ähnlich. Angesichts der insgesamt wenigen Funde in Séítah war kein quantitativer Vergleich möglich. Mit der Fluoreszenz der Gruppe 3 wurden bei abgeriebenen Máaz-Zielen keine eindeutigen Mineralassoziationen festgestellt, mit Ausnahme von Alfalfa. Hier war die Fluoreszenz mit einem breiten Raman-Peak bei etwa 1.040–1.080 cm-1 verbunden, der einem möglichen Silikat2,19 zugeordnet wurde, und Peaks bei etwa 1.085–1.100 cm-1, die einem Carbonat2,19 zugeordnet wurden, an oder in der Nähe der Grenzen von Schwarz und graue Körner. Wie beim Merkmal der Gruppe 2 wurden in natürlichen Zielen keine klaren Texturassoziationen beobachtet und in den Spektren konnten keine Mineralsignaturen identifiziert werden. Das Merkmal der Gruppe 3 (ungefähr 270–295 nm) stimmt mit einer aromatischen Verbindung mit einem einzigen Ring überein, beispielsweise Benzol16; Mögliche nichtorganische Quellen, wie z. B. Silica-Defekte, werden in den Methoden besprochen.

Das Merkmal mit Bändern, die bei etwa 290 und 330 nm zentriert sind, wurde auf zwei Zielen beobachtet: Guillaumes (Máaz) und Garde (Séítah). In beiden Fällen wurde es an mehreren Stellen in intergranularen Räumen beobachtet; Dies war, wie bereits berichtet, besonders deutlich auf Garde zu erkennen16. Bei Guillaumes war die Fluoreszenz der Gruppe 4 nicht eindeutig mit bestimmten Mineralien verbunden. Auf Garde befanden sich Raman-Peaks bei etwa 1.087–1.096 cm−1 und ein breiter Peak bei etwa 1.080 cm−1, die Carbonat bzw. Silikat zugeordnet wurden2,19 (Extended Data Abb. 6). Die relativen Intensitäten der beiden Peaks waren zwischen den Punkten nicht konstant, was darauf hindeutet, dass sie von mehreren Emittenten stammen könnten. Es ist auch möglich, dass es sich nicht um eine eigenständige Kategorie handelt, sondern lediglich um eine Kombination von Arten der Gruppen 2 und 3. Die Spektren stimmen mit einer oder mehreren aromatischen Verbindungen mit einem oder zwei Ringen überein, obwohl die möglichen anorganischen Quellen der Gruppen 2 und 3 auch für Gruppe 4 gelten können.

Die beobachtete Fluoreszenzreaktion, wenn sie ausschließlich von organischen Molekülen stammt, kann verwendet werden, um eine konservative Schätzung der Konzentration unter Verwendung eines Einzelringaromaten (Benzol) mit einem schwachen Fluoreszenzquerschnitt und einer angenommenen Eindringtiefe von 75 µm zu liefern (Ref. 16, 32). Bei dieser Tiefe handelt es sich um eine konservative Schätzung, die auf einer DUV-Transmission von mehr als 150 µm durch Marssimulanzien basiert32. Vergleicht man die Untersuchungsscans der abgeriebenen Oberflächen, sind die lokalen Konzentrationen unterschiedlich und liegen zwischen 20 und 400 pg organischer Stoffe, wobei Luzerne (Máaz) mit die höchste Anzahl an Vorkommen und lokalen Konzentrationen aufweist. Darüber hinaus ist die Massenkonzentration in Máaz um eine Größenordnung höher als in Séítah (ungefähr 20 gegenüber 2 ppm).

Die Máaz- und Séítah-Formationen sind zwei geologisch und kompositorisch unterschiedliche Formationen, die auch zwei unterschiedliche Fluoreszenzmuster aufweisen. Folgt man der Hypothese, dass die Fluoreszenz vollständig organischen Ursprungs ist, würden diese Ergebnisse auf unterschiedliche Massenmengen an organischem Material hinweisen, wobei Máaz eine Größenordnung mehr aufweist als Séítah. Während in beiden Formationen Kollokationen zwischen organischen Strukturen und Mineralien im Zusammenhang mit wässrigen Prozessen gefunden wurden, war die Kolokation mit primären magmatischen Mineralien unterschiedlich. Das Merkmal der Gruppe 2 war an vielen Stellen in allen Séítah-Zielen mit Olivin und in zwei Máaz-Zielen mit Pyroxen verbunden (Abb. 5). Dies deutet auf mehrere Synthese- oder Konservierungsmechanismen hin, die zumindest teilweise für jede Formation einzigartig sein könnten. Ein ähnliches Muster organischer Stoffe im Zusammenhang mit Pyroxen und Olivin wurde in Studien an den Meteoriten ALH84001, Nakhla und Tissint gezeigt. In diesen Fällen wurde gezeigt, dass das organische Material in situ5 synthetisiert wird. Eine weitere Beobachtung der Kernproben ist erforderlich, um die Herkunft und den Entstehungsmechanismus dieses Materials zu bestätigen.

Wählen Sie Mineraldetektionen (Raman-Verschiebung, cm−1) und ihre Fluoreszenzmerkmale (λmax, nm) für abgeriebene Ziele aus, die mithilfe ungeglätteter Daten aus HDR und Detailscans analysiert wurden. Sowohl Raman- als auch Fluoreszenzdaten werden am selben Punkt gemessen. Máaz-Scans (blau) verwendeten zwischen 250 und 500 ppp, was in einigen Fällen, die nicht berücksichtigt wurden, ein niedriges Signal-Rausch-Verhältnis (weniger als 2) ergab; Séítah-Scans (grün) verwendeten alle 500 ppp, was vergleichsweise mehr Raman-Erkennungen ermöglichte. Mineralklassifizierungen basierend auf hochzuverlässigen Raman-Detektionen der Hauptpeaks werden durch eingerahmte Bereiche angezeigt: Olivin (ungefähr 825–847 cm−1)2,19,26, Bereich von hydratisiertem und dehydriertem Perchlorat (ungefähr 925–980 cm−1)26, 46, Phosphat (ungefähr 961–975 cm−1)19,26,46, Pyroxen (ungefähr 1.000–1.026 cm−1)19, Sulfat (ungefähr 990–1.041 cm−1)2,19,26, amorphes Silikat (breit Peak bei etwa 1.020–1.080 cm−1)2,26 und Carbonat (ungefähr 1.085–1.102 cm−1)19,46. Markierungen außerhalb einer umrahmten Region haben keine Mineralzuordnung. Die Eindeutigkeit überlappender Regionen kann im Allgemeinen durch die Berücksichtigung kleinerer Raman-Peaks (hier nicht markiert) und die Bestätigung durch andere Instrumente (z. B. PIXL/SuperCam)47 gelöst werden.

Frühere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die beiden Formationen unterschiedliche Veränderungsprozesse durchliefen. Máaz scheint ein wässrig alteriertes Basaltgestein zu sein, das Fe3+-haltige Alterationsmineralien enthält33. Es wird angenommen, dass Séítah ein Olivinkumulat13 ist, das durch Flüssigkeiten mit niedrigem Wasser-Gesteins-Verhältnis32 verändert wird und mafische Mineralien enthält, die eine höhere Gesamtmenge an FeO aufweisen als Máaz-Gesteine34. Aufgrund des Vorhandenseins von Fe3+-haltigen Mineralien in Máaz, die die Fluoreszenzreaktion abschwächen können35, würden wir weniger Fluoreszenzdetektionen und eine geringere Intensität als in Séítah erwarten. Unsere Beobachtungen zeigen jedoch das Gegenteil: Máaz-Ziele weisen mehr Fluoreszenzdetektionen und die höchsten lokalen Fluoreszenzintensitäten auf. Wenn die Fluoreszenz organisch ist, zeigt dies einen Zusammenhang zwischen dem Vorkommen und der Häufigkeit organischer Stoffe mit dem Grad der durch Wasser verursachten Veränderung und legt nahe, dass diese Signaturen durch Synthese- und/oder Transportmechanismen und nicht durch meteorische Ablagerungen verursacht werden, die wahrscheinlich beide Formationen in a beeinflussen würden in ähnlicher Weise. Die Konzentrationen organischer Stoffe, die mit stärker wasserveränderten Oberflächen verbunden sind, stimmen mit bekannten Massenkonzentrationen organischer Stoffe überein, die in Marsmeteoriten bei etwa 11 ppm1 beobachtet wurden, und mit einer vom Curiosity Rover im Gale-Krater durchgeführten In-situ-Analyse, die organische Konzentrationen von etwa 7 ppb bis 11 ppm2 anzeigte.

Die beiden Formationen zeigten auch unterschiedliche Arten von Fluoreszenzmerkmalen. Während die Merkmale der Gruppen 1, 2 und 4 in beiden Formationen nachgewiesen wurden, wies Séítah ein nahezu vollständiges Fehlen der Merkmale der Gruppe 3 auf. Dies könnte auf selektive Synthese- oder Konservierungsmechanismen hinweisen, die die mit der längerwelligen Fluoreszenz assoziierten organischen Stoffe begünstigen, oder auf einen Abbauprozess, der nur die mit der Gruppe 3 assoziierten organischen Moleküle betrifft. Das Merkmal der Gruppe 2 wurde in beiden Formationen am häufigsten entdeckt, zeigte jedoch Unterschiede bei den abgeriebenen Zielen in Máaz und Séítah. Obwohl die durchschnittlichen Bandmittenpositionen der Detektionen der Gruppe 2 in beiden Einheiten ähnlich waren (Máaz 344,1 ± 1,5 nm; Séítah 343,1 ± 0,5 nm), war der Bereich der Bandmitten in abgeriebenen Séítah-Zielen schmaler (ungefähr 340–345 nm). Die Bandzentren in abgeriebenen Máaz-Targets waren breiter verteilt (ungefähr 338–349 nm).

Die vier Fluoreszenzmerkmale, die auf den zehn von SHERLOC untersuchten Zielen beobachtet wurden, weisen jeweils unterschiedliche Grade der Mineralassoziation und räumlichen Musterung auf, was darauf hindeutet, dass diese Merkmale auf mehr als einen Mechanismus der Bildung, Ablagerung oder Konservierung zurückzuführen sein könnten. Zwei der Merkmale, Gruppen 1 und 4, waren stark auf bestimmte Mineralien beschränkt, während die anderen beiden Merkmale mit mehreren Mineralien assoziiert und breiter verteilt waren. In Fortführung der organischen Hypothese war der deutlichste Zusammenhang zwischen einem spezifischen organischen Nachweis, einem mineralischen Nachweis und einer Textur das Merkmal der Gruppe 1, das auf Bellegarde und Quartier gefunden wurde und mit weißen Sulfatkörnern in Verbindung gebracht wurde (Abb. 3). Ein möglicher Mechanismus, der mit dieser Assoziation in Einklang steht, ist die abiotische wässrige organische Synthese. Aromatische Moleküle, einschließlich schwefelhaltiger Spezies, die mit Sulfat assoziiert sind, wurden in Tissint, Nakhla und NWA 1950 (Lit. 5) gefunden und wurden in diesen Fällen als Ergebnis der elektrochemischen Reduktion von wässrigem CO2 zu organischen Molekülen aufgrund von Wechselwirkungen von vorgeschlagen Materialien der Spinellgruppe, Sulfide und eine Sole. Es wurde gezeigt, dass organische Stoffe in ALH84001 bei Karbonisierungs- und Serpentinisierungsreaktionen entstehen, was darauf hindeutet, dass auf dem Mars mehrere abiotische organische Synthesemechanismen ablaufen können. Alternativ könnte diese organisch-mineralische Assoziation das Ergebnis einer mineralvermittelten selektiven Konservierung transportierter organischer Verbindungen in Sulfat sein. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass Sulfate, einschließlich Gips und Magnesiumsulfat, organische Moleküle in ihren Kristallgittern vor UV-Strahlung und Oxidation schützen können36 und terrestrische evaporitische Sulfatmineralien können organisches Material über geologische Zeitskalen hinweg konservieren37,38.

Das Merkmal der Gruppe 2 wurde bei allen Zieltypen und -formationen am häufigsten entdeckt, was darauf hindeutet, dass ein gemeinsamer Synthese-, Ablagerungs-, Konservierungs- oder Veränderungsprozess dafür verantwortlich war. Frühere Literatur deutete darauf hin, dass primärer organischer Kohlenstoff potenziell allgegenwärtig in den Basaltgesteinen des Mars ist und es möglicherweise ein abiotisches Reservoir an organischem Kohlenstoff auf dem Planeten gibt39. Obwohl die meisten Mineralassoziationen des Merkmals der Gruppe 2 in beiden Formationen gemeinsam waren, deutet die Assoziation mit Pyroxen in Máaz-Zielen und Olivin in Séítah-Zielen darauf hin, dass möglicherweise unterschiedliche mineralvermittelte Prozesse diese organischen Stoffe beeinflussten (Abb. 5). Dazu könnte die Bildung eines aromatischen Radiolyseprodukts mittels einer mineralvermittelten Veränderungsreaktion gehören30,31,40,41. Der Mangel an Fluoreszenznachweisen und das nahezu Fehlen von Nachweisen der Gruppe 3 in Séítah lassen darauf schließen, dass in dieser Formation eine unterschiedliche Synthese oder Ablagerung stattgefunden hat oder dass die organischen Verbindungen gründlicher abgebaut wurden. Das relative Alter der beiden Einheiten lässt darauf schließen, dass der verstärkte Abbau in Séítah auf ein anderes Phänomen zurückzuführen sein müsste, etwa auf beschleunigte Erosionsprozesse oder eine mögliche kurze Exposition gegenüber einer saureren Flüssigkeit als in Máaz, die sich auf organisches Material auswirken könnte.

In natürlichen Zielen scheinen Fluoreszenzdetektionen nicht mit morphologischen Merkmalen oder Texturen zu korrelieren, was mit den aromatischen Emittern im allgegenwärtigen Marsstaub übereinstimmt. Meteoriteneinschläge und interplanetare Staubpartikel transportieren organische Moleküle zur Marsoberfläche, die anschließend oxidiert werden42,43. Das Vorhandensein von Staub würde auch die geringeren erkennbaren Signale auf natürlichen Zielen erklären, da dieser einfallendes Licht absorbieren oder streuen kann.

Proben, die in zwei Formationen im Jezero-Krater analysiert wurden, ergaben sowohl durch Fluoreszenz- als auch durch Raman-Spektroskopie Nachweise, die mit organischem Material übereinstimmen, das sich zusammen mit bestimmten Mineralansammlungen befindet. Die allgemeine räumliche Korrelation zwischen diesen Entdeckungen und Mineralien, die einer erheblichen wässrigen Verarbeitung unterzogen wurden, lässt darauf schließen, dass organische Moleküle in diesen veränderten vulkanischen Materialien im Kraterboden abiotisch im Wasser abgelagert oder synthetisiert wurden. Unterschiede in der Beschaffenheit und Verteilung der organischen Moleküle in den Formationen würden darauf hinweisen, dass unterschiedliche Wasserveränderungs- oder Ablagerungsprozesse stattgefunden haben, die möglicherweise zur Vielfalt der noch vorhandenen organischen Stoffe beitragen. Zur Bestätigung des organischen Ursprungs und zur spezifischen Identifizierung dieser Moleküle müssen Proben zur Laboranalyse zur Erde zurückgeschickt werden. Diese Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass möglicherweise ein komplexerer organischer geochemischer Zyklus existiert hat, als er bei früheren In-situ-Messungen auf dem Mars beschrieben wurde, was durch mehrere unterschiedliche Pools möglicher organischer Stoffe belegt wird. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Schlüsselbausteine für das Leben möglicherweise über einen längeren Zeitraum (von mindestens etwa 2,3 bis 2,6 Ga, Lit. 44) vorhanden waren, zusammen mit anderen noch unentdeckten chemischen Spezies, die in diesen beiden potenziell bewohnbaren Arten erhalten bleiben könnten Paläoablagerungseinstellungen im Jezero-Krater.

Die Überlappung zwischen den Raman-Signalen von dehydrierten Perchloraten und Phosphaten in Verbindung mit einem geringen Signal-Rausch-Verhältnis machte die Unterscheidung dieser Zuordnungen in einigen Fällen schwierig. Der Hauptunterschied bei den Mineralassoziationen bestand darin, dass in drei Máaz-fm-Zielen (Montpezat, Bellegarde und Alfalfa) das Fluoreszenzmerkmal der Gruppe 2 auch mit möglichen Pyroxennachweisen verbunden war. Im Gegensatz dazu war dieses Merkmal im Séítah-Fm mit einem möglichen Nachweis von Olivin an mindestens einem Punkt auf jedem Ziel verbunden (erweiterte Datentabelle 2).

Die Fluoreszenzbanden der Gruppe 2 in den natürlichen Zielen (Máaz fm.) zeigten eine ähnliche Form wie die in abgeschliffenen Zielen, aber die durchschnittliche Bandenposition in den Vermessungsscans betrug 346,1 ± 2,0 nm, obwohl sie möglicherweise höher und verdeckt ist, da sie mit der Kante überlappt des SHERLOC-Spektralbereichs. Diese Funktion war nicht mit einer bestimmten Textur verknüpft. Auf diesen Zielen wurden keine identifizierbaren Raman-Banden festgestellt, was wahrscheinlich auf niedrigere Impulse pro Punkt (ppp) in den durchgeführten Scans sowie auf eine Signaldämpfung aufgrund von unscharfen Regionen und einer Staubschicht zurückzuführen ist; Dies schloss eine Mineralidentifizierung aus. Die Signaldämpfung stimmt mit der geringeren durchschnittlichen Intensität überein, die mit der Funktion der Gruppe 2 bei natürlichen Zielen (188 ± 42 Zählungen) im Vergleich zu staubfreien, abgeriebenem Zielen beobachtet wurde.

Lumineszenz kann sowohl durch anorganische als auch organische Quellen verursacht werden; Allerdings hat die Anregung im tiefen UV (weniger als 250 nm) den Vorteil, dass sie im Wellenlängenbereich liegt, um Ein- und Zweiringaromaten resonant anzuregen und die meisten störenden Lumineszenzreaktionen von Seltenerdionen zu vermeiden. Dennoch sollten die Merkmale des präsentierten Datensatzes (einschließlich Mineralassoziationen, räumliche Verteilung, Erkennungshäufigkeit, maximaler Lambda-Wert (Lambda max) der Emissionsbänder und Kontext früherer Marsmissionen und Marsmeteoriten) im jeweiligen Kontext verglichen werden vorgeschlagene Quelle.

Fluoreszenz in anorganischen Mineralien wie Feldspäten46 kann auf Emittenten wie Seltenerdelemente (REEs) oder Lanthanoide und andere Metalle innerhalb einer Mineralmatrix zurückzuführen sein, die als Aktivatoren wirken können19. REEs weisen in den meisten Fällen Emissionen bei Wellenlängen auf, die über dem SHERLOC-Spektralbereich liegen (d. h. mehr als 360 nm)19,48. Das für die gemeldeten Nachweise relevanteste REE ist Cer, das bei bestimmten Mineralien im Nachweisbereich von SHERLOC Emissionen erzeugen kann. Es wurde berichtet, dass Ce3+ in Phosphaten bei 266-nm-Anregung eine Lumineszenz von etwa 340 nm emittiert,49 was einigen Detektionen der Gruppe 2 ähnelt. In dem hier präsentierten Datensatz ist die Fluoreszenz der Gruppe 2 nicht immer mit einer Raman-Identifizierung einer Phosphatmineralphase verbunden. Allerdings wird die Raman-Streuung von Phosphaten mit dem SHERLOC DUV-Laser nicht resonant verstärkt, sodass das Fehlen einer Raman-Detektion zusammen mit der 340-nm-Fluoreszenz nicht ausschließt, dass Ce3+ in Phosphaten die Quelle der etwa 340-nm-Emission ist. Die Emissionsspektren von Ce3+ hängen stark von der Matrix ab und Änderungen in der Mineralogie und Mineralzusammensetzung können das Emissionsprofil erheblich beeinflussen19. Wie in Abb. 5 dargestellt, ist die beobachtete Fluoreszenz mit einer Vielzahl von Mineralien aus wässrigen Prozessen verbunden, darunter Sulfate, Phosphate und Carbonate, und ist unabhängig von der Assoziation in Position und Form ähnlich. Einfache aromatische organische Moleküle können in diesen Phasen erhalten bleiben und sind daher auch potenzielle Quellen für die berichtete Fluoreszenz. Es ist jedoch möglich, dass sowohl organische als auch anorganische Quellen oder nur anorganische Quellen zu den Signalen der Gruppe 2 beitragen, da sowohl REE-haltige Phosphate als auch in Phosphaten konservierte organische Stoffe in Marsmeteoriten gemeldet wurden50,51.

In einer Laborstudie zur Zersetzung von synthetischem Cersulfat wurde über starke Photolumineszenzemissionen berichtet52. In dieser Studie wurden sowohl im Labor synthetisiertes als auch kommerzielles Cersulfat 16 Stunden lang auf 500 °C erhitzt und dann mit einem Spektrofluorimeter beobachtet. Ce3+ sowohl in pentahydratisierten Sulfaten als auch in wasserfreiem Sulfat ergab doppelte Spitzenemissionen bei 319/339 bzw. 322/339 nm. Diese letztgenannte Beobachtung deckt sich mit anderen Photolumineszenzstudien53. Die ähnlichsten Emissionen von Cer in Sulfat, über die in der Literatur berichtet wird (bei 304/327 nm), stammen nach Kenntnis der Autoren aus einer Studie mit synthetischem wärmebehandeltem Anhydrit, dotiert mit Ce3+ und beobachtet mit Kathodolumineszenz54. Es gibt einen unerklärlichen Unterschied von 12–13 nm in den Emissionen von synthetischem Ce-dotiertem Anhydrit und Ce3+ in natürlichem Anhydrit an vielen Standorten, die auch in dieser Studie gemessen wurden, was darauf hindeutet, dass die synthetische Probe möglicherweise nicht der genaueste Vergleich zu unserem Datensatz ist. Daher werden weitere Laboranalysen sowohl an natürlichen als auch an synthetischen cerhaltigen Sulfatproben fortgesetzt. Es wird erwartet, dass sich der Lambda-Max der Lumineszenzemission von Cer in Sulfaten je nach Hydratationszustand des Minerals verschiebt52. SHERLOC beobachtete Sulfate in unterschiedlichen Hydratationszuständen, beispielsweise bei den verschiedenen Beobachtungen des Quartier-Targets, doch die beobachtete Fluoreszenz blieb bei Lambda max konsistent. Angesichts der gemeldeten Emissionen mehrerer organischer Moleküle unter DUV-Anregung (Extended Data Abb. 3) in diesem Bereich ist es wahrscheinlich, dass eines oder mehrere dieser Moleküle in den Sulfatmineralien vorhanden sind. Das Vorhandensein organischer Stoffe könnte möglicherweise auch die Raman-Detektionen zwischen etwa 1.300 und 1.650 cm−1 erklären. Schließlich war in dem hier präsentierten Datensatz Gruppe 1 in allen Fällen mit Sulfaten assoziiert; Allerdings zeigten viele Punkte über die Ziele hinweg deutliche Raman-Peaks von Sulfaten ohne das kolokalisierte Fluoreszenzsignal. Diese Heterogenität stimmt auch mit den erwarteten Mustern der Verteilung organischer Stoffe überein. Eine weitere Untersuchung der Quartier-Scans durch detailliertere Analysen und Laborvergleiche ist derzeit im Gange.

Eine Teilmenge der Signale in Gruppe 3 (ungefähr 281 nm) stimmt auch mit Lumineszenz überein, die mit Defekten in bestrahltem Siliciumdioxid verbunden ist, die durch Sauerstoffmangelzentren verursacht werden55. Angesichts der dafür erforderlichen hohen Leistung gehen wir jedoch nicht davon aus, dass der SHERLOC-Laser solche Defekte erzeugen würde. Darüber hinaus sehen wir keinen deutlichen Anstieg der Erkennungen bei etwa 281 nm bei höheren ppp-Scans im Vergleich zu niedrigen ppp-Scans, was zu erwarten wäre, wenn der SHERLOC-Laser einen solchen Schaden verursachen würde. Die Untersuchung anderer Mechanismen (z. B. Strahlung), die lokalisierte Quarzfehler verursachen würden, die Lumineszenz erzeugen könnten, die mit Merkmalen der Gruppe 3 übereinstimmt, wird fortgesetzt.

Der potenzielle Nachweis organischer Moleküle durch SHERLOC in den abgeschliffenen Zielen markierte die entsprechenden Bohrkerne als vorrangig für die Probenahme während der Kraterbodenkampagne. Wenn diese Proben an terrestrische Labore zurückgegeben werden, kann eine vielfältigere Palette von Werkzeugen zur Untersuchung der Proben verwendet werden, auch mit höherer räumlicher Auflösung und mit viel größerer Spezifität und Empfindlichkeit. Die Beziehungen zwischen organischem Material und Mineralien können im Kontext ihrer ursprünglichen Standorte und Stratigraphie interpretiert werden, was neue Einblicke in den organischen geochemischen Kreislauf auf dem Mars ermöglicht.

Die Verwendung einer DUV-Wellenlänge kann eine höhere Empfindlichkeit gegenüber aromatischen organischen Molekülen in komplexen Matrizen ermöglichen. Bei einer Anregung mit einer Wellenlänge von 248,6 nm wird die Raman-Streuung durch Resonanz und Vorresonanz mit aromatischen organischen Molekülen, die einen großen Absorptionsquerschnitt haben, um das 10- bis 1.000-fache erhöht. Die gemessenen Raman-Intensitäten werden sowohl von ihren Raman-Querschnitten als auch von der Anzahl der angeregten Moleküle bestimmt. Transparente Mineralien mit hohen Streuquerschnitten können zu großen Intensitäten führen, wohingegen relativ wenige organische Moleküle in Resonanz mit dem SHERLOC-Laser zu ähnlichen Intensitäten führen können. Gemessene Fluoreszenzintensitäten von Gemischen werden durch deren Quantenausbeute, aber auch durch die Selbstabsorption beeinflusst. Der Förster-Energietransfer kann zur gemessenen Intensität nur eines einzelnen Fluorophors führen, obwohl eine Mischung aus mehreren Arten vorliegt. Die Analyse von Fluoreszenz- und Raman-Daten kann einzigartige Einblicke in Mischungen aus Mineralien und organischen Stoffen liefern.

SHERLOC-Spektroskopiemessungen werden mit 1.648 × 1.200 Pixel großen ACI-Autofokus-Vollbildbildern kombiniert und in einem Abstand von 48 mm auf dem gewünschten Ziel platziert. Die Aktivitäten werden durch die Tageszeit des Laserbetriebs eingeschränkt, wodurch die Temperatur des Spektrometer-CCD so optimiert wird, dass sie unter –20 °C liegt und die Beiträge des Umgebungslichts reduziert werden. Von den bisher 14 SHERLOC-Spektroskopieversuchen auf der Marsoberfläche gab es nur eine Aktivität, die etwas außerhalb dieses optimalen Temperaturbereichs auftrat (das erste abgenutzte Ziel, Guillaumes-Durchlauf auf Sol 161). Diese Temperaturbeschränkung zur Generierung wertvoller wissenschaftlicher Daten für SHERLOC bedeutet, dass es optimal ist, die SHERLOC-Spektroskopie abends nach 20:00 Uhr durchzuführen (oder früh am Morgen, aber der Abend wird bevorzugt). Die SHERLOC-Spektroskopie wurde mit natürlichen Proben am Mittag und an abgeschliffenen Proben am Abend nach lokalem Sonnenuntergang durchgeführt, mit der oben genannten Ausnahme von Guillaumes auf Sol 161. Der Roboterarm ist in der Lage, SHERLOC innerhalb von 12 mm von einem Zielort zu platzieren; Der interne Scanspiegel von SHERLOC hat einen Positionierungsfehler von weniger als 22 μm am Ziel. Das Spektrometer hat eine geschätzte Unsicherheit von ±5 cm−1 (±0,004 nm) im Bereich von 700–1.800 cm−1, basierend auf der an den Solen 59 und 181 durchgeführten Kalibrierung. Die SHERLOC-Spektroskopie an natürlichen und abgeriebenen Zielen hat sich seitdem weiterentwickelt die erste natürliche Oberflächenmessung auf Sol 83. Im Allgemeinen gibt es zwei Standard-Suite-Messungen mit geringfügigen Modifikationen, wo nötig, für SHERLOC-Spektroskopie und ACI-Bildgebungsscans: (1) HDR- und Vermessungsscans, ACI-Vierbildmosaik, ACI 31- Bild-Z-Stapel und (2) detaillierte Scans, die normalerweise mit einem Umfrage-Scan-Lauf vor den Detail-Scans gekoppelt sind, für den Kontext. In dieser Studie wurden räumliche Korrelationen, Histogramme und die durchschnittliche Anzahl der Fluoreszenzerkennungen mithilfe von Umfragescans durchgeführt. Mineral-Textur-Organik-Korrelationen wurden mithilfe von HDR und detaillierten Scans durchgeführt. Bei zwei Beobachtungssolen auf demselben Ziel wurden die folgenden Solbeobachtungen verwendet: Guillaumes 161, Quartier 293 und 304 und Dourbes 257 und 269. Auf Guillaumes, Dourbes und Quartier wurden zwei Vermessungsscans durchgeführt. Die Sol 141-Bildgebung auf Foux wies eine unvollständige Überlappung der WATSON-Bildgebung und der SHERLOC-Spektroskopiekartierung auf.

HDR-Scans bestanden aus drei Sätzen von 100 Spektren mit grobem Abstand (Schrittgröße 780 µm), einer Scanfläche von 7 × 7 mm2 und einem hohen ppp (100 ppp für die ersten beiden Scans, 300 ppp für den letzten Scan). Die erste natürliche Probe, Nataani, die auf Sol 83 uplinked war, wies 5, 50 und 100 ppp auf. Der Vermessungsscan bestand aus einem Scan von 1.296 Spektren, 144 µm Schrittgröße, 5 × 5 mm2 Scanfläche bei niedrigem ppp; typischerweise 15 ppp, für Nataani wurden jedoch 10 ppp und eine Schrittweite von 200 µm verwendet.

Das erste abgeriebene Ziel, Guillaumes, folgte der typischen HDR-Scan-Sequenzierung und bestand aus drei Sätzen von 100 Spektren; grobteilig (780 µm Schrittweite); 7 × 7 mm2 Scanbereich; 100, 100 und 300 ppp, gefolgt von einem Übersichtsscan von 1.296 Spektren; 144 µm Schrittweite; 5 × 5 mm2 Scanbereich und 15 ppp. Bei den nach Guillaumes analysierten Zielen wurden die HDR-Scans in zwei Karten mit 250 ppp (d. h. 250/250) geändert, die Gesamtzahl der Laserpulse (500) blieb jedoch erhalten, wodurch zwei 50-Spektren-Karten für insgesamt 100 Spektren erzeugt wurden, wenn sie kombiniert wurden . Die abgeschliffenen Proben verwendeten außerdem durchweg einen hohen Laserstrom (25 A im Vergleich zu den vorherigen natürlichen Oberflächenzielen, die mit 20 A beschossen wurden). Bei der Analyse des Ziels Garde hatten wir erstmals die Möglichkeit, detaillierte Modus-Scans zu verwenden. Beim ersten Scan auf Garde auf Sol 207 wurden die Standard-HDR-Suite und Vermessungsscans verwendet. Auf Sol 208 haben wir zwei Sätze mit 50 Spektren, einer Schrittgröße von 100 µm, einer Scanfläche von 1 × 1 mm2 und detaillierten Scans mit 500 ppp durchgeführt. Obwohl der Vermessungsscan nicht in Sol 208 enthalten war, wurde er zum Standard für nachfolgende Detailscans (z. B. Dourbes auf Sol 269 und Quartier auf Sol 304). Die Scan-Startposition für alle HDR- und Vermessungsscans befindet sich in der Mitte, während der Scanner bei den Detailscans in der Ecke oder versetzten Position beginnt.

Die beiden Bildgebungssysteme WATSON und ACI sind auf einem drehbaren Turm am Roverarm montiert und werden bei jeder SHERLOC-Beobachtung verwendet. Sie sind nicht koboresighted, aber die resultierenden Bilder können registriert und überlagert werden, um Farb- und Texturinformationen für ein einzelnes Ziel bereitzustellen. WATSON erfasst Farbbilder mit 1.600 × 1.200 Pixeln von Zielen aus einem Abstand von 2,5–40 cm, um einen breiteren Kontext innerhalb des Gesteins und des Felsvorsprungs bereitzustellen. ACI-Bilder werden immer vor der Spektroskopie aufgenommen und beginnen mit zwei 256 × 256 Pixel großen Autofokus-Teilbild- und Vollbildbildern. Weitere kontextbezogene Bildgebung zur Unterstützung der SHERLOC-Spektroskopie und Korrelation mit Bildern, die von anderen Instrumenten aufgenommen wurden. Spektroskopievorgänge umfassen typischerweise ein ACI-Mosaik mit vier Bildern und einen Z-Stapel mit 31 Bildern. Der Zeitpunkt und die Lichtverhältnisse dieser Produkte wurden im Laufe der zehn Ziele (und 14 Einzelprobenmessungen), die SHERLOC untersucht hat, entsprechend angepasst. Typische Vorgänge bei LED-Beleuchtung sind die Aufnahme von ACI-Bildern, bei denen alle weißen LEDs eingeschaltet sind. Dourbes (Sol 257) war das erste Mal, dass wir mit unterschiedlichen Lichtverhältnissen auf einem Ziel experimentiert haben. Für nachfolgende Standard-Suite-Messungen wurde diese Aktualisierung der LED-Konfiguration (verschiedene Gruppen-LEDs eingeschaltet und Verwendung von UV-LEDs) zum Standardbestandteil der Sequenzen. Der Scanner befindet sich für die Erfassung des Z-Stapels in der Ausgangsposition, die ein topografisches Oberflächenrelief liefert, wenn die scharfen Bilder am Boden beurteilt werden. Zur Erfassung des Mosaiks befindet sich der Scanner in der Mosaikposition.

Jedes ausgewählte Ziel, das nach Sol 141 untersucht wurde, wurde vor der SHERLOC-Beobachtung mit dem Abriebwerkzeug des Rovers abgeschliffen. Dieses Werkzeug schleift die obere Gesteinsschicht ab, deren Bruchstücke dann mithilfe des gasförmigen Staubentfernungswerkzeugs entfernt werden, um eine frische Oberfläche für die Analyse freizulegen14. Die resultierende Abriebstelle ist ein Kreis mit 45 mm Durchmesser und einer Tiefe von 8–10 mm.

Zur Bestimmung der Intensitäten und Bandenpositionen wurden ungeglättete Daten ohne Entfernung von Ausreißern verwendet. Die vorläufige Spektraldatenverarbeitung wurde mit einem Open-Source-Softwarepaket namens Loupe durchgeführt, das von K. Uckert am NASA Jet Propulsion Laboratory entwickelt wurde. Diese Software ermöglicht die Subtraktion von Dunkelbildern, die Lasernormalisierung und die Auswahl von Regionen von Interesse (ROI) sowie die Korrelation einzelner Spektren mit Orten auf dem ACI-Bild auf der Grundlage der Positionierung des Scanspiegels. Die exportierten Lupendaten wurden dann mit benutzerdefinierten Python-Skripten, Microsoft Excel und Spectragryph52 weiterverarbeitet. Diese wurden verwendet, um die Basisliniensubtraktion, die Entfernung von Ausreißern, die Peakerkennung und die Medianglättung halbautomatisch durchzuführen (letzteres nur für Fluoreszenzdaten in Abb. 4 und erweiterte Daten in Abb. 3). Ausreißer, die im Allgemeinen durch kosmische Strahlung oder Ladungsaufbau auf dem Detektor verursacht werden, wurden durch Subtraktion entfernt und dann wurden die verbleibenden Daten über das Spektrum interpoliert. Zu den Anforderungen für die Erkennung von Fluoreszenzspitzen gehörte eine FWHM von mindestens 100 Pixeln und mehr als das Fünffache des benachbarten Hintergrundsignals, das durch Messung in der Lupe geschätzt wurde. Für die Quantifizierung war ein Signal-Rausch-Verhältnis von 10/1 erforderlich, was möglicherweise eine kleine Anzahl von Punkten mit tatsächlichem Signal ausgeschlossen hat, aber als robustes Kriterium für die genaue Messung von Lambda max und FWHM angesehen wurde. In Abb. verwendete Fluoreszenzspektren. 2–4, Erweiterte Datentabelle 2 und Erweiterte Datenabbildungen. 4 und 5 wurden mithilfe des Savitzky-Golay-Algorithmus geglättet, wobei die Parameter nach dem Vergleich mit nicht verarbeiteten Spektren manuell angepasst wurden. Dies wurde mit dem SciPy-Python-Paket53 durchgeführt. Es ist bekannt, dass dieser Algorithmus Grenzartefakte einführt45, die in mehreren Spektren bei weniger als 270 nm sichtbar sind und nicht die tatsächlichen Daten widerspiegeln. Fluoreszenzdaten wurden auch in Igor64 (Wavemetrics) angepasst, um die Messung von Lambda max und FWHM zu ermöglichen. Die Bänder wurden mithilfe von Gaußschen oder exponentiell modifizierten Gaußschen Funktionen angepasst; Die Basislinien wurden unter Verwendung konstanter, linearer oder kubischer Funktionen auf der Grundlage einer visuellen Analyse und Chi-Quadrat-Anpassungsgütewerten angepasst. In Fällen, in denen die Fluoreszenzbande durch den Kantendetektor abgeschnitten wurde, wie etwa in Gruppe 2, wurde immer davon ausgegangen, dass die Bande über die Abschneidegrenze hinaus symmetrisch ist. Für Abb. 5 wurden Lambda max und FWHM jedes Fluoreszenzspektrums gemessen, bevor die Assoziation mit einem Raman-Signal (und eine mögliche Mineralassoziation) berücksichtigt wurde, um die Objektivität aufrechtzuerhalten und Verzerrungen zu vermeiden. Zu den Anforderungen für die Raman-Peak-Detektion gehörten ein FWHM von mindestens 4 Pixeln und mehr als das Doppelte der benachbarten (10 Pixel) Hintergrundsignalintensität, die durch Messung in der Lupe geschätzt wurde. Dieser Breitenschwellenwert wurde auf der Grundlage der spektralen Auflösung des Instruments (ungefähr 3–4 Pixel) ausgewählt54. Die FWHM der Raman-Spektren in Abb. 4 wurden mithilfe des in Python implementierten airPLS-Algorithmus55 ermittelt. Ungeglättete Raman-Daten wurden mit dem Multipeak Fit-Paket in Igor64 (Wavemetrics) angepasst, was die Identifizierung und Anpassung von Peaks sowie die Basislinienanpassung und Chi-Quadrat-Wert-Näherung ermöglichte. Das Signal-Rausch-Verhältnis für SHERLOC-Daten von den Gesteinsoberflächen war erwartungsgemäß niedriger als für Kalibrierungsziele (Abb. 4); In bestimmten Fällen wurden die Daten mehrerer Punkte gemittelt, um den Einfluss der kosmischen Strahlung zu beseitigen und das Signal zu verbessern.

Die Bildverarbeitung sowohl auf WATSON- als auch auf ACI-Produkten wurde mithilfe eines Python-Skripts durchgeführt, um mehrere Bilder für ein einzelnes Ziel zu registrieren und ein Overlay zu erstellen. Das Skript verwendet die in Klassen integrierten OpenCV-Bibliothek, um die BRISK-Schlüsselpunkterkennung zu implementieren, und einen FLANN-basierten Matcher, um Schlüsselpunkte abzugleichen und die Überlagerungen zu generieren. In allen Fällen wurden ACI-ECM-Produkte und WATSON-ECM- oder ECZ-Bilder (ca. 4 bis 10 cm Abstand) verwendet. Eingefärbte ACI-Produkte, die zur Korrelation von Spektral-, Farb- und Texturinformationen verwendet werden, wurden wie zuvor beschrieben16 generiert. In diesen kolorierten Bildern sind in bestimmten Fällen kleine Artefakte mit leuchtenden Farben sichtbar.

Die vorgestellten Referenzspektren wurden auf zwei Laborinstrumenten gesammelt, Brassboard (Jet Propulsion Laboratory) und MORIARTI (Mineralogy and Organics Raman Instrumentation for the Analysis of Terrestrial Illumination) (Universität Pittsburgh), bei denen es sich um Analoga von SHERLOC handelt, die für den Betrieb unter terrestrischen Umgebungsbedingungen modifiziert wurden. Die Konfiguration und Funktionsweise von Brassboards ist in früherer Literatur20 beschrieben. MORIARTI ist ein kundenspezifisches DUV-Raman-Mikroskop, das mit mehreren Spektrometern gekoppelt ist, um den gesamten Raman- und Fluoreszenz-Spektralbereich (UV- und sichtbares Licht) abzudecken. Proben können entweder mit einem frequenzverdoppelten Ar+-Laser Coherent Industries Innova 300 FreD (248,3 nm, ca. 10 mW Durchschnittsleistung) oder einem Photon System NeCu-Laser (248,6 nm, ca. 20 μJ pro Puls, 80 Hz) beleuchtet werden. Laserlicht durchläuft einen 248,6-nm-Laserreinigungsfilter, bevor es auf ein Drehprisma fokussiert und als Punkt mit etwa 120 μm Durchmesser auf die Probe gerichtet wird. Gestreutes und emittiertes Licht wird in einer 180°-Rückstreugeometrie mit einem f1,25-reflektierenden Cassegrain-Objektiv gesammelt und durchläuft einen Semrock-248-nm-Langpassfilter, bevor es in eines der Spektrometer eintritt. Für Raman wird Licht von 250 bis 278 nm mit einer Auflösung von 9 cm-1 in einem Czerny-Turner-Spektrographen mit f/6,8 gestreut und auf einen mit flüssigem Stickstoff gekühlten Pylon 400B CCD von Princeton Instruments fokussiert. Für die UV-Fluoreszenz wird Licht von 180 bis 350 nm mit einer Auflösung von 0,5 nm durch einen maßgeschneiderten Ocean Optics QE Pro-Spektrographen gestreut. Für sichtbare Fluoreszenz wird Licht von 250 bis 1.100 nm mit einer Auflösung von 1,5 nm durch einen Ocean Optics HR4000-Spektrographen gestreut. Die Probe kann auch mit weißem Halogenlicht beleuchtet werden, in dem sie auf eine 1,6 MP Thorlabs CMOS-Kamera abgebildet wird.

Die für diese Studie verwendeten Daten werden im Planetary Data System (PDS) unter https://pds.nasa.gov/ veröffentlicht. Daten des SHERLOC-Instruments sind unter https://pds-geosciences.wustl.edu/missions/mars2020/sherloc.htm verfügbar. Spektraldaten sind nach Sol-Nummer geordnet und im CSV-Format unter https://pds-geosciences.wustl.edu/m2020/urn-nasa-pds-mars2020_sherloc/data_processed/ zugänglich. Die vom ACI erfassten grundlegenden Bilddaten sind nach Sol-Nummer geordnet und im IMG-Format unter https://pds-imaging.jpl.nasa.gov/data/mars2020/mars2020_imgops/data_aci_imgops/sol/ verfügbar. Die von WATSON erfassten grundlegenden Bilddaten sind nach Sol-Nummer geordnet und im IMG-Format unter https://pds-imaging.jpl.nasa.gov/data/mars2020/mars2020_imgops/data_watson_imgops/sol/ verfügbar.

Der gesamte in diesem Manuskript für die Bild- und Datenverarbeitung verwendete Code verwendet Open-Source-Bibliotheken oder zuvor veröffentlichte, hier beschriebene Methoden. Der Code für die ACI-Kolorierung ist unter der Apache 2.0-Lizenz unter https://github.com/nasa-jpl/ACI-colorization verfügbar. Die Loupe-Software ist Open Source unter der Apache 2.0-Lizenz und unter https://github.com/nasa/Loupe verfügbar.

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Referenzen herunterladen

Wir danken dem gesamten Mars 2020 Perseverance Rover-Team. Die in diesem Artikel beschriebene Forschung wurde teilweise am Jet Propulsion Laboratory des California Institute of Technology im Rahmen eines Vertrags mit der National Aeronautics and Space Administration unter der Fördermittel-Nr. durchgeführt. 80NM0018D0004. Das SHERLOC-Team wird von den Mars 2020 Phase E-Mitteln der NASA für die SHERLOC-Untersuchung unterstützt. S. Siljeström dankt der schwedischen Nationalen Raumfahrtbehörde für die Finanzierung (Vertragsnummern 137/19 und 2021-00092). TF dankt für die Finanzierung durch die Zuschussvereinbarung Nr. der italienischen Raumfahrtagentur (ASI). ASI/INAF-Nr. 2017-48-H-0. S. Shkolyar dankt der NASA für die Unterstützung im Rahmen der Fördermittel-Nr. 80GSFC21M0002.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Sunanda Sharma, Ryan D. Roppel

Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA

Sunanda Sharma, William J. Abbey, Abigail C. Allwood, Emily L. Cardarelli, Lauren P. DeFlores, Yang Liu, Kathryn M. Stack, Kim Steadman, Michael Tuite und Kyle Uckert

Fakultät für Chemie, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA, USA

Ryan D. Roppel, Sanford A. Asher und Sergei V. Bykov

Planetary Science Institute, Tucson, AZ, USA

Ashley E. Murphy

Melanie Sauer and Associates, LLC, Sierra Madre, CA, USA

Luther W. Beegle

Photon Systems Incorporated, Covina, CA, USA

Rohit Bhartia

Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science, Washington, DC, USA

Andrew Steele und Pamela G. Conrad

Das Natural History Museum, London, Großbritannien

Joseph Razzell Hollis und Keyron Hickman-Lewis

Abteilung für Methodik, Textilien und Medizintechnik, RISE Research Institutes of Sweden, Stockholm, Schweden

Sandra Siljeström

Abteilung für Astromaterialforschung und Explorationswissenschaft, NASA Johnson Space Center, Houston, TX, USA

Francis M. McCubbin, Eve L. Berger, Aaron S. Burton, Allison C. Fox, Marc D. Fries, Ryan S. Jakubek und Carina Lee

Texas State University, Houston, TX, USA

Eve L. Berger, Allison C. Fox und Carina Lee

Jacobs JETS II, Houston, TX, USA

Eve L. Berger, Allison C. Fox, Ryan S. Jakubek und Carina Lee

Malin Space Science Systems, Inc., San Diego, Kalifornien, USA

Benjamin L. Bleefeld, Kenneth Edgett, David Harker, Joshua Huggett, Samara Imbeah, Angela Magee, Alyssa Pascuzzo, Carolina Rodriguez Sanchez-Vahamonde, Alyssa Werynski und Megan R. Kennedy

Abteilung für Geowissenschaften, University of Cincinnati, Cincinnati, OH, USA

Andrea Corpolongo & Andrew D. Czaja

Abteilung für Geologie und Planetenwissenschaften, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA

Kenneth A. Farley und Kelsey R. Moore

Astrophysikalisches Observatorium von Arcetri, INAF, Florenz, Italien

Teresa Fornaro

Abteilung für Erd- und Planetenwissenschaften, University of Tennessee, Knoxville, TN, USA

Linda C. Wow

Framework, Silver Spring, MD, USA

Michelle Minitti

Abteilung für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA

Eva L. Scheller

Abteilung für Astronomie, University of Maryland, College Park, MD, USA

Swetlana Shkolyar

Labor für Planetengeologie, Geophysik und Geochemie, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD, USA

Swetlana Shkolyar

Blue Marble Space Institute of Science, Seattle, WA, USA

Swetlana Shkolyar

Abteilung für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften, Purdue University, Lafayette, IN, USA

Roger C. Wiens

Abteilung für Geologische Wissenschaften, University of Florida, Gainesville, FL, USA

Amy J. Williams

Schule für Erd- und Weltraumforschung, Arizona State University, Tempe, AZ, USA

Katherine Winchell

Impossible Sensing, LLC, St. Louis, MO, USA

Anastasia Yanchilina

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SS und RDR trugen gleichermaßen zur Datenanalyse bei und verfassten das Manuskript und die Abbildungen mit wesentlichen Beiträgen von AEM und ASAEM. RB, AS, JRH, SVB, AC und RSJ halfen bei der Datenanalyse und -interpretation. AEM, LWB, RB, AC, AS, WJA, BLB, ELC, PGC, ADC, KE, ACF, DH, JH, SI, LCK, CL, AM, MM, AP, CR, AW, RCWAJW, KW, MW und AY half bei M2020-Überwasseroperationen. LWB und RB sind die ehemaligen Hauptermittler bzw. stellvertretenden Ermittler des SHERLOC-Instruments. MM ist der derzeitige vorläufige Hauptermittler des SHERLOC-Instruments und KU ist der derzeitige stellvertretende Ermittler. KAF und KMS sind die Projektwissenschaftler bzw. stellvertretenden Projektwissenschaftler der M2020-Mission. Alle Autoren haben das Manuskript vor der Einreichung überprüft und bearbeitet.

Korrespondenz mit Sunanda Sharma.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature dankt Philippe Schmitt-Kopplin und Dominic Papineau für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Kolorierte ACI-Bilder aus Vermessungsscans von jedem der 3 natürlichen Ziele (oben links), 4 abgenutzten Máaz-Zielen (rechts) und 3 abgenutzten Séítah-Zielen (unten links). Grüne Punkte stellen den relativen Laserstrahldurchmesser dar, der eine positive Identifizierung für die Fluoreszenz von ~335–350 nm aufweist.

Fluoreszenzemissionen eines Probensatzes organischer 1- und 2-Ring-Verbindungen, analysiert auf einem analogen SHERLOC-Instrument.

A) Kolorierter ACI von Alfalfa (Máaz fm.) HDR-Scan auf Sol 370 mit Laserüberlagerung (grau = keine Fluoreszenz erkannt, gelb = Fluoreszenz bei ~335–350 nm erkannt). Drei interessante Punkte mit deutlicher Fluoreszenz sind weiß markiert und korrelieren mit den geglätteten mittleren Spektren unten. Punkt 1 lag zusammen mit Raman-Detektionen von amorphem Silikat (Breite ~1063 cm−1); Punkt 2 und 3 lagen zusammen mit potenziellen Perchloratnachweisen (~961 cm−1). B) Koloriertes ACI von Dourbes (Séítah fm.), Detail 1 Scan auf Sol 269 mit Laserüberlagerung (grau = keine Fluoreszenz erkannt, gelb = Fluoreszenz bei ~335–350 nm erkannt). Drei interessante Punkte mit deutlicher Fluoreszenz sind weiß markiert und korrelieren mit den untenstehenden Spektren. Punkt 1 lag zusammen mit Raman-Detektionen von potenziellem Olivin (~823 cm−1) und Carbonat (~1077 cm−1); Punkt 2 befand sich zusammen mit einem potenziellen Karbonatnachweis (~10 cm−1); und Punkt 3 mit einem nicht zugeordneten Peak bei ~1015 cm−1.

A) Koloriertes ACI-Bild aus einem Vermessungsscan des Meteoritenkalibrierungsziels von Sol 181. Grüne Punkte stellen den relativen Laserstrahldurchmesser dar, der eine positive Identifizierung für die Fluoreszenz von ~335–350 nm aufweist. B) Mittlere Fluoreszenzspektren von Standorten aller grünen Flecken in A (rotes Spektrum, n = 137) und mittlere Fluoreszenzspektren von grünen Flecken, die durch die schwarze Box vom Vug begrenzt werden (schwarzes Spektrum, n = 36).

A) Kolorierter ACI von Bellegarde (Máaz fm.) HDR-Scan auf Sol 186 mit Laserüberlagerung (grau = keine Fluoreszenz erkannt, gelb = Fluoreszenz bei ~270–295 nm erkannt). Drei interessante Punkte mit Fluoreszenz der Gruppe 3 sind weiß markiert und korrelieren mit den geglätteten mittleren Spektren unten. Punkt 1 und 2 lagen zusammen mit einem potenziellen Phosphat- oder Perchloratnachweis (~973, ~965 cm−1); Punkt 3 befand sich nicht gleichzeitig mit einem Mineralfund. An all diesen Punkten wurde auch eine hochintensive Fluoreszenz der Gruppe 2 festgestellt. B) Koloriertes ACI von Garde (Séítah fm.) Detailmitte 1 Scan auf Sol 208 mit Laserüberlagerung (grau = keine Fluoreszenz erkannt, gelb = Fluoreszenz bei ~290 und 330 nm Dublett erkannt). Drei interessante Punkte mit deutlicher Fluoreszenz sind weiß markiert und korrelieren mit den untenstehenden Spektren. Alle drei Punkte wurden zusammen mit Raman-Detektionen von potenziellem Carbonat (~1088, ~1080, ~1085 cm−1) lokalisiert.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Sharma, S., Roppel, RD, Murphy, AE et al. Vielfältige organisch-mineralische Assoziationen im Jezero-Krater auf dem Mars. Natur 619, 724–732 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06143-z

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Eingegangen: 07. Juni 2022

Angenommen: 27. April 2023

Veröffentlicht: 12. Juli 2023

Ausgabedatum: 27. Juli 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06143-z

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