Viviamo in un'epoca d'oro di missioni di ritorno campione

Un'illustrazione del rover Perseverance della NASA sulla superficie di Marte. NASA/JPL-Caltech

Osservare le rocce spaziali da lontano va benissimo, ma a volte è necessario avvicinarsi.

Le più grandi domande nella scienza spaziale - come si è formato il sistema solare, come ha portato alla vita sulla Terra e se c'è mai stata vita su altri mondi vicini - possono davvero essere risolte solo con lo studio diretto dei materiali di quei mondi. E questo significa prendere un campione per studiarlo a casa sulla Terra. Puoi modellare solo così tanto, dice Tanja Bosak, geobiologa del MIT. I campioni ci aiutano a testare e convalidare come crediamo funzioni l'universo.

Il 2020 si è rivelato un anno importante per le cosiddette missioni di rimpatrio campione. La missione OSIRIS-REx della NASA è atterrata con successo sull'asteroide Bennu e raccolto una somma eccedente di materiale da riportare sulla Terra. Comincerà il viaggio di ritorno a maggio. A dicembre, la missione giapponese Hayabusa2 finalmente riportato campioni dell'asteroide Ryugu. Più tardi quel mese, la Cina ha consegnato il primo nuovo lotto di rocce lunari in oltre 45 anni .

Le più emozionanti missioni di ritorno dei campioni devono ancora arrivare. In poche settimane la Perseverance Rover, lanciato lo scorso anno , atterrerà su Marte per esplorare il paesaggio alla ricerca di prove di vita antica (o presente), che include la perforazione e la conservazione di campioni per il ritorno sulla Terra in un secondo momento. Si prevede che la Cina effettuerà un'altra consegna di rocce lunari sulla Terra nel 2023 con Chang'e 6. La Russia farà lo stesso con Luna 28 nel 2027. Sia la Russia che la Cina dovrebbero tentare missioni di ritorno di campioni su Marte prima della fine del decennio . La missione giapponese Martian Moons Exploration (MMX), lanciata nel 2024, visiterà la luna marziana Phobos con l'intenzione di raccogliere materiale dalla superficie e riportarlo sulla Terra nel 2029. La Cina è rimuginando un esempio di missione di ritorno sul pianeta nano Cerere. E il possibile rilevamento della fosfina nell'atmosfera di Venere (che è ancora confermato da diversi gruppi ) fa pensare a scienziati e ingegneri a come potrebbe essere una potenziale missione sul pianeta giallo.

Storia correlata

Ecco cosa vuole la Cina dalla sua prossima stazione spaziale Il progetto è incentrato sul prestigio e sul prestigio internazionale, e forse anche su uno o due esperimenti scientifici.

Allora, cosa rende possibile questa età dell'oro per le missioni di ritorno campione? I lanci sono più economici, per esempio, così come l'hardware utilizzato per costruire le sonde e i lander. Strumenti come gli spettrometri, che possono identificare la presenza di diversi elementi e composti, sono più piccoli e più resistenti e consumano molta meno energia. Il tecnologia autonoma utilizzato per navigare in questi mondi è migliorato enormemente: OSIRIS-REx in particolare ha beneficiato del fatto che il sistema di tracciamento delle caratteristiche naturali (NFT) a bordo fornito mappatura in tempo reale della superficie per mantenere la sonda al sicuro dai massi pericolosi di Bennu. NFT è pronta ad aiutare le future missioni robotiche a svolgersi senza intoppi e in sicurezza, con restituzione di campioni o altro.

Gli ingegneri stanno anche proponendo nuove idee su come raccogliere e conservare effettivamente questi campioni. La perseveranza sta diventando vecchia scuola con un kit di perforazione per raccogliere nuclei di roccia intatti dal terreno. OSIRIS-REx ha ideato un sistema di raccolta touch and go simile a un pogo stick che ha fatto scendere la navicella spaziale per pochi secondi da Bennu e ha utilizzato aria compressa per spargere piccole macerie nel contenitore di raccolta. Haybausa2 ha letteralmente sparato proiettili a Ryugu. MMX utilizzerà una semplice pneumatica per raccogliere materiale sabbioso da Phobos.

Per una missione su Venere, gli scienziati hanno preso in considerazione un veicolo spaziale che può immergersi nell'atmosfera e imbottigliare del gas . Tecnologie criogeniche consentirà una migliore conservazione dei volatili extraterrestri —o elementi congelati che possono essere vaporizzati. Fondamentalmente, ogni mondo ha un ambiente unico e una serie di circostanze che determinano l'approccio migliore per la raccolta dei campioni e le nostre tecnologie sono finalmente al punto in cui è ragionevole realizzare metodi di campionamento che una volta sembravano troppo difficili o impegnativi.

Queste non sono indagini che puoi fare solo con una sonda a terra. Semplicemente non c'è alcun sostituto per il tipo di indagini che puoi eseguire attraverso le apparecchiature di laboratorio qui sulla Terra. Supponiamo di aver trovato prove del DNA su Marte: la perseveranza non ha modo di sequenziarlo, e finora non c'è modo in cui nessuna sonda marziana possa essere dotata dell'attrezzatura necessaria per farlo. Se volessimo studiare campioni di roccia per comprendere la storia del campo magnetico di Marte, un rover semplicemente non ha la capacità di eseguire questo tipo di test.

Dalla carta alla pratica

Quindi, in che modo esattamente una missione di ritorno di esempio passa dall'idea all'esecuzione? Per una missione di ritorno campione, si tratta dell'accessibilità per arrivarci e dell'accessibilità per tornare, afferma Richard Binzel, astronomo del MIT e co-investigatore di OSIRIS-REx.

Alcune destinazioni come la luna e Marte sono sempre state in prima linea nelle menti degli scienziati planetari, soprattutto perché abbiamo imparato di più sulla storia dell'acqua su entrambi i corpi. Ma al di là di questi luoghi, i resi dei campioni sono più difficili da giustificare.

Dal punto di vista di Binzel, i rendimenti dei campioni sono ancora troppo difficili da ottenere per tutte le domande tranne le più importanti. Questi ruotano attorno alle origini del sistema solare e della chimica che ha portato alla vita sulla Terra. Quanto lontano possiamo andare indietro e ottenere una capsula del tempo dell'inizio di tutto ciò che è la Terra e noi? lui dice. Si tratta di volatili. Nel contesto della scienza planetaria, questo può significare acqua ghiacciata o azoto, anidride carbonica, ammoniaca, idrogeno, metano, anidride solforosa: gli ingredienti per la vita. Se non ci sono volatili, e quindi nessuna indicazione era una volta abitabile o potrebbe ancora esserlo, una missione di ritorno del campione sembra altamente improbabile.

Una volta selezionato l'obiettivo, tuttavia, gli ingegneri prendono il sopravvento per capire come raccogliere al meglio il campione e riportarlo indietro. Da lì, gli scienziati devono semplicemente giocare le carte con cui hanno a che fare e sperare che il materiale che tornerà sia abbastanza adatto per essere studiato.

I guadagni possono essere enormi. Tra il 1969 e il 1972, gli astronauti dell'Apollo riportarono 842 libbre di rocce lunari. Oltre 50 anni dopo, le persone li stanno ancora studiando e pubblicando articoli che descrivono in dettaglio nuove intuizioni. Stiamo rianalizzando e rimisurando e utilizzando tecniche di nuova concezione per esaminare i campioni e formulare nuove domande, afferma Bosak. È il dono che continua a fare.

Il fatto che questi campioni possano essere tramandati di generazione in generazione, in cui i futuri scienziati possono utilizzare nuove tecnologie e intuizioni per restringere le loro indagini e perseguire domande a cui nessuno ha ancora pensato, significa che c'è una potente eredità che vale la pena seguire. Quando Perseverance scenderà su Marte e visiterà il cratere Jezero questo mese, raccoglierà materiale che gli scienziati sulla Terra studieranno per decenni, forse centinaia di anni.

nascondere