Żyjemy w złotym wieku próbnych misji zwrotu

Ilustracja łazika Perseverance NASA na powierzchni Marsa. NASA/JPL-Caltech

Obserwowanie kosmicznych skał z daleka jest bardzo dobre, ale czasami trzeba podejść z bliska.

Na największe pytania w nauce o kosmosie – w jaki sposób powstał Układ Słoneczny, jak doprowadził do życia na Ziemi i czy kiedykolwiek istniało życie na innych pobliskich światach – można odpowiedzieć tylko poprzez bezpośrednie badanie materiałów z tych światów. A to oznacza pobranie próbki do badania w domu na Ziemi. Można modelować tylko tyle, mówi Tanja Bosak, geobiolog z MIT. Próbki pomagają nam przetestować i zweryfikować, jak wierzymy, że wszechświat działa.

Rok 2020 okazał się wielkim rokiem dla tzw. próbnych misji powrotnych. Misja NASA OSIRIS-REx z powodzeniem wylądowała na asteroidzie Bennu i zebrał przepełnioną kwotę materiału do sprowadzenia z powrotem na Ziemię. W maju rozpocznie podróż powrotną. W grudniu japońska misja Hayabusa2 w końcu sprowadzony próbki asteroidy Ryugu. Później w tym samym miesiącu Chiny dostarczyły pierwsza nowa partia księżycowych skał od ponad 45 lat .

Najbardziej ekscytujące misje powrotne próbek jeszcze przed nami. W ciągu zaledwie kilku tygodni Perseverance Rover, uruchomiony w zeszłym roku , wyląduje na Marsie, aby zbadać krajobraz w poszukiwaniu dowodów na istnienie starożytnego (lub obecnego) życia, co obejmuje wiercenie i przechowywanie próbek w celu powrotu na Ziemię w późniejszym terminie. Oczekuje się, że Chiny zdobędą kolejną dostawę skał księżycowych na Ziemię w 2023 r. za pomocą Chang'e 6. Rosja zrobi to samo z Luną 28 w 2027 r. Zarówno Rosja, jak i Chiny mają podjąć próbę próbnych misji powrotnych na Marsa przed końcem dekady . Japońska misja Marsjańska Eksploracja Księżyców (MMX), rozpoczynająca się w 2024 roku, odwiedzi marsjański księżyc Fobos z planami zebrania materiału z powierzchni i zwrócenia go na Ziemię w 2029 roku. rozmyślanie przykładowa misja powrotna na planetę karłowatą Ceres. I możliwe detekcja fosfiny w atmosferze Wenus (który jest wciąż potwierdzane przez kilka grup ) zarówno naukowcy, jak i inżynierowie zastanawiają się, jak mogłaby wyglądać potencjalna misja na żółtą planetę.

Powiązana historia

Oto, czego Chiny chcą od swojej następnej stacji kosmicznej Projekt dotyczy prestiżu i międzynarodowej siły przebicia — a może nawet zgrabnego eksperymentu naukowego lub dwóch.

Więc co sprawia, że ​​ta złota era dla przykładowych misji powrotnych jest możliwa? Wyrzutnie są tańsze, podobnie jak sprzęt używany do budowy sond i lądowników. Przyrządy takie jak spektrometry, które mogą identyfikować obecność różnych pierwiastków i związków, są mniejsze i bardziej odporne oraz zużywają znacznie mniej energii. ten technologia autonomiczna używany do nawigacji w tych światach ogromnie się poprawił — w szczególności OSIRIS-REx skorzystał z faktu, że pokładowy system śledzenia cech naturalnych (NFT) zapewnione mapowanie powierzchni w czasie rzeczywistym aby chronić sondę przed niebezpiecznymi głazami Bennu. NFT jest gotowy, aby pomóc przyszłym misjom robotów przebiegać płynnie i bezpiecznie, zwracając próbki lub w inny sposób.

Inżynierowie mają również więcej nowatorskich pomysłów na to, jak faktycznie zbierać i przechowywać te próbki. Perseverance wkracza do starej szkoły z zestawem wiertniczym do wydobywania z ziemi nienaruszonych rdzeni skalnych. OSIRIS-REx wymyślił podobny do drążka pogo system zbierania typu „dotknij i idź”, który sprowadził statek kosmiczny na kilkusekundowy skok z Bennu i użył sprężonego powietrza do wrzucenia małych gruzu do pojemnika zbiorczego. Haybausa2 dosłownie strzelał kulami w Ryugu. MMX użyje prostej pneumatyki do zbierania piasku z Phobosa.

W przypadku misji na Wenus naukowcy rozważali statek kosmiczny, który: może zanurzyć się w atmosferze i zatankować trochę gazu . Technologie kriogeniczne umożliwi lepsze przechowywanie pozaziemskich substancji lotnych — lub zamrożone elementy, które można odparować. Zasadniczo każdy świat ma unikalne środowisko i zestaw okoliczności, które dyktują najlepsze podejście do pobierania próbek, a nasze technologie są wreszcie w punkcie, w którym metody pobierania próbek, które kiedyś wydawały się zbyt trudne lub wymagające, są rozsądne.

To nie są śledztwa, które można przeprowadzić za pomocą sondy na ziemi. Po prostu nic nie zastąpi takich badań, jakie można przeprowadzać w sprzęcie laboratoryjnym na Ziemi. Powiedzmy, że znaleźliśmy dowody na DNA na Marsie – Perseverance nie ma sposobu na jego sekwencjonowanie, a jak dotąd nie ma mowy, aby jakakolwiek sonda marsjańska mogła być wyposażona w niezbędny sprzęt, aby to zrobić. Gdybyśmy chcieli zbadać próbki skał, aby zrozumieć historię pola magnetycznego Marsa, łazik po prostu nie ma możliwości przeprowadzania tego rodzaju testów.

Od papieru do praktyki

Jak więc dokładnie przykładowa misja powrotna przechodzi od pomysłu do realizacji? W przypadku próbnej misji powrotnej chodzi o dostępność, aby się tam dostać i dostępność, aby wrócić, mówi Richard Binzel, astronom z MIT i współbadacz OSIRIS-REx.

Niektóre miejsca docelowe, takie jak Księżyc i Mars, zawsze znajdowały się w czołówce umysłów planetologów, zwłaszcza że dowiedzieliśmy się więcej o historii wody na obu ciałach. Ale poza tymi miejscami, próbne zwroty są trudniejsze do uzasadnienia.

W opinii Binzela przykładowe zwroty są nadal zbyt trudne do wykonania w przypadku wszystkich pytań poza najważniejszymi. Dotyczą one początków Układu Słonecznego i chemii, która doprowadziła do powstania życia na Ziemi. Jak daleko możemy się cofnąć i zdobyć kapsułę czasu z początkiem wszystkiego, czym jest Ziemia i my? on mówi. Chodzi o substancje lotne. W kontekście nauk planetarnych może to oznaczać lód wodny lub azot, dwutlenek węgla, amoniak, wodór, metan, dwutlenek siarki — składniki życia. Jeśli nie ma substancji lotnych – a zatem żadne oznaki nie były kiedyś nadające się do zamieszkania lub nadal mogą być – próbna misja powrotna wydaje się wysoce nieprawdopodobna.

Jednak po wybraniu celu inżynierowie przejmują zadanie, aby dowiedzieć się, jak najlepiej zebrać próbkę i przywrócić ją. Stamtąd naukowcy muszą po prostu zagrać w karty, z którymi mają do czynienia, i mieć nadzieję, że materiał, który wraca, jest wystarczająco odpowiedni do badania.

Korzyści mogą być ogromne. W latach 1969-1972 astronauci Apollo przywieźli 842 funty skał księżycowych. Ponad 50 lat później ludzie wciąż je studiują i publikują artykuły szczegółowo opisujące nowe spostrzeżenia. Ponownie analizujemy, ponownie mierzymy i używamy nowo opracowanych technik, aby przyjrzeć się próbkom i wymyślać nowe pytania – mówi Bosak. To dar, który wciąż daje.

Fakt, że te próbki mogą być przekazywane z pokolenia na pokolenie, dzięki czemu przyszli naukowcy mogą wykorzystywać nowe technologie i spostrzeżenia, aby zawęzić swoje badania i odpowiedzieć na pytania, o których nikt jeszcze nie pomyślał, oznacza, że ​​istnieje potężna spuścizna, za którą warto podążać. Kiedy Perseverance zejdzie na Marsa i odwiedzi krater Jezero w tym miesiącu, będzie zbierać materiał, który naukowcy z Ziemi będą badać przez dziesięciolecia - być może setki lat.

ukryć