Vi lever i en gullalder med prøveoppdrag

En illustrasjon av NASAs Perseverance-rover på overflaten av Mars. NASA/JPL-Caltech

Det er veldig bra å observere rombergarter langveisfra, men noen ganger må du komme på nært hold.

De største spørsmålene innen romvitenskap – hvordan solsystemet ble dannet, hvordan det førte til liv på jorden, og om det noen gang har vært liv på andre nærliggende verdener – kan egentlig bare besvares med direkte studier av materialene fra disse verdenene. Og det betyr å ta en prøve for å studere hjemme på jorden. Man kan bare modellere så mye, sier Tanja Bosak, geobiolog ved MIT. Prøvene hjelper oss å teste og validere hvordan vi tror universet fungerer.

Året 2020 viste seg å være et stort år for såkalte returoppdrag. NASAs OSIRIS-REx-oppdrag traff asteroiden Bennu og samlet inn et overfylt beløp av materiale for å bringe tilbake til jorden. Den starter reisen tilbake i mai. I desember, Japans Hayabusa2-oppdrag endelig brakt tilbake prøver av asteroiden Ryugu. Senere samme måned leverte Kina det første nye partiet med månebergarter på over 45 år .

De mest spennende prøveoppdragene kommer fortsatt. På bare noen få uker, Perseverance Rover, lansert i fjor , vil lande på Mars for å utforske landskapet for bevis på eldgammelt (eller nåværende) liv, som inkluderer boring og lagring av prøver for retur til jorden på et senere tidspunkt. Kina forventes å gjennomføre en ny levering av månebergarter til Jorden i 2023 med Chang'e 6. Russland vil gjøre det samme med Luna 28 i 2027. Både Russland og Kina forventes å forsøke å prøve returoppdrag til Mars før tiåret er over. . Japans Martian Moons Exploration (MMX)-oppdrag, som lanseres i 2024, vil besøke Mars-månen Phobos med planer om å samle materiale fra overflaten og returnere det til jorden i 2029. Kina er funderer et prøve-returoppdrag til dvergplaneten Ceres. Og det mulige påvisning av fosfin i Venus atmosfære (som er blir fortsatt bekreftet av flere grupper ) har både forskere og ingeniører tenkt på hvordan et potensielt oppdrag til den gule planeten kan se ut.

Relatert historie

Her er hva Kina vil ha fra sin neste romstasjon Prosjektet handler om prestisje og internasjonal innflytelse – og kanskje til og med et pent vitenskapelig eksperiment eller to.

Så hva er det som gjør denne gullalderen for prøveoppdrag mulig? Oppskytningene er billigere, for det første, det samme er maskinvaren som brukes til å bygge sonder og landere. Instrumenter som spektrometre, som kan identifisere tilstedeværelsen av forskjellige grunnstoffer og forbindelser, er mindre og mer spenstige, og bruker mye mindre strøm. De autonom teknologi brukt til å navigere i disse verdenene har forbedret seg enormt – spesielt OSIRIS-REx hadde fordel av det faktum at det naturlige funksjonssporingssystemet (NFT) ombord gitt sanntidskartlegging av overflaten for å holde sonden trygg fra Bennus farlige steinblokker. NFT er klar til å hjelpe fremtidige robotoppdrag å kjøre jevnt og trygt, prøve retur eller annet.

Ingeniører kommer også med flere nye ideer for hvordan man faktisk samler inn og lagrer disse prøvene. Utholdenhet er å gå gammeldags med et boresett for å samle intakte steinkjerner fra bakken. OSIRIS-REx kom opp med et pogo stick-lignende touch and go oppsamlingssystem som brakte romfartøyet ned for et par sekunders hopp av Bennu og brukte trykkluft for å løfte små steinsprut inn i oppsamlingsbeholderen. Haybausa2 skjøt bokstavelig talt kuler inn i Ryugu. MMX vil bruke enkel pneumatikk for å samle sandholdig materiale fra Phobos.

For et Venus-oppdrag har forskere vurdert et romfartøy som kan dyppe ned i atmosfæren og flaske opp litt gass . Kryogenteknologier vil muliggjøre bedre lagring av utenomjordiske flyktige stoffer —eller frosne elementer som kan fordampes. I utgangspunktet har hver verden et unikt miljø og sett med omstendigheter som dikterer den beste tilnærmingen for prøveinnsamling, og teknologiene våre er endelig på det punktet hvor prøvetakingsmetoder som en gang virket for vanskelige eller utfordrende, er rimelige å gjennomføre.

Dette er ikke undersøkelser du kan gjøre med bare en sonde på bakken. Det er rett og slett ingen erstatning for den typen undersøkelser du kan kjøre gjennom laboratorieutstyr her på jorden. Si at vi fant bevis på DNA på Mars – Utholdenhet har ingen måte å sekvensere det på, og foreløpig er det ingen måte at noen Mars-sonde kan utstyres med nødvendig utstyr for å gjøre det. Hvis vi ønsket å studere steinprøver for å forstå historien til Mars' magnetfelt, har en rover rett og slett ikke evnen til å kjøre slike tester.

Fra papir til praksis

Så hvordan går et prøveoppdrag fra ide til utførelse? For et prøveoppdrag handler det om tilgjengelighet for å komme dit og tilgjengelighet for å komme tilbake, sier Richard Binzel, en MIT-astronom og medetterforsker av OSIRIS-REx.

Visse destinasjoner som månen og Mars har alltid vært i forkant av planetariske forskeres sinn, spesielt ettersom vi har lært mer om historien til vannet på begge legemer. Men utover disse stedene er prøveavkastning vanskeligere å rettferdiggjøre.

Etter Binzels syn er prøveavkastning fortsatt for vanskelig å trekke ut for alle unntatt de viktigste spørsmålene. Disse dreier seg om opprinnelsen til solsystemet og til kjemien som førte til liv på jorden. Hvor langt tilbake kan vi gå og få en tidskapsel av begynnelsen på alt som er Jorden, og oss? han sier. Alt handler om flyktige stoffer. I sammenheng med planetarisk vitenskap kan dette bety vannis, eller nitrogen, karbondioksid, ammoniakk, hydrogen, metan, svoveldioksid – ingrediensene for liv. Hvis det ikke er noen flyktige stoffer – og derfor ingen indikasjon var beboelig eller fortsatt kan være – virker et prøveoppdrag svært usannsynlig.

Når målet er valgt, tar imidlertid ingeniørene over for å finne ut hvordan de best kan samle prøven og bringe den tilbake. Derfra må forskerne ganske enkelt spille kortene de har fått utdelt og håpe at materialet som kommer tilbake er egnet nok til å studere.

Utbetalingene kan være enorme. Mellom 1969 og 1972 brakte Apollo-astronauter tilbake 842 pund med månesteiner. Over 50 år senere studerer folk dem fortsatt og publiserer artikler som beskriver ny innsikt. Vi reanalyserer og remåler og bruker nyutviklede teknikker for å se på prøvene, og kommer med nye spørsmål, sier Bosak. Det er gaven som fortsetter å gi.

Det faktum at disse prøvene kan overføres fra generasjon til generasjon, der fremtidige forskere kan bruke ny teknologi og innsikt for å begrense undersøkelsene sine og forfølge spørsmål ingen ennå har tenkt på, betyr at det er en kraftig arv som er verdt å gå etter. Når Perseverance kommer ned til Mars og besøker Jezero Crater denne måneden, vil den samle inn materiale som forskere på jorden vil studere i flere tiår – kanskje hundrevis av år.

gjemme seg