Proteção planetária - Planetary protection

Uma sonda Viking sendo preparada para esterilização por calor seco  - este continua sendo o "padrão prateado" da proteção planetária atual.

A proteção planetária é um princípio orientador no projeto de uma missão interplanetária , com o objetivo de evitar a contaminação biológica do corpo celeste alvo e da Terra no caso de missões de retorno de amostra. A proteção planetária reflete tanto a natureza desconhecida do ambiente espacial quanto o desejo da comunidade científica de preservar a natureza primitiva dos corpos celestes até que possam ser estudados em detalhes.

Existem dois tipos de contaminação interplanetária . A contaminação direta é a transferência de organismos viáveis da Terra para outro corpo celeste. A contaminação reversa é a transferência de organismos extraterrestres , se houver, de volta para a biosfera terrestre .

História

O problema potencial de contaminação lunar e planetária foi levantado pela primeira vez no VII Congresso da Federação Internacional de Astronáutica , em Roma, em 1956.

Em 1958, a Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos (NAS) aprovou uma resolução declarando: “A Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América pede que os cientistas planejem estudos lunares e planetários com grande cuidado e profunda preocupação para que as operações iniciais não comprometam e tornar impossível para sempre após experimentos científicos críticos. ” Isso levou à criação do Comitê ad hoc de Contaminação por Exploração Extraterrestre (CETEX), que se reuniu por um ano e recomendou a esterilização de espaçonaves interplanetárias , e declarou: “A necessidade de esterilização é apenas temporária. Marte e possivelmente Vênus precisam permanecer não contaminados apenas até que o estudo por naves tripuladas se torne possível ”.

Em 1959, a proteção planetária foi transferida para o recém-formado Comitê de Pesquisa Espacial (COSPAR). A COSPAR em 1964 emitiu a Resolução 26 afirmando que:

a busca por vida extraterrestre é um objetivo importante da pesquisa espacial, que o planeta de Marte possa oferecer a única oportunidade viável de conduzir essa busca em um futuro previsível, que a contaminação deste planeta tornaria tal busca muito mais difícil e possivelmente até mesmo impediria para todos os tempos um resultado inequívoco, que todas as etapas práticas devem ser tomadas para garantir que Marte não seja biologicamente contaminado até que esta pesquisa tenha sido realizada de forma satisfatória, e que a cooperação na programação adequada de experimentos e uso de técnicas adequadas de esterilização de espaçonaves é exigido por parte de todas as autoridades de lançamento de sondas espaciais para evitar tal contaminação.

Signatários do Tratado do Espaço Exterior - inclui todos os Estados-nação atuais e aspirantes a voos espaciais. Ao assinar o tratado, essas nações-estados se comprometeram com a proteção planetária.

  Assinado e ratificado

  Assinado apenas

  Não assinado

Em 1967, os EUA, a URSS e o Reino Unido ratificaram o Tratado do Espaço Exterior das Nações Unidas . A base legal para a proteção planetária encontra-se no Artigo IX deste tratado:

"Artigo IX: ... Os Estados Partes do Tratado devem realizar estudos do espaço sideral, incluindo a Lua e outros corpos celestes, e conduzir a exploração deles de modo a evitar sua contaminação prejudicial e também mudanças adversas no meio ambiente da Terra resultantes desde a introdução de matéria extraterrestre e, quando necessário, deve adotar as medidas adequadas para esse fim ...

Este tratado já foi assinado e ratificado por 104 estados-nação. Outros 24 assinaram, mas não ratificaram. Todos os atuais Estados-nação com viagens espaciais o assinaram e ratificaram. Entre as nações com aspirações de viagens espaciais, algumas ainda não ratificaram: os Emirados Árabes Unidos, a Síria e a Coréia do Norte assinaram, mas ainda não ratificaram.

O Tratado do Espaço Sideral tem apoio internacional consistente e generalizado e, como resultado disso, juntamente com o fato de se basear na declaração de 1963 que foi adotada por consenso na Assembleia Nacional da ONU, assumiu o status de internacional consuetudinário lei. As disposições do Tratado do Espaço Exterior são, portanto, obrigatórias para todos os estados, mesmo aqueles que não o assinaram nem o ratificaram.

Para a contaminação direta, a frase a ser interpretada é "contaminação prejudicial". Duas revisões legais chegaram a interpretações divergentes desta cláusula (ambas as revisões não eram oficiais). No entanto, a interpretação atualmente aceita é que “qualquer contaminação que resulte em danos aos experimentos ou programas de um estado deve ser evitada”. A política da NASA declara explicitamente que “a condução de investigações científicas de possíveis formas de vida extraterrestre, precursores e remanescentes não deve ser comprometida”.

Recomendações e categorias COSPAR

O Comitê de Pesquisas Espaciais (COSPAR) se reúne a cada dois anos, em uma reunião de 2.000 a 3.000 cientistas, e uma de suas tarefas é desenvolver recomendações para evitar a contaminação interplanetária. Sua base legal é o Artigo IX do Tratado do Espaço Exterior (veja a história abaixo para detalhes ).

Suas recomendações dependem do tipo de missão espacial e do corpo celeste explorado. COSPAR categoriza as missões em 5 grupos:

• Categoria I: Qualquer missão em locais não de interesse direto para a evolução química ou a origem da vida , como o Sol ou Mercúrio . Sem requisitos de proteção planetária.
• Categoria II: Qualquer missão em locais de interesse significativo para a evolução química e a origem da vida, mas apenas uma chance remota de que a contaminação transmitida pela espaçonave possa comprometer as investigações. Os exemplos incluem a Lua , Vênus e cometas . Requer apenas documentação simples, principalmente para delinear os alvos de impacto pretendidos ou potenciais e um relatório de fim de missão de qualquer local de impacto inadvertido, se tal ocorreu.
• Categoria III: Flyby e missões orbitais para locais de interesse significativo para a evolução química ou a origem da vida, e com uma chance significativa de que a contaminação possa comprometer investigações, por exemplo, Marte , Europa , Enceladus . Requer mais documentação envolvida do que a Categoria II. Outros requisitos, dependendo da missão, podem incluir polarização de trajetória, montagem de sala limpa, redução de carga biológica e, se houver possibilidade de impacto, inventário de orgânicos.
• Categoria IV: Missões de pouso ou sonda nos mesmos locais da Categoria III. As medidas a serem aplicadas dependem do corpo alvo e das operações planejadas. "A esterilização de toda a espaçonave pode ser necessária para landers e rovers com experimentos de detecção de vida e para aqueles que pousam ou se deslocam para uma região onde microorganismos terrestres podem sobreviver e crescer, ou onde a vida indígena pode estar presente. Para outros landers e rovers , os requisitos seriam para descontaminação e esterilização parcial do hardware pousado. "

As missões a Marte na categoria IV são ainda subclassificadas:

• Categoria IVa. Landers que não procuram vida marciana - usa os requisitos de pré-esterilização do lander Viking, um máximo de 300.000 esporos por espaçonave e 300 esporos por metro quadrado.
• Categoria IVb. Landers que procuram a vida marciana. Adiciona requisitos extras rigorosos para evitar a contaminação das amostras.
• Categoria IVc. Qualquer componente que acesse uma região especial marciana (veja abaixo) deve ser esterilizado a pelo menos até os níveis de carga biológica pós-esterilização Viking de 30 esporos no total por espaçonave.

• Categoria V: é subdividida em devolução de amostra irrestrita e restrita.

• Categoria V irrestrita: amostras de locais julgados por opinião científica como não tendo formas de vida indígenas. Nenhum requesito especial.
• Categoria Restrita V: (onde a opinião científica é incerta) os requisitos incluem: proibição absoluta de impacto destrutivo no retorno, contenção de todo o hardware devolvido que contatou diretamente o corpo alvo e contenção de qualquer amostra não esterilizada devolvida à Terra.

Para missões da Categoria IV, um certo nível de carga biológica é permitido para a missão. Em geral, isso é expresso como uma 'probabilidade de contaminação', que deve ser inferior a uma chance em 10.000 de contaminação direta por missão, mas no caso de missões da Categoria IV de Marte (acima), o requisito foi traduzido em uma contagem de Bacillus esporos por área de superfície, como um método de ensaio fácil de usar.

Documentação mais extensa também é necessária para a Categoria IV. Outros procedimentos necessários, dependendo da missão, podem incluir polarização de trajetória, o uso de salas limpas durante a montagem e teste da espaçonave, redução de bioload, esterilização parcial do hardware em contato direto com o corpo alvo, um bioescudo para esse hardware e, em casos raros, esterilização completa de toda a espaçonave.

Para missões restritas da Categoria V, a recomendação atual é que nenhuma amostra não contida seja devolvida, a menos que esterilizada. Uma vez que a esterilização das amostras devolvidas destruiria muito de seu valor científico, as propostas atuais envolvem procedimentos de contenção e quarentena. Para obter detalhes, consulte Contenção e quarentena abaixo. As missões da Categoria V também devem cumprir os requisitos da Categoria IV para proteger o corpo-alvo da contaminação direta.

Regiões especiais de Marte

Uma região especial é uma região classificada pelo COSPAR onde os organismos terrestres podem se propagar prontamente, ou acredita-se que tenham um alto potencial para a existência de formas de vida marcianas. Isso se aplica a qualquer região de Marte onde a água líquida ocorre, ou pode ocorrer ocasionalmente, com base no entendimento atual dos requisitos para a vida.

Se um pouso forçado arriscar a contaminação biológica de uma região especial, todo o sistema de pouso deve ser esterilizado para COSPAR categoria IVc.

Categorias alvo

Alguns alvos são facilmente categorizados. Outros são atribuídos a categorias provisórias pelo COSPAR, aguardando futuras descobertas e pesquisas.

O workshop COSPAR de 2009 sobre proteção planetária para satélites de planetas externos e pequenos corpos do sistema solar abordou isso com alguns detalhes. A maioria dessas avaliações são desse relatório, com alguns refinamentos futuros. Este workshop também deu definições mais precisas para algumas das categorias:

Categoria I

“Não é de interesse direto para a compreensão do processo de evolução química ou da origem da vida.”

• Io, Sol, Mercúrio, asteróides metamorfoseados indiferenciados

Categoria II

… Onde há apenas uma chance remota de que a contaminação transportada por uma espaçonave possa prejudicar a exploração futura ”. Neste caso, definimos "acaso remoto" como "a ausência de nichos (locais onde os microrganismos terrestres poderiam proliferar) e / ou uma probabilidade muito baixa de transferência para esses locais."

• Calisto, cometas, asteróides das categorias P, D e C, Vênus, objetos do cinturão de Kuiper (KBO) <1/2 do tamanho de Plutão.

Categoria Provisória II

• Ganimedes, Titã , Tritão, o sistema Plutão-Caronte e outros grandes KBOs (> 1/2 do tamanho de Plutão), Ceres

Provisoriamente, atribuíram esses objetos à Categoria II. No entanto, eles afirmam que mais pesquisas são necessárias, porque há uma possibilidade remota de que as interações das marés de Plutão e Caronte possam manter algum reservatório de água abaixo da superfície. Considerações semelhantes se aplicam a outros KBOs maiores.

Tritão não é suficientemente compreendido no momento para dizer que é definitivamente desprovido de água líquida. As únicas observações de perto até agora são as da Voyager 2 .

Em uma discussão detalhada de Titã, os cientistas concluíram que não havia perigo de contaminação de sua superfície, exceto a adição de curto prazo de quantidades insignificantes de orgânicos, mas Titã poderia ter um reservatório de água abaixo da superfície que se comunica com a superfície, e se assim for, este pode estar contaminado.

No caso de Ganimedes, a questão é, dado que sua superfície mostra sinais generalizados de ressurgimento, há alguma comunicação com seu oceano subterrâneo? Eles não encontraram nenhum mecanismo conhecido pelo qual isso pudesse acontecer, e a espaçonave Galileo não encontrou nenhuma evidência de criovulcanismo . Inicialmente, eles o atribuíram como Prioridade B menos, o que significa que as missões precursoras são necessárias para avaliar sua categoria antes de quaisquer missões de superfície. No entanto, após uma discussão mais aprofundada, eles o designaram provisoriamente para a Categoria II, de modo que nenhuma missão precursora é necessária, dependendo de pesquisas futuras.

Se houver criotovulcanismo em Ganimedes ou Titã, acredita-se que o reservatório subterrâneo esteja 50 - 150 km abaixo da superfície. Eles não conseguiram encontrar um processo que pudesse transferir a água derretida da superfície de volta por 50 km de gelo até o fundo do mar. É por isso que Ganimedes e Titã foram designados a uma Categoria II provisória razoavelmente firme, mas com resultados pendentes de pesquisas futuras.

Corpos gelados que mostram sinais de ressurgimento recente precisam de uma discussão mais aprofundada e podem precisar ser atribuídos a uma nova categoria, dependendo de pesquisas futuras. Esta abordagem foi aplicada, por exemplo, a missões em Ceres . A categoria de proteção planetária está sujeita a revisão durante a missão do orbitador Ceres ( Dawn ) dependendo dos resultados encontrados.

Categoria III / IV

“... onde houver uma chance significativa de que a contaminação transportada por uma espaçonave possa comprometer a exploração futura.” Definimos "chance significativa" como "a presença de nichos (locais onde os microrganismos terrestres poderiam proliferar) e a probabilidade de transferência para esses locais."

• Marte por causa de possíveis habitats de superfície.
• Europa por causa de seu oceano subterrâneo.
• Encélado por causa da evidência de plumas de água.

Categoria V

Categoria V irrestrita: "Missões de retorno à Terra de corpos considerados pela opinião científica como não tendo formas de vida indígenas."

Categoria V restrita: "Missões de retorno à Terra de corpos considerados pela opinião científica como de interesse significativo para o processo de evolução química ou a origem da vida."

Na categoria V para amostra de retorno as conclusões até agora são:

• Categoria irrestrita V: Vênus , a lua.
• Categoria restrita V: Marte, Europa, Enceladus.

A equação de Coleman-Sagan

O objetivo dos regulamentos atuais é manter o número de microrganismos baixo o suficiente para que a probabilidade de contaminação de Marte (e outros alvos) seja aceitável. Não é um objetivo zerar a probabilidade de contaminação.

O objetivo é manter a probabilidade de contaminação de 1 chance em 10.000 de contaminação por missão voada. Este valor é obtido tipicamente pela multiplicação do número de microrganismos na espaçonave, a probabilidade de crescimento no corpo alvo e uma série de fatores de redução da bioload.

Em detalhes, o método usado é a equação de Coleman-Sagan.

${\ displaystyle P_ {c} = N_ {0} RP_ {S} P_ {t} P_ {R} P_ {g}}$.

Onde

${\ displaystyle N_ {0}}$ = o número de microorganismos na espaçonave inicialmente

${\ displaystyle R}$ = Redução devido às condições da espaçonave antes e depois do lançamento

${\ displaystyle P_ {S}}$ = Probabilidade de que os microorganismos da espaçonave atinjam a superfície do planeta

${\ displaystyle P_ {t}}$ = Probabilidade de que a espaçonave atinja o planeta - isto é 1 para um módulo de pouso

${\ displaystyle P_ {R}}$ = Probabilidade de microorganismo ser liberado no ambiente quando no solo, geralmente definida como 1 para aterrissagem.

${\ displaystyle P_ {g}}$= Probabilidade de crescimento. Para alvos com água líquida, isso é definido como 1 para fins de cálculo.

Então, o requisito é ${\ displaystyle P_ {c} <10 ^ {- 4}}$

O é um número escolhido por Sagan et al., Um tanto arbitrariamente. Sagan e Coleman presumiram que cerca de 60 missões à superfície de Marte ocorreriam antes que a exobiologia de Marte fosse totalmente compreendida, 54 delas bem-sucedidas e 30 sobrevôos ou orbitadores, e o número foi escolhido para suportar uma probabilidade de manter o planeta livre de contaminação de pelo menos 99,9% durante o período de exploração. ${\ displaystyle 10 ^ {- 4}}$

Críticas

A equação de Coleman-Sagan foi criticada porque os parâmetros individuais muitas vezes não são mais conhecidos do que uma magnitude ou algo assim. Por exemplo, a espessura do gelo da superfície de Europa é desconhecida e pode ser fina em alguns lugares, o que pode dar origem a um alto nível de incerteza na equação. Também foi criticado por causa da suposição inerente feita de um fim para o período de proteção e exploração humana futura. No caso do Europa, isso só o protegeria com probabilidade razoável durante o período de exploração.

Greenberg sugeriu uma alternativa, usar o padrão de contaminação natural - que nossas missões à Europa não deveriam ter uma chance maior de contaminá-la do que a chance de contaminação por meteoritos da Terra.

Enquanto a probabilidade de pessoas infectarem outros planetas com micróbios terrestres for substancialmente menor do que a probabilidade de que tal contaminação aconteça naturalmente, as atividades de exploração, em nossa opinião, não causariam danos. Chamamos esse conceito de padrão de contaminação natural.

Outra abordagem para Europa é o uso de árvores de decisão binárias, que é favorecido pelo Comitê de Padrões de Proteção Planetária para Corpos Gelados no Sistema Solar Externo sob os auspícios do Conselho de Estudos Espaciais. Isso passa por uma série de sete etapas, levando a uma decisão final sobre ir em frente com a missão ou não.

Recomendação: Abordagens para alcançar a proteção planetária não devem depender da multiplicação de estimativas de bioload e probabilidades para calcular a probabilidade de contaminação de corpos do Sistema Solar com organismos terrestres, a menos que dados científicos definam inequivocamente os valores, variação estatística e independência mútua de cada fator usado no equação.

Recomendação: Abordagens para alcançar proteção planetária para missões em corpos gelados do Sistema Solar devem empregar uma série de decisões binárias que consideram um fator de cada vez para determinar o nível apropriado de procedimentos de proteção planetária a serem usados.

Contenção e quarentena para devolução de amostra restrita da Categoria V

No caso de missões restritas de Categoria V, a Terra seria protegida por quarentena de amostra e astronautas em uma instalação de nível 4 de Biossegurança a ser construída . No caso de um retorno de amostra de Marte, as missões seriam projetadas de forma que nenhuma parte da cápsula que encontra a superfície de Marte seja exposta ao ambiente terrestre. Uma maneira de fazer isso é encerrar o recipiente da amostra dentro de um recipiente externo maior da Terra, no vácuo do espaço. A integridade de quaisquer selos é essencial e o sistema também deve ser monitorado para verificar a possibilidade de danos ao micro-meteorito durante o retorno à Terra.

A recomendação do relatório do ESF é que

“Nenhum material não contido de Marte, incluindo superfícies de espaçonaves que foram expostas ao ambiente de Marte, deve ser devolvido à Terra, a menos que seja esterilizado"

... "Para amostras não esterilizadas devolvidas à Terra, um programa de detecção de vida e teste de risco biológico ou uma esterilização comprovada processo, deve ser realizado como uma pré-condição absoluta para a distribuição controlada de qualquer porção da amostra. ”

Não foram realizadas devoluções de categoria V restritas. Durante o programa Apollo, os retornos das amostras foram regulamentados pela Lei de Exposição Extraterrestre . Isso foi rescindido em 1991, portanto, novos regulamentos precisariam ser promulgados. Os procedimentos de quarentena da era Apollo são de interesse como a única tentativa até o momento de um retorno à Terra de uma amostra que, na época, se pensava ter a possibilidade remota de incluir vida extraterrestre.

Amostras e astronautas foram colocados em quarentena no Laboratório de Recebimento Lunar . Os métodos usados ​​seriam considerados inadequados para contenção pelos padrões modernos. Além disso, o laboratório receptor lunar seria considerado uma falha por seus próprios critérios de design, já que o retorno da amostra não continha o material lunar, com dois pontos de falha durante a missão de retorno da Apollo 11, no splashdown e na própria instalação.

No entanto, o Laboratório de Recebimento Lunar foi construído rapidamente, com apenas dois anos do início ao fim, um período de tempo agora considerado inadequado. As lições aprendidas com ele podem ajudar no projeto de qualquer instalação de recebimento de amostras da Mars.

Os critérios de projeto para uma proposta Mars Sample Return Facility e para a missão de retorno foram desenvolvidos pelo American National Research Council e pela European Space Foundation. Eles concluíram que poderia ser baseado na contenção de risco biológico 4, mas com requisitos mais rigorosos para conter microorganismos desconhecidos, possivelmente tão pequenos ou menores do que os menores microorganismos terrestres conhecidos, os ultramicrobactérias . O estudo do ESF também recomendou que ele deveria ser projetado para conter os menores agentes de transferência de genes, se possível, pois estes poderiam potencialmente transferir DNA de microrganismos marcianos para microrganismos terrestres se eles tivessem uma ancestralidade evolutiva compartilhada. Também precisa funcionar como uma instalação de sala limpa para proteger as amostras da contaminação terrestre que poderia confundir os testes de detecção de vida sensíveis que seriam usados ​​nas amostras.

Antes da devolução de uma amostra, novas leis de quarentena seriam necessárias. A avaliação ambiental também seria necessária, e várias outras leis domésticas e internacionais não presentes durante a era Apollo precisariam ser negociadas.

Procedimentos de descontaminação

Para todas as missões espaciais que requerem descontaminação, o ponto de partida é a montagem da sala limpa em salas limpas de classe 100, padrão federal dos EUA . São salas com menos de 100 partículas de 0,5 µm ou maiores por pé cúbico. Os engenheiros usam trajes de sala limpa com apenas os olhos expostos. Os componentes são esterilizados individualmente antes da montagem, tanto quanto possível, e eles limpam as superfícies frequentemente com toalhetes com álcool durante a montagem. Os esporos de Bacillus subtilis foram escolhidos não apenas por sua capacidade de gerar esporos prontamente, mas também por seu uso bem estabelecido como espécie modelo. É um rastreador útil dos efeitos da irradiação UV devido à sua alta resiliência a uma variedade de condições extremas. Como tal, é uma espécie indicadora importante de contaminação direta no contexto da proteção planetária.

Para missões da Categoria IVa (sondas de Marte que não procuram vida marciana), o objetivo é reduzir a carga biológica para 300.000 esporos bacterianos em qualquer superfície a partir da qual os esporos possam chegar ao ambiente marciano. Quaisquer componentes tolerantes ao calor são esterilizados por calor a 114 ° C. Eletrônicos sensíveis, como a caixa do núcleo do rover, incluindo o computador, são selados e ventilados por meio de filtros de alta eficiência para manter todos os micróbios dentro.

Para missões mais sensíveis, como a Categoria IVc (para regiões especiais de Marte ), um nível muito mais alto de esterilização é necessário. Estes precisam ser semelhantes aos níveis implementados nas sondas Viking, que foram esterilizadas para uma superfície que, na época, era considerada potencialmente hospitaleira para a vida semelhante às regiões especiais de Marte hoje.

Em microbiologia, geralmente é impossível provar que não há mais microrganismos viáveis, uma vez que muitos microrganismos ainda não foram estudados ou não são cultiváveis. Em vez disso, a esterilização é feita usando uma série de reduções dez vezes maiores do número de microrganismos presentes. Depois de um número suficiente de reduções dez vezes maiores, a chance de haver restos de microrganismos será extremamente baixa.

As duas sondas Viking Mars foram esterilizadas usando esterilização por calor seco. Após a limpeza preliminar para reduzir a carga biológica a níveis semelhantes aos atuais espaçonaves Categoria IVa, a espaçonave Viking foi tratada termicamente por 30 horas a 112 ° C, 125 ° C nominais (cinco horas a 112 ° C foram considerados suficientes para reduzir a população dez vezes mesmo para partes fechadas da espaçonave, então isso foi o suficiente para uma redução de um milhão de vezes da população originalmente baixa).

Os materiais modernos, no entanto, muitas vezes não são projetados para lidar com essas temperaturas, especialmente porque as espaçonaves modernas costumam usar componentes "disponíveis no mercado". Os problemas encontrados incluem recursos em nanoescala com apenas alguns átomos de espessura, embalagem de plástico e métodos de fixação condutiva de epóxi. Além disso, muitos sensores de instrumentos não podem ser expostos a altas temperaturas, e altas temperaturas podem interferir nos alinhamentos críticos dos instrumentos.

Como resultado, novos métodos são necessários para esterilizar uma espaçonave moderna para as categorias superiores, como a Categoria IVc para Marte, semelhante à Viking. Os métodos em avaliação, ou já aprovados, incluem:

• Peróxido de hidrogênio na fase de vapor - eficaz, mas pode afetar acabamentos, lubrificantes e materiais que usam anéis aromáticos e ligações de enxofre. Isso foi estabelecido, revisado e uma especificação da NASA / ESA para uso do VHP foi aprovada pelo Oficial de Proteção Planetária, mas ainda não foi publicada formalmente.
• Óxido de etileno - amplamente utilizado na indústria médica e pode ser utilizado em materiais não compatíveis com o peróxido de hidrogênio. Ele está sendo considerado para missões como ExoMars .
• A radiação gama e feixes de elétrons têm sido sugeridos como um método de esterilização, visto que são amplamente usados ​​na indústria médica. Eles precisam ser testados quanto à compatibilidade com materiais de espaçonaves e geometrias de hardware, e ainda não estão prontos para revisão.

Alguns outros métodos são interessantes, pois podem esterilizar a espaçonave após a chegada ao planeta.

• Neve supercrítica de dióxido de carbono (Marte) - é mais eficaz contra vestígios de compostos orgânicos em vez de microorganismos inteiros. Tem a vantagem de eliminar os traços orgânicos - enquanto outros métodos matam os microorganismos, eles deixam traços orgânicos que podem confundir os instrumentos de detecção de vida. Está a ser estudado pelo JPL e pela ESA.
• Esterilização passiva por radiação UV (Marte). Altamente eficaz contra muitos microorganismos, mas não todos, pois uma cepa de Bacillus encontrada em instalações de montagem de espaçonaves é particularmente resistente à radiação UV. Também é complicado por possível sombreamento por poeira e hardware de espaçonave.
• Esterilização passiva através de fluxos de partículas (Europa). Os planos para missões à Europa levam crédito por reduções devido a isso.

Detecção e avaliação de bioburden

A contagem de esporos é usada como uma medida indireta do número de microorganismos presentes. Normalmente, 99% dos microrganismos por espécie não formarão esporos e serão capazes de sobreviver em estados dormentes, portanto, espera-se que o número real de microrganismos dormentes viáveis ​​que permanecem na espaçonave esterilizada seja muitas vezes o número de microrganismos formadores de esporos.

Um novo método de esporos aprovado é o "Teste Rápido de Esporos". Baseia-se em sistemas comerciais de ensaio rápido, detecta esporos diretamente e não apenas microorganismos viáveis ​​e dá resultados em 5 horas em vez de 72 horas.

Desafios

Também há muito se reconhece que as salas de limpeza de naves espaciais abrigam poliextremófilos como os únicos micróbios capazes de sobreviver neles. Por exemplo, em um estudo recente, micróbios de cotonetes do rover Curiosity foram submetidos a dessecação, exposição a raios ultravioleta, frio e pH extremos. Quase 11% das 377 cepas sobreviveram a mais de uma dessas condições severas. Os genomas de esporos resistentes que produzem Bacillus sp. foram estudados e traços de nível de genoma potencialmente ligados à resistência foram relatados.

Isso não significa que esses micróbios contaminaram Marte. Esta é apenas a primeira etapa do processo de redução da carga biológica. Para contaminar Marte, eles também precisam sobreviver à baixa temperatura, vácuo, UV e radiação ionizante durante os meses de viagem até Marte, e então precisam encontrar um habitat em Marte e começar a se reproduzir lá. Se isso aconteceu ou não, é uma questão de probabilidade. O objetivo da proteção planetária é tornar essa probabilidade o mais baixa possível. A probabilidade alvo atualmente aceita de contaminação por missão é reduzi-la para menos de 0,01%, embora no caso especial de Marte, os cientistas também confiem nas condições hostis de Marte para tomar o lugar do estágio final de redução decimal do tratamento térmico usado para Viking. Mas com a tecnologia atual, os cientistas não podem reduzir as probabilidades a zero.

Novos métodos

Dois métodos moleculares recentes foram aprovados para avaliação de contaminação microbiana em superfícies de espaçonaves.

• Detecção de trifosfato de adenosina (ATP) - este é um elemento chave no metabolismo celular. Este método é capaz de detectar organismos não cultiváveis. Também pode ser desencadeada por material biológico não viável, podendo dar um "falso positivo".
• Ensaio Limulus Amebocyte Lysate - detecta lipopolissacarídeos (LPS). Este composto está presente apenas em bactérias Gram-negativas. O ensaio padrão analisa esporos de micróbios que são primariamente Gram-positivos , tornando difícil relacionar os dois métodos.

Prevenção de impactos

Isso se aplica particularmente às missões orbitais, Categoria III, pois são esterilizadas em um padrão inferior do que as missões à superfície. Também é relevante para os pousadores, já que um impacto dá mais oportunidade de contaminação direta, e o impacto pode ser em um alvo não planejado, como uma região especial em Marte.

O requisito para uma missão orbital é que ela precisa permanecer em órbita por pelo menos 20 anos após a chegada a Marte com probabilidade de pelo menos 99% e por 50 anos com probabilidade de pelo menos 95%. Este requisito pode ser eliminado se a missão for esterilizada de acordo com o padrão de esterilização Viking.

Na era Viking (1970), o requisito era dado como uma única figura, que qualquer missão orbital deveria ter uma probabilidade de impacto inferior a 0,003% durante a atual fase exploratória de exploração de Marte.

Tanto para landers quanto orbiters, a técnica de polarização de trajetória é usada durante a aproximação do alvo. A trajetória da espaçonave é projetada de forma que, se as comunicações forem perdidas, ela errará o alvo.

Problemas com prevenção de impacto

Apesar dessas medidas, houve uma falha notável na prevenção de impactos. O Mars Climate Orbiter, que foi esterilizado apenas para a Categoria III, caiu em Marte em 1999 devido a uma mistura de unidades imperiais e métricas. O escritório de proteção planetária afirmou que é provável que tenha queimado na atmosfera, mas se sobreviveu ao solo, pode causar contaminação direta.

Mars Observer é outra missão de Categoria III com potencial contaminação planetária. As comunicações foram perdidas três dias antes de sua manobra de inserção orbital em 1993. Parece mais provável que ela não tenha conseguido entrar em órbita ao redor de Marte e simplesmente continuou em uma órbita heliocêntrica. Se ele conseguiu seguir sua programação automática e tentou a manobra, no entanto, há uma chance de que ele tenha caído em Marte.

Três módulos de pouso tiveram pousos difíceis em Marte. Estes são Schiaparelli EDM Lander , Mars Polar Lander e Deep Space 2 . Todos eles foram esterilizados para missões de superfície, mas não para regiões especiais (apenas pré-esterilização Viking). Mars Polar Lander e Deep Space 2 colidiram com as regiões polares que agora são tratadas como regiões especiais devido à possibilidade de formar salmouras líquidas.

Controvérsias

Argumento de meteorito

Alberto G. Fairén e Dirk Schulze-Makuch publicaram um artigo na Nature recomendando que as medidas de proteção planetária sejam reduzidas. Eles deram como principal razão para isso, que a troca de meteoritos entre a Terra e Marte significa que qualquer vida na Terra que pudesse sobreviver em Marte já chegou lá e vice-versa.

Robert Zubrin usou argumentos semelhantes em favor de sua visão de que o risco de contaminação nas costas não tem validade científica.

Refutação por NRC

O argumento do meteorito foi examinado pelo NRC no contexto de contaminação posterior. Pensa-se que todos os meteoritos marcianos se originam em relativamente poucos impactos a cada poucos milhões de anos em Marte. Os impactores teriam quilômetros de diâmetro e as crateras que formam em Marte, dezenas de quilômetros de diâmetro. Os modelos de impactos em Marte são consistentes com essas descobertas.

A Terra recebe um fluxo constante de meteoritos de Marte, mas eles vêm de relativamente poucos impactadores originais, e a transferência era mais provável no início do Sistema Solar. Além disso, algumas formas de vida viáveis ​​em Marte e na Terra podem ser incapazes de sobreviver à transferência de um meteorito, e até agora não há evidência direta de qualquer transferência de vida de Marte para a Terra dessa forma.

O NRC concluiu que, embora a transferência seja possível, as evidências da troca de meteoritos não eliminam a necessidade de métodos de proteção contra contaminação posterior.

Impactos na Terra capazes de enviar microorganismos a Marte também são raros. Impactores de 10 km de diâmetro ou mais podem enviar detritos para Marte através da atmosfera da Terra, mas eles ocorrem raramente e eram mais comuns no início do Sistema Solar.

Proposta para acabar com a proteção planetária para Marte

Em seu artigo de 2013 "The Over Protection of Mars", Alberto Fairén e Dirk Schulze-Makuch sugeriram que não precisamos mais proteger Marte, essencialmente usando o argumento de transferência de meteorito de Zubrin. Isso foi refutado em um artigo de acompanhamento "Proteção Apropriada de Marte", na Nature pelos atuais e anteriores oficiais de proteção planetária Catharine Conley e John Rummel.

Crítica das medidas de contenção da Categoria V

O consenso científico é que o potencial para efeitos em larga escala, seja por meio da patogênese ou da interrupção ecológica, é extremamente pequeno. No entanto, as amostras devolvidas de Marte serão tratadas como potencialmente perigosas até que os cientistas possam determinar se as amostras devolvidas são seguras. O objetivo é reduzir a probabilidade de liberação de uma partícula de Marte para menos de uma em um milhão.

Propostas de política

Contaminação não biológica

Um workshop do COSPAR em 2010 abordou questões relacionadas à proteção de áreas contra contaminação não biológica. Eles recomendaram que a COSPAR expandisse suas atribuições para incluir tais questões. As recomendações do workshop incluem:

Recomendação 3 COSPAR deve adicionar uma política separada e paralela para fornecer orientação sobre os requisitos / melhores práticas para a proteção de aspectos não vivos / não relacionados à vida do Espaço Exterior e corpos celestes

Algumas idéias propostas incluem regiões especiais protegidas, ou "Parques Planetários", para manter as regiões do Sistema Solar intactas para futuras investigações científicas e também por razões éticas.

Extensões propostas

O astrobiólogo Christopher McKay argumentou que, até que tenhamos uma melhor compreensão de Marte, nossas explorações devem ser biologicamente reversíveis. Por exemplo, se todos os microorganismos introduzidos em Marte até agora permanecerem dormentes dentro da espaçonave, eles poderiam, em princípio, ser removidos no futuro, deixando Marte completamente livre da contaminação das formas de vida modernas da Terra.

No workshop de 2010, uma das recomendações para consideração futura foi estender o período de prevenção da contaminação ao máximo de vida viável dos microrganismos latentes introduzidos no planeta.

“' Recomendação 4.' A COSPAR deve considerar que a proteção adequada da vida extraterrestre indígena em potencial deve incluir evitar a contaminação prejudicial de qualquer ambiente habitável - existente ou previsível - dentro do tempo potencial máximo de viabilidade de quaisquer organismos terrestres (incluindo esporos microbianos) que podem ser introduzidos naquele ambiente por atividade humana ou robótica. "

No caso do Europa , uma ideia semelhante foi sugerida, de que não é suficiente mantê-lo livre de contaminação durante o nosso atual período de exploração. Pode ser que Europa tenha interesse científico suficiente para que a raça humana tenha o dever de mantê-la intocada para que as gerações futuras também a estudem. Esta foi a opinião majoritária da força-tarefa de 2000 que examinou o Europa, embora houvesse uma opinião minoritária da mesma força-tarefa de que tais medidas de proteção fortes não são necessárias.

"Uma consequência dessa visão é que Europa deve ser protegida da contaminação por um período indeterminado, até que seja demonstrado que não existe oceano ou que não há organismos presentes. Portanto, precisamos nos preocupar com o fato de que, ao longo de uma escala de tempo, da ordem de 10 milhões a 100 milhões de anos (uma idade aproximada para a superfície da Europa), qualquer material contaminante provavelmente será carregado para a crosta de gelo profunda ou para o oceano subjacente. "

Em julho de 2018, as Academias Nacionais de Ciências, Engenharia e Medicina emitiram uma Revisão e Avaliação dos Processos de Desenvolvimento de Políticas de Proteção Planetária. Em parte, o relatório exorta a NASA a criar um amplo plano estratégico que cubra a contaminação frontal e traseira. O relatório também expressa preocupação com as missões da indústria privada, para as quais não há autoridade reguladora governamental.

Protegendo objetos além do sistema solar

A proposta do físico alemão Claudius Gros , de que a tecnologia do projeto Breakthrough Starshot pode ser utilizada para estabelecer uma biosfera de organismos unicelulares em exoplanetas de outra forma apenas transitivamente habitáveis , gerou uma discussão, até que ponto a proteção planetária deve ser estendida aos exoplanetas . Gros argumenta que as escalas de tempo estendidas das missões interestelares implicam que a proteção planetária e exoplanetária têm bases éticas diferentes.

Veja também

• Astrobiologia  - Ciência preocupada com a vida no universo
• ExoMars  - programa de astrobiologia estudando Marte
• Lista de microrganismos testados no espaço sideral  - artigo da lista da Wikipedia
• Marte 2020  - missão astrobiológica do Mars rover pela NASA
• Panspermia  - Hipótese sobre a propagação interestelar da vida primordial

Referências

Referências gerais

links externos

• Sem insetos, por favor, este é um planeta limpo! ( Artigo ESA )
• Política de proteção planetária COSPAR, julho de 2008 ( artigo COSPAR )
• Site de proteção planetária da NASA
• JPL desenvolve teste de alta velocidade para melhorar a descontaminação de patógenos no JPL .
• Geoética na Exploração Planetária e Espacial
• Catharine Conley: NASA e política, metodologia e aplicações de proteção planetária internacional , The Space Show, outubro de 2012