https://frosthead.com

Asteroide prøve-retur-mission ankommer for at samle primordiale klipper i solsystemet

Nu flyver de i dannelse med asteroiden Bennu, OSIRIS-REx-rumfartøjet tilbringer de næste 18 måneder med at undersøge dette uberørte stykke af det primære solsystem: kortlægge dens sammensætning, studere dens bevægelser og udarbejde whys og hvorpå lignende lignende genstande. Denne første undersøgelse er i påvente af uafhængighedsdagen 2020, hvor rumfartøjet - på størrelse med en UPS-lastbil med mobilitet som en kolibri - vil presse sin prøveindsamlingsmekanisme mod Bennu for at bringe en forseglet dåse med premium-asteroide i klasse A til analyser på laboratorier over hele verden.

”Vi vil have set Bennu fra et lyspunkt og en gang tilbage på Jorden ned til dets bestanddele atomer. Det er ret forbløffende. Der er ikke noget andet organ, der er sandt for, ”siger Dante Lauretta, missionens vigtigste efterforsker, fra sit kontor på Lunar and Planetary Laboratory på University of Arizona. Han tænker et øjeblik og tilføjer: "Måske vilde 2."

Kometen Wild 2 blev udvalgt af NASAs Stardust-mission i 2004. Det var agenturets første sample-return-mission siden Apollo-programmet, skønt det ikke nærede sig det modige, hvad Lauretta og hans team gør på Bennu. Stardust opsamlede partikler i kometens kølvandet, hvoraf den største var omkring en millimeter, og fandt aminosyrer, der var essentielle for livet, hvilket ændrede den videnskabelige forståelse af den økonomiske udvikling. OSIRIS-REx på den anden side vil tage hjem op til 4, 4 pund af den kulstofholdige asteroide. Det er umuligt at forudsige, hvad dets stenbrud vil afsløre, da bestanddele af Bennu menes at være ældre end selve solsystemet, men at studere sådant gammelt materiale sandsynligvis vil udfylde huller i vores modeller for dannelse af solsystemet og den sti, der i sidste ende førte til livet på Jorden.

Billede af asteroiden Bennu taget af OSIRIS-REx rumfartøj den 16. november 2018 fra en afstand af 136 miles (136 km). Billede af asteroiden Bennu taget af OSIRIS-REx rumfartøj den 16. november 2018 fra en afstand af 136 miles (136 km). (NASA / Goddard / University of Arizona)

Prøve-retur-missioner er nøjagtigt, som de lyder som, griber nogle himmeleksempler i dets naturlige livsmiljø og bringer det hjem til analyse. Selvom planetariske forskere har arbejdet med troldmænd med landere og rovere, er deres mekaniske fuldmagter stadig frustrerende begrænset i den videnskab, de kan gøre. Robots videnskabelige nyttelast er begrænset af masse og magt, mens spektrometre på Jorden kan være på størrelse med en bygning. En synkrotron kan være en kilometer på tværs. Det er Star Trek-størrelser. Tanken bag eksemplet er, at hvis vi ikke kan bringe værktøjerne til målet, bringer vi målet til værktøjerne.

”Jeg var i denne bygning i 2008, da Phoenix-landeren var på Marsoverfladen, og de første øser af Mars ville ikke ryste fri fra robotarmen til analyse, ” siger Lauretta. ”De kom til sidst ud af det. De varmer det op, og det frigav sig og gik vej til massespektrometeret, og vi skrabede på hovedet og prøvede at give mening om det. Og jeg tænkte ved mig selv: Hvis jeg havde et korn, som jeg kunne svømme fra den scoop, kunne jeg fortælle dig hundrede gange mere information end hvad du lige har fået fra det instrument. ”

Ikke alle områder af planetarisk undersøgelse er avanceret ved hjælp af prøveanalyse. En geofysiker, der håber at forstå en planetarisk genstand, måske først ikke nå en skovl med fremmed regolit. NASA har en etableret efterforskningskadence til forståelse af planetariske organer: flyby, orbiter, lander, rover, sample-return mission og derefter en menneskelig mission. Månen kontrollerede hver boks. Mars 2020, NASAs næste rover, der skal lanceres i sit navnår, vil begynde cache-cache-processen. Det vil flaske Mars-snavs for en fremtidig lander at samle og sprænge derhjemme. Derefter sender du astronauter.

”I årtier manglede der eksempler på prøver fra undersøgelsen af ​​Mars, ” siger Lindy Elkins-Tanton, direktøren for School of Earth and Space Exploration ved Arizona State University. ”Så avanceret som vi er med fjerninstrumentering, er det forbløffende, hvor meget mere vi lærer, når vi har det i vores hænder. Der er bare ingen substitution. ”

Selvom planetariske videnskabsmænd studerer maritime meteoritter for at få indsigt i planetens historie, kan meteoritterne ikke besvare spørgsmålet om, hvorvidt Mars nogensinde var et opholdssted for livet. Desuden ved videnskabsmænd ikke præcist, hvor eller hvornår prøverne stammer fra, før de styrtede ned på Jorden. Selvom meteoritter fra Mars opdaget på Jorden kan dateres nøjagtigt, betragtes de som en sandsynligvis partisk prøve, ung i forhold til Marsoverfladen.

Elkins-Tanton er en del af Mars 2020-videnskabsteamet og tjener som den vigtigste efterforsker af NASAs Psyche-mission til at studere en metalsteroid, der antages at være en planetarisk kerne, der skal lanceres i 2022. Hun siger, at forskere med det samme ville studere Martian prøver til organiske materialer og deres isotopiske makeup. En sådan undersøgelse af isotopforhold ville give en stærk indikation af, om materialet blev skabt af livet.

Forskere vil også datere prøven, "noget vi ikke kan gøre med nogen nøjagtighed med robotter, " siger Elkins-Tanton. ”Det kræver super, superfint arbejde i isotoplaboratorier for at få den nøjagtige alder på en mineralsk eller øvre klippe.” Forskere mangler i øjeblikket absolutte datoer for klipper på Mars's overflade, og ”prøver ville hjælpe med at løse nogle af disse lange- stående argumenter om, hvornår Mars var våd. Hvad var de forskellige eoner, epokerne af forskellig kemisk aktivitet på overfladen på Mars? ”

Rumfartøjer af enhver smag er iboende begrænset af den videnskabelige hardware, de flyver. Da Galileo ankom Jupiter i 1995, var dens instrumentering ti år gammel. Selvom teknologien sprang frem i løbet af dette årti, kunne fattige gamle Galileo ikke udnytte noget af det. Prøveopgaver er på den anden side i det væsentlige fremtidssikre, siger Ryan Zeigler, NASAs Apollo-prøvekurator. Efterhånden som teknologien skrider frem, kan prøver trækkes fra opbevaring og revideres til ny analyse.

”Jeg voksede op i månevidenskab med en knogletør måne, ” siger han. ”På Jorden har næsten hver klippe et mineral inde med vand bundet inde i det. Men da forskere kiggede på Apollo-prøverne, så de ikke det. ”Denne mangel på vand blev indarbejdet i modeller af, hvordan månen dannede sig, hvordan den udviklede sig, og antydede på sin side, hvad Jorden engang var lavet af. ”Og for ti år siden havde vi bedre instrumenter og kiggede igen på briller og mineraler i måneprøverne og fandt vand i begge dele.” Månemodellerne måtte omarbejdes. ”Hvis der er flygtige i månen, er den gigantiske påvirkningshypotese levedygtig? Ja, men forskere måtte tilpasse den måde, hvorpå gigantpåvirkningen virkede for at holde flygtige rundt. Det var vigtigt. ”

Sådanne analyser betaler udbytte, når astronauter vender tilbage der. ”Det koster en masse penge at sende noget til månen, så enhver ressourceudnyttelse, vi kan gøre på stedet, er nøglen. Og vi kan bruge månens sammensætning fra Apollo-prøver til at forstå, hvad vi kan bruge. ”Zeigler forklarer, at metaller i månens regolit måske kan bruges til at fremstille levesteder. Vand kan også udvindes. ”Forskere har fundet et halvt dusin forskellige måder at fremstille ilt på månens jord ved hjælp af Apollo-prøverne i lille skala til at øve sig på. Hvis jeg kan producere store mængder vand på månen eller brint og ilt - det er raketbrændstof! Hvilket igen muliggør menneskelig efterforskning af andre dele af solsystemet. ”

Rumfartøj NASAs OSIRIS-REx-rumfartøj afsløres, efter at dets beskyttelsesdæksel er fjernet inde i den belastningsfarlige servicefacilitet ved Kennedy Space Center i Florida, den 21. maj 2016. (NASA / Dimitri Gerondidakis)

Alle prøver af himmelobjekter håndteres og opbevares af Astromaterials Research and Exploration Science Division i NASA's Johnson Space Center i Houston. Hver gang en ny prøve indsamles, bygges nye faciliteter, der passer til dens kilde og holder prøven isoleret og ikke udtaget. Selvom OSIRIS-REx ikke vil returnere sine Bennu-prøver indtil 2023, vil Johnson snart starte konstruktionen af ​​et nyt sæt laboratorier til at huse Bennu og også en del af asteroiden Ryugu, som snart vil blive udtaget af det japanske rumfartsundersøgelsesagentur (JAXA) rumfartøj Hayabusa-2.

NASA-centret har allerede foretaget undersøgelser for, hvordan man opbevarer Mars-prøver; det er bare et spørgsmål om at få denne mission tæt nok på målstregen for at mobilisere kraner og bulldozere til de nye lagerfaciliteter på Jorden. Ligeledes holder astromaterialedivisionen øje med den japanske mission Martian Moons Exploration (MMX), der lanceres i 2024 og prøver den største af Mars 'to måner, Phobos.

Tættere på hjemmet er der CAESAR, en finalist for NASAs New Frontiers-program, der ville prøve kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko i 2038, hvis den godkendes til finansiering. ”Vi ser allerede på, hvad det vil tage at sammenstille prøver fra en komet, ” siger Zeigler. ”Heldigvis har vi meget tid, fordi det er udfordrende. Det er koldt, der er gas involveret, der er flygtige involverede. Det er ikke umuligt, men det kommer til at kræve, at vi læser om, hvordan vi gør dette og kommer med protokoller for, hvordan vi håndterer helt nye typer prøver. ”

At få prøverne tilbage på Jorden, skønt ekstraordinært udfordrende, er kun halvdelen af ​​slaget. Den virkelige videnskab begynder, når de er sikre og sunde på lager.

"En af grundene til, at Apollo-prøverne stadig er nyttige for videnskaben, " siger Zeigler, "er fordi vi har brugt tid og kræfter på at passe godt på dem, så de fortæller os om månen og ikke Houston."

David W. Brown er forfatter af One Inch From Earth, historien om videnskabsmændene bag NASAs mission til Europa. Det offentliggøres næste år af Custom House.

Asteroide prøve-retur-mission ankommer for at samle primordiale klipper i solsystemet