Vi lever i en guldalder med prøve-returmissioner

En illustration af NASAs Perseverance rover på overfladen af ​​Mars. NASA/JPL-Caltech

At observere rumsten på afstand er alt sammen meget godt, men nogle gange har du brug for at komme tæt på.

De største spørgsmål inden for rumvidenskab – hvordan solsystemet blev dannet, hvordan det førte til liv på Jorden, og om der nogensinde har været liv på andre nærliggende verdener – kan virkelig kun besvares med direkte undersøgelse af materialerne fra disse verdener. Og det betyder, at man tager en prøve for at studere hjemme på Jorden. Man kan kun modellere så meget, siger Tanja Bosak, geobiolog ved MIT. Prøverne hjælper os med at teste og validere, hvordan vi tror på, at universet fungerer.

Året 2020 viste sig at være et stort år for såkaldte prøve-returmissioner. NASAs OSIRIS-REx-mission landede med succes på asteroiden Bennu og indsamlet et overløbende beløb af materiale til at bringe tilbage til Jorden. Det begynder rejsen tilbage i maj. I december, Japans Hayabusa2-mission endelig bragt tilbage prøver af asteroiden Ryugu. Senere samme måned leverede Kina det første nye parti månesten i over 45 år .

De mest spændende prøve-returmissioner venter stadig. På få uger er Perseverance Rover, lanceret sidste år , vil lande på Mars for at udforske landskabet for beviser på gammelt (eller nuværende) liv, hvilket inkluderer boring og opbevaring af prøver til tilbagevenden til Jorden på et senere tidspunkt. Kina forventes at gennemføre endnu en levering af månesten til Jorden i 2023 med Chang'e 6. Rusland vil gøre det samme med Luna 28 i 2027. Både Rusland og Kina forventes at forsøge sig med prøve-retur-missioner til Mars, før årtiet er forbi . Japans Martian Moons Exploration (MMX) mission, der lanceres i 2024, vil besøge Marsmånen Phobos med planer om at indsamle materiale fra overfladen og returnere det til Jorden i 2029. Kina er grubler en prøve-returmission til dværgplaneten Ceres. Og det mulige påvisning af fosphin i Venus atmosfære (som er stadig bekræftes af flere grupper ) har både videnskabsmænd og ingeniører til at tænke over, hvordan en potentiel mission til den gule planet kan se ud.

Relateret historie

Her er, hvad Kina ønsker fra sin næste rumstation Projektet handler om prestige og international indflydelse - og måske endda et pænt videnskabeligt eksperiment eller to.

Så hvad gør denne gyldne tidsalder for prøve-returmissioner mulig? Opsendelserne er billigere, for det første, ligesom den hardware, der bruges til at bygge sonderne og landere. Instrumenter som spektrometre, der kan identificere tilstedeværelsen af ​​forskellige grundstoffer og forbindelser, er mindre og mere modstandsdygtige og bruger meget mindre strøm. Det autonom teknologi brugt til at navigere i disse verdener, er blevet enormt forbedret - især OSIRIS-REx nyder godt af det faktum, at det naturlige funktionssporingssystem (NFT) ombord tilvejebragt realtidskortlægning af overfladen for at holde sonden sikker fra Bennus farlige kampesten. NFT er klar til at hjælpe fremtidige robotmissioner med at køre problemfrit og sikkert, prøve retur eller andet.

Ingeniører kommer også med flere nye ideer til, hvordan man faktisk indsamler og opbevarer disse prøver. Vedholdenhed bliver gammeldags med et boresæt for at samle intakte klippekerner fra jorden. OSIRIS-REx kom op med et pogo stick-lignende touch and go-opsamlingssystem, der bragte rumfartøjet ned i et par sekunders hop fra Bennu og brugte trykluft til at føre små murbrokker ind i opsamlingsbeholderen. Haybausa2 skød bogstaveligt talt kugler ind i Ryugu. MMX vil bruge simpel pneumatik til at opsamle sandet materiale fra Phobos.

Til en Venus-mission har videnskabsmænd overvejet et rumfartøj, der kan dyppe ned i atmosfæren og flaske noget gas op . Kryogeniske teknologier vil muliggøre bedre opbevaring af udenjordiske flygtige stoffer -eller frosne elementer, der kan fordampes. Grundlæggende har enhver verden et unikt miljø og et sæt af omstændigheder, der dikterer den bedste tilgang til prøveindsamling, og vores teknologier er endelig på det punkt, hvor prøveudtagningsmetoder, der engang virkede for vanskelige eller udfordrende, er rimelige at gennemføre.

Det er ikke undersøgelser, du kan udføre med kun en sonde på jorden. Der er simpelthen ingen erstatning for den slags undersøgelser, du kan køre gennem laboratorieudstyr her på Jorden. Sig, at vi har fundet beviser for DNA på Mars - Perseverance har ingen måde at sekvensere det på, og endnu er der ingen måde, at nogen Mars-sonde kan udstyres med det nødvendige udstyr til at gøre det. Hvis vi ønskede at studere klippeprøver for at forstå historien om Mars' magnetfelt, har en rover bare ikke evnen til at køre den slags tests.

Fra papir til praksis

Så hvordan går en prøve-returmission fra idé til udførelse? For en prøve-returmission handler det om tilgængelighed for at komme dertil og tilgængelighed for at komme tilbage, siger Richard Binzel, en MIT-astronom og medforsker af OSIRIS-REx.

Visse destinationer som månen og Mars har altid været på forkant med planetforskernes sind, især da vi har lært mere om historien om vand på begge legemer. Men ud over disse steder er prøveafkast sværere at retfærdiggøre.

Efter Binzels opfattelse er prøveafkast stadig for svære at trække ud for alle undtagen de vigtigste spørgsmål. Disse kredser om oprindelsen af ​​solsystemet og af den kemi, der førte til liv på Jorden. Hvor langt tilbage kan vi gå og få en tidskapsel af begyndelsen af ​​alt, hvad der er Jorden, og os? han siger. Det hele handler om flygtige. I sammenhæng med planetarisk videnskab kan dette betyde vandis eller nitrogen, kuldioxid, ammoniak, brint, metan, svovldioxid - ingredienserne til liv. Hvis der ikke er nogen flygtige stoffer - og derfor ingen indikation var engang beboelig eller stadig kunne være - virker en prøve-returmission meget usandsynlig.

Når målet er valgt, tager ingeniørerne imidlertid over for at finde ud af, hvordan man bedst kan indsamle prøven og bringe den tilbage. Derfra må forskerne blot spille de kort, de får, og håbe, at det materiale, der kommer tilbage, er egnet nok til at studere.

Udbyttet kan være enormt. Mellem 1969 og 1972 bragte Apollo-astronauter 842 pund månesten tilbage. Over 50 år senere studerer folk stadig dem og udgiver artikler, der beskriver ny indsigt. Vi genanalyserer og genmåler og bruger nyudviklede teknikker til at se på prøverne og kommer med nye spørgsmål, siger Bosak. Det er gaven, der bliver ved med at give.

Det faktum, at disse prøver kan overføres fra generation til generation, hvor fremtidige videnskabsmænd kan bruge nye teknologier og indsigt til at indsnævre deres undersøgelser og forfølge spørgsmål, som ingen endnu har tænkt på, betyder, at der er en stærk arv, som er værd at gå efter. Når Perseverance sænker sig til Mars og besøger Jezero Crater i denne måned, vil det indsamle materiale, som videnskabsmænd på Jorden vil studere i årtier - måske hundreder af år.

skjule