2012. október: A Mars, ahogy a leszállóegységek látják | MCSE

2012. október: A Mars, ahogy a leszállóegységek látják

Az embereket mindig is érdekelte a vörös bolygó. A XIX. században Percival Lowell és Giovanni Schiaparelli megfigyelései marscsatornákat láttak, amik  értelmes életre utaltak. Rövidesen kiderült, hogy ez nem igaz, sokkal inkább egy lepusztult bolygóról van szó. Ám az űrtávcsöves megfigyelések az 1970-es években víz alkotta képződményeket fedeztek fel, tehát elképzelhető, hogy milliárd évekkel ezelőtt kialakulhatott valamilyen szintű élet. A mai kutatások ezt célozzák meg, a nemrég a Marsra szállt Curiosity ugyan nem az élet nyomait keresi, hanem olyan szerves anyagokat, melyek utalhatnak az élet egykori jelenlétére. Természetesen ha volt egyáltalán.

 
Giovanni Schiaparelli rajza a Mars-csatornákról 

De a marsi élet kutatása a környezet felderítésével kezdődik. Az amerikai Viking programban szereplő szerkezetet két egység alkotta: egy leszállóegység és egy keringőegység. A keringőegység a marsi felszínt térképezte nagyjából 50 méteres felbontással, légköri jelenségeket – porvihar, felhőzet stb. – figyeltek meg, valamint a leszállóegységnek megfelelő leszállási pontot kerestek. Ezeken kívül még infravörös érzékelőkkel is rendelkeztek, amivel a felszín és a légkör hőmérsékletét, valamint a vízpára és a vízjég eloszlását vizsgálták. A küldetésben azonban a leszállóegységek kapták a főbb szerepet, ugyanis az élet utáni keresésre fejlesztették ki őket. Három műszer ezt vizsgálta, de helyet kapott még egy meteorológiai állomás, valamint egy tömegspektrométer, amivel a légkör és a talaj kémiai összetételét vizsgálták. A Viking-1 1976. június 19-én, a Viking-2 1976. augusztus 7-én állt bolygó körüli pályára.

 
Carl Sagan a Viking leszállóegység makettje mellett 

A tudósok azt feltételezték, hogy ha van élet a Marson, akkor annak a talajban kell lennie, ahol van nedvesség a mikroorganizmusok létfenntartásához. Az első kísérletsorozat a hőbontásos kísérlet volt. Az akkori feltételezések szerint a marsi élőlények anyagcseréjének a légköri szén-dioxid az alapja, és a szén beépül az élőlények szervezetébe. A robotkarral vett talajmintát egy inkubátorba helyezték, és radioaktív szén-dioxid és szén-monoxid gázt fújtak bele, mintha az lenne a marsi légkör. Öt napi erjesztés után a talajmintát 625 °C-ra hevítették és figyelték, hogy a távozó gázokban van-e radioaktív molekula. A kísérletsorozat során előfordult pozitív és negatív eredmény is, így ez nem döntötte el a kérdést. 

A második kísérletsorozat során az inkubátorba újabb talajmintát helyeztek, majd marsi légkört engedtek bele. A talajt radioaktívan jelzett tápoldattal kezelték, amiből az esetlegesen létező organizmusok táplálkoznak. A vizsgálat azt célozta meg, hogy egyes marsi organizmusok képesek-e a szerves anyagok lebontására és a szén kivonására. Tizenegy napon keresztül figyelték az inkubátorban lévő levegőt, hogy megnövekedik-e a sugárzás szintje. Ez meg is történt, de a tudósok szerint a sugárzás kémiai reakciók miatt is emelkedhetett, így ez a kísérlet sem döntötte el a kérdést.

A harmadik kísérletsorozatban gázcserélődési kísérleteket végeztek. A kísérlet során olyan élőlényeket kerestek, amely belélegzi a marsi légkört, majd azt átalakítva másmilyen gázt bocsát ki. A gázkromatográffal figyelték az inkubátorban lévő légkör összetételét, de itt is rá lehetett fogni az eredményeket kémiai reakciókra. Tehát ez a kísérletsorozat sem adott egyértelmű választ a kérdésre. 

 
Ásásnyomok a Viking leszállóegység környezetén

A felemás kísérleti eredmények ellenére hatalmas ismeretanyag jutott a tudósok birtokába a leszállóegységek és keringőegységek által. A Viking-1 leszállóegysége a tervezett három hónapos küldetést jócskán meghaladta, több, mint 6 évig küldte az adatokat a marsi légkörről. A keringőegység szinte teljesen feltérképezte a bolygót, valamint először kapta lencsevégre a Mars két holdját, a Phobost és a Deimost. A Viking leszállóegység műszereinek másolatát elvitték az Atacama sivatagba, hogy elvégezzék a kísérleteket egy élettel teli mintával is, de meglepetésre ott a műszerek nem mutattak ki életet. A kérdés eldöntése egy későbbi marsszondára vár. 

 
Mars Pathfinder  a laboratóriumban, nem sokkal az indítás előtt

A NASA Discovery-programjának keretében a különböző égitestek felé utazó űrszondákat minél olcsóbban próbálta megépíteni. Ennek a programnak a keretében épült meg a Mars Pathfinder , ami 1997. július 4-én érkezett a vörös bolygóhoz. Az űreszköz egy leszállóegységet és elsőként egy kicsi rovert is tartalmazott.  A leszállóegységen fel volt szerelve egy meteorológiai állomás, mely adatokat gyűjtött a nyomásról, a szélről és a hőmérsékletről. A kis rover, a Sojourner feladata a felszínen található kövek és a felszín összetételének vizsgálata volt. A Barnacle Bill nevű követ megvizsgálva kiderült, hogy főként andezit alkotja, ami múltbeli vulkáni tevékenységre utal. 

 
A Sojourner a Yogi szikla (Maci Laci) elemzését végzi 

Több képet készített a leszállóegység különböző napmagasságok idején, így a tudósok meg tudták állapítani, hogy a marsi por mikrométeres nagyságú lehet. A roveren helyet kapott egy mágnes is, hogy a por mágneses összetevőit vizsgálják, és az eredmények azt mutatták, hogy főként vas-oxid alkotja, ez okozza a bolygó vörös színét. Különböző mérésekből megállapították, hogy a mag mérete 1300 km és 2000 km között van. 

A Spirit (Szellemiség) és az Opportunity (Lehetőség) egy ikerszonda, amik a Mars felszínén végeznek geológiai méréseket. 2004. januárjában landolt szondák fő feladata, hogy megvizsgálja, milyen geológiai folyamatok alakították a felszínt, a víznek milyen szerepe volt a bolygó történetében, meghatározza a kőzetek és a talaj összetételét, illetve víz jelenlétében keletkezett ásványok utáni kutatás, az élet megjelenhetett-e egyáltalán a bolygón, valamint a jövő emberes küldetéseit előkészítse. Az eredetileg 90 marsi naposra tervezett küldetést a roverek már többszörösen meghaladták, a Spirittel 2010. március 22-én egy korábbi baleset és a tél miatt elvesztették a kapcsolatot, de az Opportunity még ma is folytatja kutatásait az Endeavour kráternél.

Minkét rover hatalmas ismeretanyaggal halmozta el a tudósokat. Míg a Viking szondákon radioaktív anyag biztosította az energiaellátást, addig a két rovert napelemek látják el energiával. Ez többször is problémát okozott, nem egyszer kellett kikapcsolni bizonyos nagy energiát igénylő műszereket, hogy folytatni tudják a szerkezetek az útjukat. A marsi por ugyanis rárakódott a napelemtáblákra, csökkentve ezzel a napból nyert energiát. Ezt csak úgy lehetett megoldani, hogy meg kellett várni, amíg egy porördög vagy a szél lefújta a port a napelemekről. Ez néha nagyon hosszú időt is igénybe vett. 

A vízzel kapcsolatos kutatásait tekintve az Opportunity nagy felfedezéseket tett. Bizonyos kibukkanó kőzeteken felfedezett kis gombócokat, melyeket áfonyáknak hívnak. Ezekről az áfonyákról kiderült, hogy hematit alkotja őket. Ez azért érdekes, mert a Földön a hematit víz jelenlétében keletkezik, tehát valószínűsíthető, hogy egykor jelen volt bizonyos mennyiségű víz a bolygón. De talált még jarozitot is, ami CSAK savas víz jelenlétében alakul ki, és az ásványban található szennyeződésekből lehet következtetni a környezet milyenségére. A savas víz ugyan ellenséges környezet, de vannak olyan mikroorganizmusok, extremofilek, melyek képesek megélni ilyen extrém körülmények között is. 

 
Az Opportunity a Victoria-kráter peremén 

Folyékony víz azonban a bolygón nem létezhet, mivel a felszín közelében nem elég nagy a nyomás és a hőmérséklet, hogy hosszabb távon megmaradjon. De a korábbi kutatásokból kiderült, hogy a bolygó valamikor sokkal melegebb hely volt, mint most. A szondák a spekrométerüket használva megállapították, hogy a fénynek mely tartományai nyelődnek el a légkörben. Emellett különböző jelenségeket is megfigyeltek, a Spirit sok porördögöt, apró forgószeleket figyelt meg, míg az Opportunity főként a magasban található felhőket és a roverre kifagyott anyagot vizsgálta.

A jövő emberes expedíciói számára is hasznos információkat gyűjtöttek a felszínre érkező sugárzásról, a hőmérsékletről, a légkörben található porról. A por nagyon finom szemcsékben található a vörös bolygón, ami mérgező vegyületeket is tartalmazhat, éppen ezért az űrruhákat úgy tudják tervezni, hogy még a legkisebb résen se tudjon bejutni a por az űrruhába vagy az oda kitelepített lakómodulokba.

A Spirit 2009-ben a Homeplate-nél balesetet szenvedett, ugyanis beszakadt a kerekei alatt a laza talaj. Több hónapnyi próbálkozás után sem tudták kiszabadítani a Spirit-et, ráadásul közeledett a marsi tél is, majd 2010. május 22-én vették az utolsó jelet a Spirittől. Az Opportunity jelenleg akadálytalanul folytatja útját az Endeavour kráter pereménél.

 
Beszakadt a Sipirt alatt a talaj! 

2008. május 25-én leszállt Phoenix szonda célja a víz kimutatása volt a Mars felszínén. Műszerparkjában helyet kapott három kamera, egy robotkar, egy röntgenspekrométer, valamint egy mikroszkóp is. Két fő feladata volt a szondának: víz múltjának kiderítése, valamint hol fordulhat elő élet a Mars felszínén vagy az alatt. Az eredetileg 90 marsi napra tervezett programot meghosszabbították, remélve, hogy a szonda túl fogja élni a marsi telet, és meg tudja majd vizsgálni a kicsapódott jeget. Ez azonban nem történt meg, a kemény hideg tönkretette a szondát. De a rövid kutatási idő ellenére meglepő eredmények születtek. Az északi pólus közelében leszállt laboratórium 2008. július 31-re megerősítette a vízjég jelenlétét, amit 2002-ben a Mars Odyssey keringőegység megjósolt. 

 
A túrás bal alsó sarkában található fehér jégdarabok négy nap alatt eltűntek 

Ellentétben a Viking űrszondák és a Pathfinder leszállóhelyével, a Phoenix landolási helyén nem voltak óriási sziklák. A kamera messzire ellátott, és a felszínen sokszög alakú alakzatokat fotózott le, melyek 2-3 méter átmérőjűek, és 20-50 cm mélyek. Ilyen alakzatokat a Földön is lehet találni, jég és nagy hőmérsékletváltozás hatására jönnek létre. Vízjégből álló felhőket észlelt, valamint szelet is, bár a marsi légkör vékonysága miatt nem gyakorolt jelentős hatást magára a szondára. Bebizonyította, hogy a bolygó korábban melegebb és nedvesebb volt, a leszállóhelynél talált mészkő is ezt a feltételezést támasztja alá. A talajban perklorát is található, melyek egyes földi baktériumok tápanyagául szolgálnak. Ebből az anyagból a jövő marskolóniák számára oxigént lehet fejleszteni. 

A legújabb generációs marsszonda, a Curiosity, 2012. augusztus 6-án szállt le a Mars felszínére. 900 kg-os tömege miatt és a Mars vékony légköre miatt az ejtőernyős fékezés nem lett volna elég hatékony, a mérnökök ezért egy meglepő módszert fejlesztettek ki: egy daruval engedték le a marsjárót a felszínre. Elsőnek őrültségnek tűnik, de így sokkal nagyobb tömeget lehet sokkal pontosabban lehelyezni egy adott égitest felszínére. A roveren 17 kamerát helyeztek el, egy két méter hosszú robotkart, valamint tíz különböző műszerével biokémiai nyomok után kutat, valamint széntartalmú vegyületeket és összetett szerves anyagokat keres. Kőzetfúróval közvetlenül vizsgálhatja a mintát, valamint a légkör összetételét és a felszín sugárzási viszonyait vizsgálja. De ne várjuk tőle, hogy kimutatja az életet a Marson, ugyanis a műszereit nem aktív anyagcsere-folyamatok kimutatására tervezték. A marsjáró energiaellátását nem napelemek fogják biztosítani, hanem a plutónium-238 izotóp bomlása. Ilyet már a Viking űrszondák is használtak, a Curiosity így több, mint 15 évig működőképes maradhat. 

 
Nem sokkal a leszállás után készült "önarckép" a Curiosityről

Leszállóhelyéül az egyenlítőhöz közeli Gale-krátert választották. A kráter központjában egy 5 km magas hegy található, amire majd fel is mászik a marsjáró. A hegy oldalán láthatók a bolygó történetének különböző korszakaiból származó kőzetrétegek. A kráter alja a bolygó egyik legalacsonyabb pontja, tehát ha valóban létezett víz a Marson, akkor annak a jeleit fel kellene ismerni. 

A műszerei között található egy infravörös lézer, amit egy kőre irányítva felhevíti egy kis részét, majd az elpárolgó anyag spektroszkópiai elemzésével meg lehet állapítani az adott kő összetételét. A kutatások jelen cikk írása közben kezdődnek meg, az infravörös lézer és a tudományos felszerelések tesztjeit hiba nélkül végrehajtották, elmondhatjuk, hogy ez lesz a valaha épült legprecízebb marskutató szonda. 

A Curiosity első kutatási pontja a Glenelg-pont lesz. Az út során egy kődarabon tesztelték a robotkart, „bevetették” az összes műszert. A kődarabot Jake Matijevic NASA mérnök után nevezték el. A különböző műszerekkel végzett mérések eredményeit összehasonlítják majd, így a berendezések alátámaszthatják egymás megbízhatóságát. De van egy ennél sokkal fontosabb megfigyelés is. A Curiosity olyan felszíni kőzetkibukkanást vett észre, mely egyértelműen bizonyítja, hogy volt vízfolyás a vörös bolygón. A feltételezések szerint a vízfolyás hosszú ideig létezett, mi kedvező feltételeket nyújthatott az élet számára. 

 {mosimage}
A nemrég felfedezett kavicsok Marson (balra) és a Földön (jobbra) 

A Mars Science Laboratory-t követő küldetés a 2016-ban induló Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport (Insight) lesz, mely a bolygó belső szerkezetét fogja vizsgálni rengéshullámok segítségével, valamint arra keresi a választ, hogy a marsi kőzetburok miért nem tört szét, ellenben a földivel. Emellett vizsgálni fogja a Mars belsejéből kiáramló hőt, ami segít pontosítani a vulkanikus tevékenységgel kapcsolatos elméleteket.