We leven in een gouden eeuw van voorbeeldige terugkeermissies

Een illustratie van NASA's Perseverance-rover op het oppervlak van Mars. NASA/JPL-Caltech

Ruimterotsen van veraf observeren is allemaal goed, maar soms moet je van dichtbij komen.

De grootste vragen in de ruimtewetenschap - hoe het zonnestelsel is ontstaan, hoe het tot leven op aarde heeft geleid en of er ooit leven is geweest op andere nabijgelegen werelden - kunnen eigenlijk alleen worden beantwoord met directe studie van de materialen van die werelden. En dat betekent een monster nemen om thuis op aarde te studeren. Je kunt maar zo veel modelleren, zegt Tanja Bosak, een geobioloog aan het MIT. De monsters helpen ons om te testen en te valideren hoe we denken dat het universum werkt.

Het jaar 2020 bleek een groot jaar te zijn voor zogenaamde voorbeeldretourmissies. NASA's OSIRIS-REx-missie is succesvol geland op de asteroïde Bennu en een overlopend bedrag opgehaald materiaal terug te brengen naar de aarde. In mei begint de reis terug. In december, de Japanse Hayabusa2-missie eindelijk teruggebracht monsters van de asteroïde Ryugu. Later die maand leverde China de eerste nieuwe batch maanstenen in meer dan 45 jaar .

De meest opwindende voorbeeldretourmissies moeten nog komen. In slechts een paar weken tijd de Perseverance Rover, vorig jaar gelanceerd , zal op Mars landen om het landschap te verkennen op zoek naar bewijs van oud (of huidig) leven, waaronder het boren en opslaan van monsters voor terugkeer naar de aarde op een later tijdstip. China zal naar verwachting in 2023 opnieuw maanstenen naar de aarde brengen met Chang'e 6. Rusland zal hetzelfde doen met Luna 28 in 2027. Verwacht wordt dat zowel Rusland als China zullen proberen om proefretourmissies naar Mars te ondernemen voordat het decennium voorbij is . De Japanse Martian Moons Exploration (MMX) missie, gelanceerd in 2024, zal de Marsmaan Phobos bezoeken met plannen om materiaal van het oppervlak te verzamelen en terug te brengen naar de aarde in 2029. China is piekeren een voorbeeld van een terugkeermissie naar de dwergplaneet Ceres. En het mogelijke detectie van fosfine in de atmosfeer van Venus (dat is wordt nog steeds bevestigd door verschillende groepen ) laat zowel wetenschappers als ingenieurs nadenken over hoe een potentiële missie naar de gele planeet eruit zou kunnen zien.

Verwant verhaal

Dit is wat China wil van zijn volgende ruimtestation Het project draait helemaal om prestige en internationale slagkracht - en misschien zelfs een leuk wetenschappelijk experiment of twee.

Dus wat maakt deze gouden eeuw voor voorbeeldretourmissies mogelijk? De lanceringen zijn bijvoorbeeld goedkoper, net als de hardware die wordt gebruikt om de sondes en landers te bouwen. Instrumenten zoals spectrometers, die de aanwezigheid van verschillende elementen en verbindingen kunnen identificeren, zijn kleiner en veerkrachtiger en verbruiken veel minder stroom. De autonome technologie gebruikt om door deze werelden te navigeren, is enorm verbeterd - met name OSIRIS-REx profiteerde van het feit dat het natural feature tracking (NFT)-systeem aan boord verstrekte real-time mapping van het oppervlak om de sonde te beschermen tegen Bennu's gevaarlijke rotsblokken. NFT staat klaar om toekomstige robotmissies soepel en veilig te laten verlopen, monsterteruggave of anderszins.

Ingenieurs komen ook met nieuwere ideeën om deze monsters daadwerkelijk te verzamelen en op te slaan. Doorzettingsvermogen gaat ouderwets met een boorset om intacte rotskernen uit de grond te halen. OSIRIS-REx bedacht een pogo stick-achtig touch-and-go-verzamelsysteem dat het ruimtevaartuig voor een paar seconden van Bennu naar beneden bracht en perslucht gebruikte om klein puin in de verzamelcontainer te drijven. Haybausa2 schoot letterlijk kogels in Ryugu. MMX zal eenvoudige pneumatiek gebruiken om zandig materiaal van Phobos te verzamelen.

Voor een missie naar Venus hebben wetenschappers een ruimtevaartuig overwogen dat kan in de atmosfeer onderdompelen en wat gas opfokken . Cryogene technologieën zal een betere opslag van buitenaardse vluchtige stoffen mogelijk maken -of bevroren elementen die kunnen worden verdampt. Kortom, elke wereld heeft een unieke omgeving en een reeks omstandigheden die de beste aanpak voor het verzamelen van monsters dicteren, en onze technologieën zijn eindelijk op het punt beland waar monsternemingsmethoden die ooit te moeilijk of uitdagend leken, redelijk zijn om uit te voeren.

Dit zijn geen onderzoeken die u kunt doen met alleen een sonde op de grond. Er is gewoon geen vervanging voor het soort onderzoek dat je hier op aarde door laboratoriumapparatuur kunt doen. Stel dat we bewijs van DNA op Mars hebben gevonden - Perseverance heeft geen manier om het te sequensen, en tot nu toe is er geen manier waarop een Mars-sonde kan worden uitgerust met de benodigde apparatuur om dit te doen. Als we rotsmonsters wilden bestuderen om de geschiedenis van het magnetische veld van Mars te begrijpen, heeft een rover gewoon niet de mogelijkheid om dat soort tests uit te voeren.

Van papier naar praktijk

Dus hoe gaat een voorbeeldretourmissie precies van idee naar uitvoering? Voor een voorbeeld van een terugkeermissie gaat het om toegankelijkheid om er te komen en toegankelijkheid om terug te komen, zegt Richard Binzel, een MIT-astronoom en mede-onderzoeker van OSIRIS-REx.

Bepaalde bestemmingen zoals de maan en Mars hebben altijd voorop gelopen in de geest van planetaire wetenschappers, vooral omdat we meer hebben geleerd over de geschiedenis van water op beide lichamen. Maar buiten deze plaatsen zijn voorbeeldretouren moeilijker te rechtvaardigen.

Volgens Binzel zijn voorbeeldretouren nog steeds te moeilijk voor alle behalve de belangrijkste vragen. Deze draaien om de oorsprong van het zonnestelsel en de chemie die leidde tot het leven op aarde. Hoe ver terug kunnen we gaan en een tijdcapsule krijgen van het begin van alles wat de aarde is, en ons? hij zegt. Het draait allemaal om vluchtige stoffen. In de context van planetaire wetenschap kan dit waterijs betekenen, of stikstof, koolstofdioxide, ammoniak, waterstof, methaan, zwaveldioxide - de ingrediënten voor het leven. Als er geen vluchtige stoffen zijn - en er dus geen indicatie was dat ooit bewoonbaar was of nog zou kunnen zijn - lijkt een voorbeeldretourmissie hoogst onwaarschijnlijk.

Zodra het doelwit echter is geselecteerd, nemen de ingenieurs het over om uit te zoeken hoe het monster het beste kan worden verzameld en teruggebracht. Van daaruit moeten de wetenschappers gewoon de kaarten spelen die ze hebben gekregen en hopen dat het materiaal dat terugkomt geschikt genoeg is om te bestuderen.

De uitbetalingen kunnen enorm zijn. Tussen 1969 en 1972 brachten Apollo-astronauten 842 pond maanstenen mee. Meer dan 50 jaar later bestuderen mensen ze nog steeds en publiceren ze artikelen met nieuwe inzichten. We analyseren en meten opnieuw en gebruiken nieuw ontwikkelde technieken om naar de monsters te kijken en komen met nieuwe vragen, zegt Bosak. Het is het geschenk dat blijft geven.

Het feit dat deze monsters van generatie op generatie kunnen worden doorgegeven, waarin toekomstige wetenschappers nieuwe technologieën en inzichten kunnen gebruiken om hun onderzoek te verfijnen en vragen na te gaan waar nog niemand aan heeft gedacht, betekent dat er een krachtige erfenis is die de moeite waard is om na te streven. Wanneer Perseverance deze maand naar Mars afdaalt en Jezero Crater bezoekt, zal het materiaal verzamelen dat wetenschappers op aarde tientallen jaren, misschien honderden jaren, zullen bestuderen.

zich verstoppen