Már csak 11 évet kell aludni, hogy megtudjuk, van-e élet a Marson

Idén nyáron kezdetét veszi az űrkutatás történetének egyik legambiciózusabb vállalkozása. Az amerikai űrhivatal, a NASA júliusban indítja a sikeres Curiosity marsjárójára építő Mars 2020 marsjáróját, melynek elsődleges feladata, hogy értékes kőzet- és talajmintákat gyűjtsön a Mars felszínén. A tervek szerint az összegyűjtött mintákat visszahozzák a Földre, hogy alaposan meg tudják őket vizsgálni. A Mars 2020 egy olyan komplex küldetéssorozat első lépése, amelynek pontos tervei 2019 végére kezdtek körvonalazódni. A Science tavaly novemberben részletesen ismerette a közel 7 milliárd dollár költségű közös amerikai-európai programot, amelynek végső célja, hogy kiderítsük: kialakult-e valaha élet bolygószomszédunkon, a Marson,. 

A Mars 2020 szonda a bolygó Syrtis Major területén lévő Jezero-kráterben landol majd, ahol két ősi folyódelta található (a leszállóhely kiválasztásáról és jelentőségéről ebben a cikkünkben írtunk részletesen). A marsjáró kétéves kezdeti küldetése alatt egykori életnyomok után kutat majd a kráter üledékes rétegeiben, és legalább  43 darab, egyenként nagyjából 20 grammos kőzet- és talajmintát gyűjt össze. Ezeket minden egyes mintavétel után egy toll átmérőjénél valamivel vastagabb alumínium csőbe helyezi majd, és egy kupakkal lezárja őket. A mintákat részben magán a szondán kialakított tárolókba, részben a marsi talajra helyezi. 

A Science által ismertetett tervek szerint a 2020-as évek végén egy amerikai leszállóegység csatlakozik a Mars 2020-hoz a Jezero-kráterben. Ez a szonda szállít majd egy európai marsjárót, amely összegyűjti a mintákat. Ennek a járműnek a legfontosabb eleme egy a NASA által épített rakéta lesz, mely végrehajtja majd az első felszállást egy másik bolygó felszínéről, és Mars-körüli pályára állítja a szonda által vett mintákat hordozó kapszulát.

A tervek szerint ekkorra elér a Marshoz az az európai keringőegység, amelynek feladata, hogy megtalálja a világűrben a mintákat szálljtó kapszulát, és sikeresen megragadja azt. A keringőegység három további héjjal zárja le a kapszulát, és sterilizálja azokat a külső részeit, amelyek érintkeztek a marsi környezettel. Végül a szonda a mintákkal a fedélzetén elhagyja a vörös bolygót, két évvel később visszatér a Föld közelébe, és a hermetikusan szigetelt minták Földet érnek egy az amerikai Utah állam területén fekvő sivatagban.

A küldetés papíron nem tűnik lehetetlen feladatnak, de  a Science-nek nyilatkozó szakemberek szerint legalább akkora kihívást jelent, mint annak idején   az első embert a Holdra juttató Apollo-program. A vállalkozás mindhárom része rengeteg kockázatot rejt, arról nem is beszélve, hogy a NASA és az ESA hajlandósága a költséges vállalkozás folytatására a Mars 2020 első eredményein állhat vagy bukhat. Az indok azonban, ami miatt mindez mégis megéri, és a tudományos közösség egyöntetű támogatását élvezi, nagyon egyszerű. Belátható időn belül ugyanis nem fogunk tudni olyan szofisztikált műszereket és laboratóriumokat a Marsra küldeni, amelyek a Földön rendelkezésre állnak, és amelyek segítségével pár év alatt megválaszolható lenne a bolygószomszédunkra vonatkozó legtöbb kérdés. 

Ha sikerül minden pénzügyi, politikai és technikai gátat leküzdeni, és a minták épségben visszajutnak a Földre, az példátlan eredmény lesz: elképesztő tudományos áttöréseket sejtet, és valószínűleg egyértelmű választ ad arra a kérdésre, hogy volt-e valaha élet külső bolygószomszédunkon. Emellett a marsi minta-visszahozatalnál alkalmazott technológiák kulcsfontosságúak lesznek egy emberes küldetés során is – így lényegében az egész program az ember Marsra szállásának főpróbájává válhat.

A legígéretesebb hely a Marson

Ha minden jól megy, a NASA fél év múlva, július környékén indítja a Mars 2020-at a bolygó felé, a fedélzetére rögzített innovatív járművel, a Mars-helikopterrel együtt, amelyről itt írtunk bővebben.

A szonda a Curiosity továbbfejlesztett leszállórendszerével ér el a Marsot a Syrtis Major régióban található Jezero-kráterben. Az ősi folyódeltákkal tarkított kráter az egyik legígértesebb hely a Marson egykori életnyomok keresésére, geológiai változatosságga miatt ugyanakkor ideális helyszín minták gyűjtéséhez is.

Ezen a hamisszínes képen a Mars 2020 leszállóhelye, a Jezero-kráter és az abba torkolló egyik ősi folyódelta látható.Fotó: NASA/JPL

Amint azt a szonda leszállóhelyét ismeretető cikkben összefoglaltuk, a Mars 2020 a Curiosity marsjáró továbbfejlesztett, kőzetmintagyűjtésre és ősi életnyomok keresésére optimalizált változata. A Mars-helikopteren kívül a Mars 2020 más szempontokból is innovatív küldetés lesz: az első olyan leszállási rendszert használja majd, amely keringőegységekkel készült képek alapján navigálja magát pontosan a landolási helyre, nagyjából felére csökkentve a leszállási ellipszis méretét. Ez kulcsfontosságú ahhoz, hogy egyszer majd ember jusson el a Marsra. 

Az első indítás egy másik bolygóról

A Science értesülései szerint a minta-visszahozatal második lépése 2026-ban indulna a Földről, és a szokásosnál nagyobb utat tenne meg, hogy el tudja juttatni a bolygóhoz több mint kéttonnás terhét. Ez az egység 2028 augusztusában érne el a Marshoz egy NASA-leszállóegységgel. amely lényegében az InSight nagyobb és szofisztikáltabb változata lenne, a Mars 2020 precíz landolást lehetővé tévő terep-navigációs rendszerével felszerelve. A leszállóegység magával vinne egy kis, napelemes európai marsjárót, melynek egyetlen feladata a minták összeszedése lenne. Ennek az ekkor már közelgő marsi tél miatt nagyjából 6 hónap alatt össze kell gyűjtenie a mintákat, és vissza kell szállítania őket a leszállóegységhez – később ugyanis működése már nem lesz garantálható. Ehhez a Science által megkérdezett ESA vezető szerint napi 200 métert kell majd megtennie, és automatikusan kell navigálnia.

Mindez azt feltételezi, hogy a Mars 2020 vagy már nem működik majd, vagy túl távol lesz a begyűjtő leszállóegység landolási helyétől. A Curiosity-val szerzett tapasztalatok alapján az előbbi biztos nem tűnik valószínűnek, de a program tervezőinek minden eshetőségre fel kell készülniük. A kis európai marsjáró tárolóin összegyűjtött mintatubusokat egy szintén európai építésű robotkar fogja leszedni, és nagyjából 30 darabot közüllük egy, az amerikai leszállóegységen lévő, titánból készült mintatárolóba helyez majd. Így tehát a Mars 2020 43 mintatárolójából a 30 „legjobb", azaz körülbelül fél kilogrammnyi marsi anyag jut majd vissza a Földre.

Ezen az illusztráción a marsi kőzetmintákat bolygó körüli pályára szállító rakéta indítása láthatóIllusztráció: NASA

Ha ez mind megtörtént, a mintatároló gömböt a robotkar egy, az amerikai leszállóegységen található rakétába helyezi, és ekkor következik az egész program legkockázatosabb szakasza. Ez a rakéta fogja ugyanis a mintákat a marsi felszínről bolygó körüli pályára szállítani az első más bolygó felszínéről történő rakétaindítás keretében. A NASA által kifejlesztett MAV rakéta (Mars Ascent Vehicle, marsi felszállóegység) közel három méter hosszú lesz (így még elfér majd a leszállóegységen), és szilárd hajtóanyag működteti majd. A MAV feladata lesz, hogy 300 kilométer magasságú Mars-körüli pályára állítsa a mintákat tartalmazó kapszulát.

2031-ig tartana a hazaút

Ha sikerült az indítás a Marsról, és a kapszula rendben pályára állt, még nem lehetnek nyugodtak az irányítók. A mintákat tartalmazó, Mars körüli pályára állított gyűjtőegységet ugyanis el kell kapnia a nem sokkal korábban a Marshoz érő európai keringőegységnek. Ezt a elfogási manővert az európai keringőegység kamerák segítségével fogja megoldani – a szonda különleges Mars körüli pályájának köszönhetően a küldetés tervezői szerint pár órával a bolygó felszínéről történő rakétaindítás után már megpillantva az értékes kapszulát.

Ezután egy a NASA által tervezett mechanizmus a mintákat szállító kapszulát egy második elszigetelő egységbe zárja, majd sterilizálja a marsi környezettel érintkező modul külsejét. Ezután ezt még egy harmadik hermetikusan záró héj, majd egy negyedik veszi körül – utóbbi védi majd az egységet a Föld légkörébe való visszatérés során. Végül a négy héjjal lezárt minták egy az európai keringőegységhez csatlakoztatott hővédőpajzs-modulra kerülnek. A mérnökök által tervezett négyszeres zárásból jól látszik, hogy a visszatérő egység megtervezésénél a legfontosabb szempont a földi bioszféra védelme volt bármilyen esetleges marsi létforma általi szennyeződéstől – még akkor is, ha erre nagyon kevés esély van. 

Ha a minták lezárása befejeződött, a jelenleg a Merkúrhoz tartó BepiColombo szondához hasonlóan gazdaságos ionhajtóművek által hajtott európai keringőegység  visszaindul a Földre. Az utazás a szokásos 9 hónap helyett két évig tart majd. 

A Stardust üstökösszonda visszatérő-kapszulája a landolását követően az amerikai légierő Utah államban található gyakorlóterületén, 2006-banFotó: NASA

A visszatérő-kapszula 2031-ben érkezne meg a Földre, és egy utah-i sivatagban landol landol, hasonlóan ahhoz, ahogy 2006-ban a Stardust űrszonda belépőegysége visszajuttatta a szonda által gyűjtött üstökösmintákat. A Startdust visszatérő-egységével ellentétben a rezgéselnyelőkkel védett, többszörösen zárt marsi kapszula ejtőernyők nélkül landolna, ezzel is minimalizálva az esetleges komplikációkat, ugyanakkor garantálva, hogy ne jussanak marsi anyagok a földi környezetbe.

Miután a minták megérkeznek a Földre, a zárt kapszulát egy speciális amerikai laboratóriumba szállítják. Ez a mai legmagasabb biztonsági szintű (BSL-4) biológiai laboratóriumokhoz hasonlóan – amelyekben kutatók a legveszélyesebb földi kórokozókat vizsgálják – megvédi majd a külső környezetet potenciális marsi organizmusoktól. A különleges kihívást az okozza, hogy ezzel egyidejűleg a marsi mintákat is meg kell védeni a földi mikrobák általi beszennyeződéstől.

Ha ez mind sikerült, kezdetét venné a minták körültekintő, csúcstechnológiás módszerekkel történő vizsgálata a jelenlegi és egykori marsi környezet megértése érdekében. Ez a hosszú évekig, talán évtizedekig elfoglaltságot adna a geológusoknak, a kémikusoknak, a bolygókutatóknak és a biokémikusoknak.

A marsi kőzetminták Földre való visszahozatalának ígérete az, hogy szinte egyértelműen eldöntheti a kérdést, hogy kialakult-e valaha élet a Marson. A földi vizsgálatok arra is szinte biztosan választ adhatnak, hogy miért változott meg drámaian a kezdetben tavakkal, folyókkal és talán tengerekkel borított Mars klímája több mint 3,5 milliárd évvel ezelőtt, és ez itt a Földön is praktikus tanácsokkal szolgálhat az emberiségnek.