Hvordan Mars 2020 vil hjælpe med at bringe en del af den røde planet tilbage til Jorden

Ude i kulden, tomt tomrum hinsides Jorden, NASAs seneste Mars-mission er 43 år gammel. 000 miles i timen mod den røde planet. Missionen, Mars 2020, passerede halvvejs i sin rejse i oktober 2020 og forventes at lande på fast grund den 18. februar.

Missionen er den første del af en dristig plan om at gøre noget, menneskeheden aldrig har gjort før:bringe et stykke af en anden planet tilbage til Jorden. (NASA har hentet sten fra Månen, men det betragtes ikke som en planet.) Denne plan, kendt som Mars Sample Return, vil involvere tre missioner, der strækker sig over et årti.

For Ken Farley, Caltechs W. M. Keck Foundation professor i geokemi og missionens projektforsker, Mars 2020 er kulminationen på mange års drøm og omhyggelig planlægning.

"Idéen med at bringe en prøve tilbage fra Mars går årtier tilbage, " siger han. "Vi er i en position nu, hvor hvis alt går efter planen, prøver vil komme tilbage til Jorden i 2031. Det lyder som lang tid, men det har altid været 10 år væk, siden jeg gik i gymnasiet. Nu gør vi det faktisk."

Når missionen ankommer sikkert, den vil indsætte to køretøjer:Ingenuity helikopterdronen og Perseverance roveren. Opfindsomhed vil teste vores evne til at bruge fly på en planet, der har en atmosfære, der er mindre end 1 procent så tæt som Jordens. Vedholdenhed vil blive engageret i en opgave, der tilbyder potentielt paradigmeskiftende belønninger:at bore ind i Mars' klippefyldte overflade for at undersøge muligheden for tegn på liv, der engang kan have eksisteret der.

På mange måder, Perseverance-roveren ligner de tidligere rover-missioner, som NASA og JPL, som Caltech administrerer for NASA, har sendt til Mars. De tidligere rovere, herunder Opportunity (2004), Spirit (2004), Sojourner (1997), og Curiosity (2012), blev designet til at tage målinger af planetens atmosfære og overflade og sende dem tilbage til os. Ligner i udseende som Curiosity, men større, tungere, og med et prøve-caching-system i stedet for et indbygget laboratorium, Perseverance vil indsamle stenprøver for at forberede dem til deres tilbagevenden til Jorden.

Det vil den gøre ved kanten af ​​Jezero-krateret, som menes engang at have indeholdt en sø på størrelse med Lake Tahoe, da Mars stadig havde flydende vand på overfladen for milliarder af år siden. Farley siger, at en nøgleattraktion ved Jezero er et velbevaret floddelta, et geologisk træk, der dannes, når en flod taber store mængder sediment, når den munder ud i en sø eller et hav. På jorden, floddeltaer er produktive steder, hvor livet blomstrer, så tanken er, at hvis liv nogensinde udviklede sig nogen steder på Mars, det kan ligeledes have været rigeligt ved Den Røde Planets egne deltaer.

"Jezero ville have været et sted, der var beboeligt, " siger Farley. "Livet, som vi kender det, kunne have levet i den sø, og mudderet i et delta er virkelig godt til at bevare livets biosignaturer."

Når Perseverance ankommer til et område, der ser lovende ud for forskerholdet, den vil få en prøve med en borekrone, der skærer en cylinderformet kerne, mens den borer i klippen. Sådanne kerner er værdifulde for forskere, fordi de giver et tværsnitsbillede af lagene og andre træk ved klippen. Roveren vil bore omkring 40 kerner fra jorden, hver på størrelse med en stav kridt, og forsegl dem i prøverør. På et tidspunkt, roveren vil placere dem på Mars-overfladen til senere hentning.

"Efter at vi har boret dem, vi gør noget, der virker skørt:Vi sætter dem på jorden i det, vi kalder en cache, " siger Farley. "I de næste to dele af programmet, vi henter dem og bringer dem tilbage."

Anden fase af prøvereturprogrammet vil lancere en prøvehentningslander mod den røde planet i 2026 eller 2028. Båret ombord på landeren vil være en rover og raket kaldet Mars Ascent Vehicle. Efter landing ved Jezero Crater, roveren vil hente de kerner, der er efterladt af Perseverance, og placere dem i raketten. Med kernerne på plads, raketten vil starte fra overfladen og placere en container på størrelse med en basketball, der holder prøverne i kredsløb om Mars.

Det sidste trin i prøvetilbagekomsten vil sende et andet rumfartøj, der vil foretage den samme lange tur til den røde planet, men når den kommer, det vil ikke lande. I stedet, Earth Return Orbiter vil hente den kredsende cache af stenprøver og tage tilbage til Jorden. NASA og European Space Agency vil hver levere komponenter til Sample Retrieval Lander-missionen og Earth Return Orbiter-missionen, med tilbagevenden til Jorden planlagt i begyndelsen af ​​2030'erne.

Det er en lang tidslinje; Mars 2020-udviklingen startede i 2013, og planetprøverne vil ikke blive returneret før mindst 18 år senere. Men, Farley siger, der er gode grunde til at gøre det på den måde.

"Det er bare for kompliceret at sende det hele på én gang, " siger han. "Og det giver god mening at sprede det ud over flere år, så det beløb, du har brug for på et år, ikke er for meget. Også, du har brug for en masse talent for at opfinde og bygge de nye ting, hver del af denne mission har brug for. Ved at udvikle dem over en længere periode, det kan vi have ingeniører nok til."

Hvad er fordelene ved at bringe Mars-sten tilbage til Jorden?

For en, fordi de livsformer, der eksisterede på Jorden for 3,5 milliarder år siden, var langt mere primitive end i dag, der er ingen fossile knogler at finde. De afslørende tegn på de mikrober, der eksisterede på det tidspunkt, som var enkle og bløde, er meget sværere at identificere end et stykke af en dinosaur. Meget følsomme instrumenter er nødvendige for at identificere disse tegn på liv - udstyr, der simpelthen er for stort og tungt til at sætte på en raket og sende ud i rummet.

"Nogle af de instrumenter, vi vil bruge til at teste, er lige så store som en bil, " siger Farley. "Du kan bare ikke flyve sådan noget, så hvis vi nogensinde skal få en kvantitativ historie om Mars og klare beviser for potentielt Mars-liv, vi skal bringe prøver tilbage. Og bevisbyrden for at sige, at der var liv på Mars, er meget høj. Du skal være sikker, og den bedste måde for os at være sikre på er at undersøge disse prøver i laboratorier her på Jorden."

På trods af at Mars i øjeblikket er for kold og tør til, at nogen kendt form for liv kan eksistere der nu, af sikkerhedsmæssige årsager vil kernerne blive opbevaret i et sikkert anlæg, indtil det kan bekræftes, at de ikke indeholder levende Mars-organismer.

Hvis alt går rigtigt, og NASA bringer med succes prøver tilbage, den viden vi får om Mars kan være enorm, Farley siger, og kunne også give indsigt i vores egen oprindelse.

"Livet trivedes på denne planet for 3,5 milliarder år siden i lavvandede søer og have, " siger han. "Jezero er en 3,5 milliarder år gammel lavvandet sø på Mars, så hvad er forskellen mellem den sø og de gamle søer og have på Jorden? Fandt der liv i Jezero? Hvis du bygger et beboeligt miljø, dukker livet altid op? Eller er der noget magisk ved vores planet?"

"Svaret på dette spørgsmål er dybtgående, " tilføjer han. "Det sidste årti har afsløret, at galaksen er fyldt med milliarder af planeter, og mange af dem er sandsynligvis beboelige. Hvor mange af dem levede eller lever i havn?"