Vi lever i en guldålder av provuppdrag för returuppdrag

En illustration av NASA:s Perseverance-rover på Mars yta. NASA/JPL-Caltech

Att observera rymdstenar på långt håll är mycket bra, men ibland måste du komma på nära håll.

De största frågorna inom rymdvetenskapen - hur solsystemet bildades, hur det ledde till liv på jorden och om det någonsin har funnits liv i andra närliggande världar - kan egentligen bara besvaras med direkt studie av materialen från dessa världar. Och det innebär att ta ett prov för att studera hemma på jorden. Man kan bara modellera så mycket, säger Tanja Bosak, geobiolog vid MIT. Proverna hjälper oss att testa och validera hur vi tror att universum fungerar.

År 2020 visade sig vara ett stort år för så kallade provåtervändandeuppdrag. NASA:s OSIRIS-REx-uppdrag landade framgångsrikt på asteroiden Bennu och samlat in ett överflödande belopp av material att ta tillbaka till jorden. Det börjar resan tillbaka i maj. I december, Japans Hayabusa2-uppdrag äntligen återförd prover av asteroiden Ryugu. Senare samma månad levererade Kina det första nya partiet av månstenar på över 45 år .

De mest spännande returuppdragen återstår fortfarande. På bara några veckor, Perseverance Rover, lanserades förra året , kommer att landa på Mars för att utforska landskapet efter bevis på forntida (eller nuvarande) liv, vilket inkluderar borrning och lagring av prover för återkomst till jorden vid ett senare tillfälle. Kina förväntas genomföra ytterligare en leverans av månstenar till jorden 2023 med Chang'e 6. Ryssland kommer att göra samma sak med Luna 28 2027. Både Ryssland och Kina förväntas försöka återvända prov till Mars innan decenniet är över . Japans Martian Moons Exploration-uppdrag (MMX), som lanseras 2024, kommer att besöka Marsmånen Phobos med planer på att samla in material från ytan och återföra det till jorden 2029. Kina är grubblande ett provuppdrag för att återvända till dvärgplaneten Ceres. Och det möjliga upptäckt av fosfin i Venus atmosfär (vilket är bekräftas fortfarande av flera grupper ) har både forskare och ingenjörer funderat på hur ett potentiellt uppdrag till den gula planeten kan se ut.

Relaterad berättelse

Här är vad Kina vill ha från sin nästa rymdstation Projektet handlar om prestige och internationellt inflytande – och kanske till och med ett snyggt vetenskapligt experiment eller två.

Så vad är det som gör denna guldålder för provuppdrag möjlig? Lanseringarna är billigare, för en, liksom hårdvaran som används för att bygga sonderna och landarna. Instrument som spektrometrar, som kan identifiera förekomsten av olika grundämnen och föreningar, är mindre och mer motståndskraftiga och använder mycket mindre kraft. De autonom teknik som används för att navigera i dessa världar har förbättrats enormt – speciellt OSIRIS-REx gynnades av det faktum att systemet för naturlig funktionsspårning (NFT) ombord tillhandahållit realtidskartering av ytan för att hålla sonden säker från Bennus farliga stenblock. NFT är redo att hjälpa framtida robotuppdrag att löpa smidigt och säkert, provretur eller på annat sätt.

Ingenjörer kommer också med fler nya idéer för hur man faktiskt samlar in och lagrar dessa prover. Uthållighet är att gå gammaldags med ett borrkit för att samla intakta kärnor av sten från marken. OSIRIS-REx kom med ett pogo stick-liknande touch and go-uppsamlingssystem som förde ner rymdfarkosten för ett par sekunders hopp från Bennu och använde tryckluft för att föra in små spillror i uppsamlingsbehållaren. Haybausa2 sköt bokstavligen kulor i Ryugu. MMX kommer att använda enkel pneumatik för att samla upp sandigt material från Phobos.

För ett Venus-uppdrag har forskare övervägt en rymdfarkost som kan doppa ner i atmosfären och flaska upp lite gas . Kryogenteknologier kommer att möjliggöra bättre lagring av utomjordiska flyktiga ämnen —eller frysta element som kan förångas. I grund och botten har varje värld en unik miljö och uppsättning omständigheter som dikterar det bästa tillvägagångssättet för provinsamling, och vår teknik är äntligen vid den punkt där provtagningsmetoder som en gång verkade för svåra eller utmanande är rimliga att genomföra.

Det här är inte undersökningar du kan göra med bara en sond på marken. Det finns helt enkelt inget substitut för den typ av undersökningar du kan köra genom laboratorieutrustning här på jorden. Säg att vi hittade bevis på DNA på Mars - Perseverance har inget sätt att sekvensera det, och än så länge finns det inget sätt att någon Mars-sond skulle kunna förses med den nödvändiga utrustningen för att göra det. Om vi ​​ville studera stenprover för att förstå historien om Mars magnetfält, har en rover helt enkelt inte förmågan att köra den typen av tester.

Från papper till praktik

Så exakt hur går ett returuppdrag från idé till genomförande? För ett provåtervändandeuppdrag handlar det om tillgänglighet för att komma dit och tillgänglighet för att komma tillbaka, säger Richard Binzel, en MIT-astronom och medutredare av OSIRIS-REx.

Vissa destinationer som månen och Mars har alltid legat i framkant av planetforskares sinnen, särskilt som vi har lärt oss mer om vattnets historia på båda kropparna. Men bortom dessa platser är provavkastning svårare att motivera.

Enligt Binzels uppfattning är provavkastning fortfarande för svår att ta fram för alla utom de viktigaste frågorna. Dessa kretsar kring ursprunget till solsystemet och till den kemi som ledde till liv på jorden. Hur långt tillbaka kan vi gå och få en tidskapsel av början på allt som är jorden, och vi? han säger. Allt handlar om flyktiga ämnen. I samband med planetvetenskap kan detta betyda vattenis, eller kväve, koldioxid, ammoniak, väte, metan, svaveldioxid – ingredienserna för liv. Om det inte finns några flyktiga ämnen - och därför ingen indikation var beboelig eller fortfarande kan vara - verkar ett provuppdrag högst osannolikt.

När målet väl är valt, tar dock ingenjörerna över för att ta reda på hur man bäst kan samla in provet och ta tillbaka det. Därifrån måste forskarna helt enkelt spela de kort de har fått och hoppas att materialet som kommer tillbaka är tillräckligt passande att studera.

Utdelningen kan vara enorm. Mellan 1969 och 1972 tog Apollo-astronauterna tillbaka 842 pund månstenar. Över 50 år senare studerar folk dem fortfarande och publicerar tidningar som beskriver nya insikter. Vi analyserar och mäter om och använder nyutvecklade tekniker för att titta på proverna och kommer med nya frågor, säger Bosak. Det är gåvan som fortsätter att ge.

Det faktum att dessa prover kan överföras från generation till generation, där framtida forskare kan använda ny teknik och insikter för att begränsa sina undersökningar och följa frågor som ingen ännu har tänkt på, betyder att det finns ett kraftfullt arv som är värt att gå efter. När Perseverance går ner till Mars och besöker Jezero Crater den här månaden kommer den att samla in material som forskare på jorden kommer att studera i årtionden - kanske hundratals år.

Dölj