Een van de geweldige prestaties van de Apollo-missies was het naar huis brengen van honderden kilo's maansteen. Deze rotsen en stof worden voortdurend geanalyseerd sinds de Apollo 11-astronauten meer dan 50 jaar geleden thuiskwamen.
En ze doen nog steeds ontdekkingen.
Wetenschappers hebben monsters van de zonnewind van de zon, deeltjes van de staart van een komeet, een paar gram van een asteroïde, en binnenkort komen er meer.
Maar er is één wereld, de focus van zoveel wetenschappelijke studies, waar nog nooit een monster is teruggekeerd: Mars.
NASA en de European Space Agency maken al decennia lang plannen om een monster van Mars mee naar huis te nemen, en nu zouden missies de komende jaren kunnen vliegen, en uiteindelijk een stuk van de Rode Planeet naar de aarde brengen zodat we het direct kunnen bestuderen.
Geschiedenis van monsterretourmissies
Ruimteverkenning gebeurt in fasen. Eerst begin je met een verkenningsvlieg, waarbij een ruimtevaartuig een snel traject voorbij een wereld aflegt en een eerste set afbeeldingen en gegevens oplevert. Denk aan de Grand Tour van de Voyager door het zonnestelsel, of New Horizons die Pluto bezoekt.
Dan kom je terug met een orbiter, een ruimtevaartuig dat jaren op zijn plaats kan blijven en het oppervlak van een wereld tot in detail bestudeert. Beschouw het Cassini-ruimtevaartuig, dat 294 keer om Saturnus draaide, meer dan 450.000 foto's maakte en ons begrip van de Ringed Planet voor altijd veranderde.
Dan komen de landers en rovers. Natuurlijk is het beste voorbeeld hiervan Mars, met Spirit and Opportunity, evenals Curiosity, die samen honderdduizenden beelden hebben gemaakt, rotsen hebben geboord en bewijs hebben gevonden van water uit het verleden op Mars.
Dan komen de voorbeeldretourmissies. Dit is het stadium dat de ruimteagentschappen maar een paar keer hebben geprobeerd.
Afgezien van de Apollo-missie was het eerste ruimtevaartuig dat monsters uit de ruimte naar de aarde terugbracht de Luna-missie van de Sovjet. In 1970 bracht Luna 16 101 gram maanregolith mee naar huis, gevolgd door Luna 20 en Luna 24. Hoewel ze een fractie van het materiaal meebrachten dat door de Apollo-missies was teruggebracht, kwam het van verschillende locaties op de maan.
Het volgende ruimtevaartuig dat een voorbeeldhuis terugbracht, was NASA's Genesis-missie. Het werd in 2001 gelanceerd om monsters van de zonnewind van de zon te verzamelen en terug naar de aarde te brengen.
Het opende zijn monsterverzamelaars op 1 april 2004 en keerde vervolgens in september van hetzelfde jaar terug naar de aarde. Helaas ging de parachute niet goed open en sloeg het ruimtevaartuig hard in de woestijn van Utah.
Ondanks de harde landing waren wetenschappers in staat bruikbare monsters op te halen, waardoor ze ontdekten dat de aarde mogelijk is gevormd uit verschillende materialen van de nevel van de zon dan de zon.
Toen volgde NASA's Stardust-missie, die in januari 2004 door de staart van Comet Wild 2 vloog en twee jaar later de verzamelcapsule terugbracht naar de aarde. Analyse van deze deeltjes toonde wetenschappers aan dat kometen in het begin van haar geschiedenis deeltjes bevatten die door de zon waren uitgeworpen, en dat ze mogelijk een andere vorm hadden dan astronomen hadden voorspeld.
De laatste voorbeeld-terugkeermissie was de Hayabusa-missie van JAXA, die allerlei moeilijkheden overwon, waaronder rechtstreeks geraakt worden door een zonnevlam, het verlies van zijn reactiewielen en het niet inzetten van zijn hoppende lander. Maar ongelooflijk, missiecontrollers konden het ruimtevaartuig naar huis brengen, met een paar kostbare microgram asteroïde materiaal aan boord.
Er zijn momenteel missies: Hayabusa 2 en OSIRIS-REx die nog meer asteroïde monsters naar huis zullen brengen om te studeren. JAXA plant zelfs een missie om een monster van de manen van Mars terug te sturen.
Dus hoe zit het met een voorbeeld van een terugkeermissie naar Mars zelf?
Wat kunnen we leren van een Mars Sample Return Mission?
We hebben eigenlijk heel wat geleerd over de geologie en atmosfeer van Mars omdat er hier op aarde brokken van de Rode Planeet te vinden zijn. Ze werden miljoenen jaren geleden uit Mars geslagen door een gigantische asteroïde-inslag, en ze zweefden door de ruimte, raakten uiteindelijk de aarde en overleefden ongelooflijk een reis door de atmosfeer.
Wetenschappers hebben willekeurige stukjes Mars, maar nu willen ze een monster naar keuze. En dat betekent dat u rechtstreeks een voorbeeld-retourmissie moet sturen.
NASA plant al sinds het begin van de jaren zeventig een Mars-monsterretourmissie, zelfs vóór de lancering van het Viking-ruimtevaartuig.
De doelen van een terugkeermissie zijn onder meer het zoeken naar leven, niet alleen het leven van nu, maar het vorige leven, en zelfs de chemische voorlopers van het leven.
Door ongerepte monsters van Mars naar huis terug te sturen, konden wetenschappers allerlei experimenten uitvoeren op de regioliet van Mars, waardoor deze werd blootgesteld aan water, een dikkere atmosfeer en voedingsstoffen om te zien of er actieve bacteriën waren. Dit experiment werd geprobeerd met Viking, maar de resultaten waren niet doorslaggevend en planetaire biologen maken er nog steeds ruzie over.
Ze konden de monsters analyseren onder krachtige microscopen, op zoek naar microscopische fossielen of een andere indicatie dat er leven is.
Bovendien konden wetenschappers de geschiedenis van het oppervlak van Mars begrijpen en hoe het gedurende miljoenen jaren door water werd beïnvloed.
Op enkele van de meest interessante plekken konden monsters worden teruggezonden, zoals de sedimenten van meren, afzettingen rond hydrothermale ventilatieopeningen en de delta's van oude rivieren.
Ze konden monsters terugbrengen van recente en oude meteorietaanvallen, vulkaanuitbarstingen en regio's die lange tijd aan wind waren blootgesteld.
Ze konden ook de lange-termijngeschiedenis van Mars over miljarden jaren bestuderen om te proberen te begrijpen wanneer er enorme planetaire veranderingen plaatsvonden om de planeet zo koud en droog te maken. Wanneer kwam het bombardement op de asteroïden tot rust?
Ze konden zelfs stukken van de meteorieten bemonsteren die op het oppervlak van Mars liggen en tegelijkertijd andere werelden bemonsteren.
Deze monsters zouden idealiter naar huis worden gestuurd voordat de eerste mens voet op het oppervlak van Mars zet. We weten al dat er giftige chemicaliën in de Mars-regoliet zitten, maar hoe zit het met het stof dat uit de atmosfeer komt? Is het een risico als astronauten het inademen? Hoe zit het met materiaal dat dieper onder het oppervlak zit?
Door dit materiaal te bestuderen, zouden wetenschappers ook kunnen begrijpen hoe goed astronauten van het land kunnen leven. Regolith gebruiken voor bouwmateriaal en het kweken van planten. Evenals het chemisch opbreken voor verschillende grondstoffen.
Zijn verschillende delen van Mars nuttiger dan andere?
Mars Sample Return Mission Plans
Een van de vroegste plannen voor een monsterretour naar Mars heette de Sample Collection for Investigation of Mars (of SCIM). Dit zou een relatief goedkope verkenningsmissie zijn die door de atmosfeer van Mars zo laag als 40 km hoogte zou vliegen en stof en atmosferisch gas zou verzamelen.
Dit zou hoog genoeg zijn zodat het ruimtevaartuig niet door Mars zou worden ingenomen. Dan zou het de monsters naar de aarde terugsturen. Door deze monsters te bestuderen, konden wetenschappers het atmosferische monster matchen met de gassen in die Mars-rotsen om er zeker van te zijn dat ze van de Rode Planeet kwamen. Ze zouden het stof van Mars van dichtbij kunnen bestuderen, weet je, het stof dat planeetbrede stormen kan vormen die de missies van de rovers kunnen beëindigen en een risico kunnen vormen voor toekomstige astronauten.
Het voorstel werd gedaan in 2001, voor een missie die in 2007 zou vliegen en tegen 2010 monsters zou terugzenden, maar die nooit van de grond kwam.
Maar in 2009 begonnen NASA en de European Space Agency serieuze plannen te maken om een stuk Mars mee naar huis te nemen en kondigden ze formeel hun samenwerking aan op een missie.
Vooruitlopend op de toekomstige missie voor het retourneren van monsters, hebben zowel NASA als ESA hun aankomende rovers gebouwd om de eerste fase te zijn in het terugsturen van materiaal.
Terwijl het over het oppervlak van de Rode Planeet kruipt, verzamelt NASA's Mars 2020-rover interessante monsters en laat ze vervolgens op het oppervlak vallen. ESA's Rosalind Franklin-rover, ook gepland voor lancering in 2020, zal monsters van het oppervlak van Mars verzamelen en opslaan in canisters van penformaat, die klaar zijn om opgehaald te worden.
Een voorbeeld van een terugkeermissie bestaat uit drie delen.
Ten eerste zou er een snel bewegende ophaalrover zijn gebouwd door de European Space Agency om monsters te verzamelen voor onderzoek. Vervolgens een NASA-opstijgvoertuig dat de monsters naar de baan van Mars zou overbrengen. En tot slot een baanmissie van ESA die de monsters zou ophalen en terug zou brengen naar de aarde.
ESA's Sample Fetch Rover zou een relatief lichtgewicht voertuig zijn, niet groter dan ongeveer 120 kilogram. Het zou in staat moeten zijn om 20-30 kilometer af te leggen op een afstand van 200 meter per dag, waarbij het autonoom gevaren omzeilt. In de loop van deze periode zou het tientallen monsters oppikken die door Mars 2020 of Rosalind Franklin aan de oppervlakte waren achtergelaten, waarbij het de 30 of zo wetenschappelijk meest interessante zou hebben gekozen om naar huis te sturen.
Na enkele maanden monsters te hebben verzameld, arriveerde de Fetch Rover bij de Mars Sample Retrieval Lander. Dit is een ruimtevaartuig dat veel overeenkomsten heeft met NASA's Curiosity en Mars 2020-rovers.
Het zou een heatshell gebruiken en vervolgens een parachute wanneer het de atmosfeer van Mars binnengaat, en uiteindelijk de stijgende raket naar het oppervlak van Mars laten zakken. Het zou tot 150 dagen op Mars blijven zitten, wachtend op monsters van de Fetch Rover.
Wanneer de monsters aan boord werden geladen, zou het Ascent-voertuig zijn hybride of solide raketmotor afvuren en de monsters in een baan van 350 km hoogte brengen.
Dan zou het worden onderschept door ESA's Earth Return Orbiter, die een volledig autonome ontmoetingsplaats maakt op miljoenen kilometers van de aarde. Het zal dan een zonne-elektrische ionenmotor gebruiken om de lange reis terug naar de aarde te maken.
En dan, ergens in de jaren 2030, zullen wetenschappers ongeveer 500 gram materiaal van het oppervlak van Mars in handen krijgen.
Begin 2019 nam het Witte Huis geld op in hun voorgestelde budget voor een Mars Sample Return-missie, die idealiter al in 2026 zou kunnen starten. Hoewel een missie als deze al vele malen eerder is voorgesteld, is dit de eerste keer dat de daadwerkelijke financiering werd opzij zetten. Het gaf NASA $ 109 miljoen in 2020 om te werken aan "toekomstige Mars-activiteiten", wat in wezen de voorbeeldretourmissie is.
Dus nu, na bijna 50 jaar plannen, is er een serieuze voorbeeldmissie naar Mars in de maak.
Ontvang mijn wekelijkse e-mailnieuwsbrief:
Een keer per week verzamel ik al mijn nieuws over de ruimte in een enkele e-mailnieuwsbrief en verstuur het. Het bevat foto's, korte hoogtepunten over het verhaal en links, zodat je meer te weten kunt komen. Ga naar universetoday.com/newsletter om je aan te melden.
