Yksi Apollo-operaatioiden hienoista saavutuksista oli tuoda kotiin satoja kiloja kuusikuuraa. Näitä kiviä ja pölyä on analysoitu jatkuvasti Apollo 11 -astronauttien saapumisen jälkeen kotiin yli 50 vuotta sitten.
Ja he tekevät edelleen löytöjä.
Tutkijoilla on näytteitä Auringon aurinkotuulista, hiukkasia komeetan hännästä, muutama gramma asteroidista, ja enemmän tulee pian.
Mutta siellä on yksi maailma, niin suuren tieteellisen tutkimuksen painopiste, jota ei ole koskaan ollut palautettu näyte: Mars.
NASA ja Euroopan avaruusjärjestö ovat suunnitelleet näytteen tuomista kotiin Marsista vuosikymmenien ajan, ja nyt virkamatkat voisivat lentää seuraavien vuosien aikana, kun lopulta Punaisen planeetan palaset saapuivat Kotiin maan päälle meidän tutkittavaksi suoraan.
Näytteen palautusmatkojen historia
Avaruustutkimus tapahtuu vaiheittain. Ensin aloitat partio-ohjauksella, jossa avaruusalus kulkee nopealla reitillä maailman ohi, tarjoamalla alkuperäisen joukon kuvia ja tietoja. Ajattele Voyagerin Grand Touria aurinkokunnan kautta tai New Horizonsia vierailemassa Plutossa.
Sitten palaat kiertoradalla, avaruusaluksella, joka voi pysyä paikallaan vuosia, tutkimalla maailman pintaa erittäin yksityiskohtaisesti. Tarkastellaan Cassini-avaruusalusta, joka kiertää Saturnia 294 kertaa, otti yli 450 000 kuvaa ja muutti ymmärrystämme Ringed Planetista ikuisesti.
Sitten tulevat laskeuttajat ja roverit. Tietysti paras esimerkki tästä on Mars, jossa on Henki ja Mahdollisuus, sekä Curiosity, jotka yhdessä ovat kaappaneet satoja tuhansia kuvia, poranneet kiviä ja löytäneet todisteita aiemmasta vedestä Marsilla.
Sitten tulevat paluumatkat. Tässä vaiheessa avaruusjärjestöt ovat kokeilleet vain muutaman kerran.
Apollo-operaation lisäksi ensimmäinen avaruusalus, joka toi näytteitä avaruudesta takaisin maan päälle, oli Neuvostoliiton Luna-operaatio. Vuonna 1970 Luna 16 toi kotiin 101 grammaa kuun regolithia, jota seurasivat Luna 20 ja Luna 24. Vaikka he toivat murto-osan Apollo-operaatioiden palauttamasta materiaalista, se oli eri puolilla Kuua.
Seuraava avaruusalus, joka palasi näytteen kotiin, oli NASA: n Genesis-tehtävä. Se käynnistettiin vuonna 2001 keräämään näytteitä Auringon aurinkotuulista ja viemään ne takaisin kotiin Maahan.
Se avasi näytteen keräilijänsä 1. huhtikuuta 2004 ja palasi sitten maan päälle saman vuoden syyskuussa. Valitettavasti laskuvarjo ei avautunut kunnolla, ja avaruusalus törmäsi kovasti Utahin autiomaahan.
Kovasta laskeutumisesta huolimatta tutkijat pystyivät hakemaan käyttökelpoisia näytteitä, jotka auttoivat heitä selvittämään, että maapallo on ehkä muodostunut erilaisista auringonkeskujen materiaaleista kuin aurinko.
Sitten tuli NASAn Stardust-operaatio, joka lensi Comet Wild 2: n hännän läpi tammikuussa 2004 ja palautti sitten keräyskapselinsa takaisin Maahan kaksi vuotta myöhemmin. Näiden hiukkasten analyysi osoitti tutkijoille, että komeetat sisälsivät hiukkasia, jotka olivat poistuneet auringosta varhaisessa vaiheessa historiansa aikana, ja että niiden muodostustapa saattaa olla erilainen kuin tähtitieteilijät olivat ennustaneet.
Viimeinen näytteen paluumatka oli JAXA: n Hayabusa-operaatio, jolla voitettiin kaikenlaiset vaikeudet, mukaan lukien auringonpurkauksen suora osuma, sen reaktiopyörien katoaminen ja hyppylaskurin käyttöönoton epäonnistuminen. Mutta uskomattoman hyvin, operaation ohjaajat pystyivät saamaan avaruusaluksen kotiin muutamalla arvokkaalla mikrogrammalla asteroidimateriaalia.
Siellä on nyt virkamatkoja: Hayabusa 2 ja OSIRIS-REx, jotka tuovat entistä enemmän asteroidinäytteitä takaisin kotiin opiskelemaan. JAXA suunnittelee jopa matkaa palaamaan näyte Marsin kuista.
Entä entinen paluumatka itse Marsiin?
Mitä voimme oppia Marsin näytteen paluumatkalta?
Olemme itse asiassa oppineet melko vähän Marsin geologiasta ja ilmakehästä, koska täällä maan päällä on Punaisen planeetan paloja. Miljoonat vuosia sitten ne jättivät Marsista erilleen jättiläismäisen asteroidi-iskun, ja he lentävät avaruudessa, lopulta osuessaan Maan päälle ja selviäen uskomattoman matkan ilmakehän läpi.
Tutkijoilla on satunnaisia kappaleita Marsista, mutta nyt he haluavat näytteen valitsemastaan näytteestä. Ja se tarkoittaa paluumatkan lähettämistä suoraan.
NASA on todella suunnitellut Marsin näytteen paluumatkaa 1970-luvun alusta lähtien, jopa ennen Viking-avaruusaluksen laukaisua.
Paluumatkan tavoitteisiin sisältyy elämän etsiminen, ei pelkästään nykypäivän, vaan menneen elämän ja jopa elämän kemiallisten esiasteiden.
Palauttamalla koskemattomat näytteet Marsista kotonaan, tutkijat voivat tehdä kaikenlaisia kokeita Marsin regolithilla altistamalla sen vedelle, paksummalle ilmakehälle ja ravinteille nähdäkseen, onko aktiivisia bakteereja. Tätä kokeilua yritettiin Vikingin kanssa, mutta tulokset olivat epäselviä ja planeettabiologit kiistelevät edelleen heistä.
He voivat analysoida näytteitä voimakkaiden mikroskooppien avulla etsimällä mikroskooppisia fossiileja tai muita merkkejä siellä elämästä.
Lisäksi tutkijat ymmärsivät Marsin pinnan historian ja kuinka vesi vaikutti siihen miljoonien vuosien ajan.
Näytteitä voidaan palauttaa mielenkiintoisimmista paikoista, kuten järvien sedimenteistä, hydrotermisten aukkojen ympärillä olevista saostumista ja muinaisten jokien suistoista.
He voisivat tuoda näytteitä viimeaikaisista ja muinaisista meteoriittien iskuista, tulivuorenpurkauksista ja alueilta, jotka olivat pitkään tuulessa alttiina.
He voisivat myös tutkia Marsin pitkäaikaista historiaa miljardien vuosien ajan, yrittää ymmärtää milloin tapahtui suuria planeettamuutoksia, joiden avulla planeetta oli niin kylmä ja kuiva. Milloin asteroidipommitukset asettuivat?
He voivat jopa ottaa näytteitä meteoriiteista, jotka kerrottavat Marsin pintaa, ottaen näytteitä samanaikaisesti muista maailmoista.
Nämä näytteet lähetettäisiin mieluiten kotiin ennen kuin ensimmäinen ihminen asettaa jalan Marsin pinnalle. Tiedämme jo, että Marsin regolitissa on myrkyllisiä kemikaaleja, mutta entä ilmakehästä laskeutuva pöly? Onko riski, jos astronautit hengittävät sitä? Entä materiaali, joka on syvemmällä pinnan alla?
Tutkiessaan tätä materiaalia tutkijat pystyisivät myös ymmärtämään, kuinka hyvin astronautit voivat elää maalla. Käyttää regolithia rakennusmateriaaleihin ja kasvien kasvattamiseen. Sen lisäksi, että se hajottaa sen kemiallisesti eri raaka-aineille.
Ovatko Marsin eri osat hyödyllisempiä kuin muut?
Marsin näytteen paluumatka-suunnitelmat
Yksi varhaisimmista suunnitelmista näytteen paluumatkalle Marsiin kutsuttiin näytteen kokoelmaksi Marsin tutkimiseksi (tai SCIM). Tämä olisi suhteellisen edullinen partiolaisluokan tehtävä, joka lentäisi Marsin ilmakehän läpi jopa 40 km: n korkeudessa kerääen pölyä ja ilmakehän kaasua.
Tämä olisi tarpeeksi korkea, jotta Mars ei vangitse avaruusalusta. Sitten se palauttaisi näytteet maan päälle. Tutkiessaan näitä näytteitä, tutkijat pystyivät sovittamaan ilmakehän näytteen kaasuihin, joita löytyi näistä Mars-kallioista, ollakseen varmoja siitä, että ne ovat peräisin Punaiselta planeetalta. He voisivat tutkia Marsin pölyä läheltä, tiedätte, pölyn, joka voi muodostaa planeetan laajuisia myrskyjä, jotka voivat lopettaa rover-operaatiot ja jotka voivat olla vaaraksi tuleville astronauteille.
Ehdotus tehtiin vuonna 2001 operaatiolle, joka lentää vuonna 2007 ja palauttaa näytteet vuoteen 2010 mennessä, mutta se ei koskaan päässyt maahan.
Mutta vuonna 2009 NASA ja Euroopan avaruusjärjestö aloittivat vakavia suunnitelmia tuoda pala Marsia kotiin, ilmoittamalla virallisesti yhteistyöstä operaation aikana.
Sekä NASA että ESA ovat suunnitelleet tulevan näytteenpalautusoperaationsa rakentamalla tulevat roverinsa ensimmäisenä vaiheena materiaalin lähettämiseen takaisin kotiin.
Kun indeksoidaan Punaisen planeetan pinnan yli, NASA: n Mars 2020 -rover kerää mielenkiintoisia näytteitä ja pudottaa ne sitten pintaan sellaisenaan. ESAn Rosalind Franklin -rover, joka on tarkoitus markkinoida myös vuonna 2020, kerää ja tallentaa näytteitä Marsin pinnalta kynäkokoisiin säiliöihin, jotka ovat valmiit noudettavaksi.
Esimerkki paluumatkalla olisi kolme osaa.
Ensinnäkin olisi Euroopan avaruusjärjestön rakentama nopeasti liikkuva hakukone, joka kerää näytteitä tutkimusta varten. Sitten NASA-nouseva ajoneuvo, joka siirtäisi näytteet Marsin kiertoradalle. Ja lopuksi, kiertorata ESA: lta, joka noutaa näytteet ja vie ne takaisin Maahan.
ESA: n näytteenotto Rover olisi suhteellisen kevyt ajoneuvo, korkeintaan noin 120 kilogrammaa. Sen olisi kyettävä kuljettamaan 20–30 kilometriä 200 metriä päivässä, kulkiessaan itsenäisesti vaarojen ympärille omalla tavallaan. Tämän ajanjakson aikana se noutaa kymmeniä näytteitä, jotka Mars 2020 tai Rosalind Franklin ovat jättäneet pinnalleen, valitsemalla noin 30 tieteellisesti mielenkiintoisinta lähettää kotiin.
Usean kuukauden näytteenoton jälkeen Fetch Rover saapui Marsin näytteenottolaitteeseen. Tämä on avaruusalus, jolla on monia samankaltaisuuksia NASA: n Curiosity- ja Mars 2020 -versioihin.
Se käyttäisi lämminkuormaa ja sitten laskuvarjoa saapuessaan Marsin ilmakehään, laskeen lopulta nousuraketin Marsin pinnalle. Se istuisi Marsilla jopa 150 päivää, odottaen näytteitä Fetch Roverilta.
Kun näytteet ladataan alukselle, nouseva ajoneuvo ampui hybridi- tai kiinteän rakettimoottorinsa kantamalla näytteet 350 km korkeudelle kiertoradalle.
Silloin ESA: n Earth Return Orbiter sieppasi sen, tekemällä täysin autonomisen tapaamisen miljoonien kilometrien päässä Maasta. Sen jälkeen se käyttää aurinkoenergia-ionimoottoria pitkän matkan takaisin maahan.
Ja sitten, jonkin aikaa 2030-luvulla, tutkijat saavat käsiinsä noin 500 grammaa materiaalia Marsin pinnalta.
Valkoinen talo lisäsi varoja vuoden 2019 alussa ehdotettuun talousarvioonsa Mars Sample Return -operaatiota varten, joka mieluiten voisi käynnistää jo vuonna 2026. Vaikka tällaista operaatiota on ehdotettu useita kertoja aiemmin, tämä on ensimmäinen kerta, kun todellinen rahoitus myönnettiin. syrjään. Se antoi NASA: lle 109 miljoonaa dollaria vuonna 2020 työskentelemään "tulevien Mars-toimintojen" kanssa, mikä on pohjimmiltaan näytteen paluumatkaa.
Joten nyt, melkein 50 vuoden suunnittelun jälkeen, vakava näytteen palautusoperaatio Marsiin on töissä.
Hanki viikoittainen sähköpostiuutiskirje:
Kerran kerran viikossa kaikki avaruusuutiset yhdeksi sähköpostiuutiskirjeeksi ja lähetän sen. Siinä on kuvia, lyhyitä tarina-aiheita ja linkkejä, jotta saat lisätietoja. Siirry osoitteeseen universetoday.com/uutiskirje kirjautuaksesi.
