Wir leben in einem goldenen Zeitalter der Probenrückgabemissionen

Eine Illustration des Perseverance-Rover der NASA auf der Marsoberfläche. NASA/JPL-Caltech

Weltraumfelsen aus der Ferne zu beobachten ist schön und gut, aber manchmal muss man ganz nah dran sein.

Die größten Fragen der Weltraumwissenschaft – wie das Sonnensystem entstanden ist, wie es zum Leben auf der Erde geführt hat und ob es jemals Leben auf anderen nahe gelegenen Welten gegeben hat – können wirklich nur durch direktes Studium der Materialien dieser Welten beantwortet werden. Und das bedeutet, sich eine Probe zu schnappen, um sie zu Hause auf der Erde zu untersuchen. Man könne nur begrenzt modellieren, sagt Tanja Bosak, Geobiologin am MIT. Die Proben helfen uns zu testen und zu validieren, wie wir glauben, dass das Universum funktioniert.

Das Jahr 2020 erwies sich als ein großes Jahr für sogenannte Probenrückführungsmissionen. Die NASA-Mission OSIRIS-REx landete erfolgreich auf dem Asteroiden Bennu und eine überbordende Summe gesammelt Material, um es zur Erde zurückzubringen. Es wird die Reise zurück im Mai beginnen. Im Dezember die japanische Hayabusa2-Mission endlich zurückgebracht Proben des Asteroiden Ryugu. Später in diesem Monat lieferte China die erste neue Ladung Mondgestein seit über 45 Jahren .

Die aufregendsten Probenrückgabemissionen stehen noch bevor. In nur wenigen Wochen wurde der Perseverance Rover, letztes Jahr gestartet , wird auf dem Mars landen, um die Landschaft nach Beweisen für altes (oder gegenwärtiges) Leben zu erkunden, einschließlich Bohrungen und Lagerung von Proben für die Rückkehr zur Erde zu einem späteren Zeitpunkt. Es wird erwartet, dass China 2023 mit Chang'e 6 eine weitere Lieferung von Mondgestein zur Erde durchführt. Russland wird 2027 dasselbe mit Luna 28 tun. Sowohl Russland als auch China werden voraussichtlich versuchen, Proben von Missionen zum Mars zurückzugeben, bevor das Jahrzehnt vorbei ist . Japans Mission Martian Moons Exploration (MMX), die 2024 startet, wird den Marsmond Phobos besuchen, um Material von der Oberfläche zu sammeln und es 2029 zur Erde zurückzubringen. China ist dabei Grübeln eine Beispiel-Rückkehrmission zum Zwergplaneten Ceres. Und das Mögliche Nachweis von Phosphin in der Atmosphäre der Venus (welches ist noch von mehreren Gruppen bestätigt ) lässt Wissenschaftler und Ingenieure gleichermaßen darüber nachdenken, wie eine mögliche Mission zum gelben Planeten aussehen könnte.

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Das erwartet China von seiner nächsten Raumstation Bei dem Projekt dreht sich alles um Prestige und internationale Schlagkraft – und vielleicht sogar um ein oder zwei nette wissenschaftliche Experimente.

Was also macht dieses goldene Zeitalter für Probenrückgabemissionen möglich? Zum einen sind die Starts billiger, ebenso wie die Hardware, die zum Bau der Sonden und Lander verwendet wird. Instrumente wie Spektrometer, die das Vorhandensein verschiedener Elemente und Verbindungen erkennen können, sind kleiner und widerstandsfähiger und verbrauchen viel weniger Strom. Der autonome Technologie verwendet, um durch diese Welten zu navigieren, hat sich enorm verbessert – insbesondere OSIRIS-REx profitierte von der Tatsache, dass das Natural Feature Tracking (NFT)-System an Bord ist bereitgestellte Echtzeitkartierung der Oberfläche um die Sonde vor Bennus gefährlichen Felsbrocken zu schützen. NFT ist bereit, zukünftigen Robotermissionen zu helfen, reibungslos und sicher zu laufen, Probenrückgabe oder anderweitig.

Ingenieure entwickeln auch immer neue Ideen, wie diese Proben tatsächlich gesammelt und aufbewahrt werden können. Beharrlichkeit wird altmodisch mit einem Bohrer, um intakte Gesteinskerne aus dem Boden zu sammeln. OSIRIS-REx entwickelte ein Pogo-Stick-ähnliches Touch-and-Go-Sammelsystem, das das Raumschiff für einen Sekundensprung von Bennu nach unten brachte und mithilfe von Druckluft kleine Trümmer in den Sammelbehälter beförderte. Haybausa2 schoss buchstäblich Kugeln in Ryugu. MMX wird einfache Pneumatik verwenden, um sandiges Material vor Phobos zu sammeln.

Für eine Venus-Mission haben Wissenschaftler ein solches Raumschiff in Betracht gezogen kann in die Atmosphäre eintauchen und etwas Gas abfüllen . Kryotechnik-Technologien wird eine bessere Speicherung außerirdischer flüchtiger Stoffe ermöglichen – oder gefrorene Elemente, die verdampft werden können. Grundsätzlich hat jede Welt eine einzigartige Umgebung und eine Reihe von Umständen, die den besten Ansatz für die Probenentnahme vorschreiben, und unsere Technologien sind endlich an dem Punkt angelangt, an dem Probenahmemethoden, die einst zu schwierig oder herausfordernd erschienen, vernünftigerweise durchführbar sind.

Dies sind keine Untersuchungen, die Sie nur mit einer Sonde am Boden durchführen können. Es gibt einfach keinen Ersatz für die Art von Untersuchungen, die Sie hier auf der Erde mit Laborgeräten durchführen können. Sagen wir, wir haben Beweise für DNA auf dem Mars gefunden – Perseverance hat keine Möglichkeit, sie zu sequenzieren, und bis jetzt gibt es keine Möglichkeit, eine Marssonde mit der notwendigen Ausrüstung dafür auszustatten. Wenn wir Gesteinsproben untersuchen wollten, um die Geschichte des Mars-Magnetfelds zu verstehen, wäre ein Rover einfach nicht in der Lage, solche Tests durchzuführen.

Vom Papier zur Praxis

Wie genau verläuft also eine Musterrückholmission von der Idee bis zur Ausführung? Bei einer Probenrückgabemission geht es um die Zugänglichkeit, um dorthin zu gelangen, und die Zugänglichkeit, um zurückzukommen, sagt Richard Binzel, MIT-Astronom und Co-Ermittler von OSIRIS-REx.

Bestimmte Ziele wie der Mond und der Mars standen schon immer im Vordergrund der Köpfe der Planetenwissenschaftler, zumal wir mehr über die Geschichte des Wassers auf beiden Körpern gelernt haben. Aber jenseits dieser Orte sind Probenrückgaben schwerer zu rechtfertigen.

Aus Sicht von Binzel sind Musterrücksendungen für alle außer den wichtigsten Fragen immer noch zu schwierig. Diese drehen sich um die Ursprünge des Sonnensystems und die Chemie, die zum Leben auf der Erde führte. Wie weit können wir zurückgehen und eine Zeitkapsel des Anfangs von allem bekommen, was die Erde und wir sind? er sagt. Es dreht sich alles um flüchtige Stoffe. Im Kontext der Planetenforschung kann dies Wassereis oder Stickstoff, Kohlendioxid, Ammoniak, Wasserstoff, Methan, Schwefeldioxid bedeuten – die Zutaten für das Leben. Wenn es keine flüchtigen Stoffe gibt – und daher kein Hinweis darauf, dass es einmal bewohnbar war oder noch sein könnte – scheint eine Probenrückgabemission höchst unwahrscheinlich.

Sobald das Ziel ausgewählt ist, übernehmen die Ingenieure jedoch die Aufgabe, herauszufinden, wie die Probe am besten gesammelt und zurückgebracht werden kann. Von dort aus müssen die Wissenschaftler einfach die Karten ausspielen, die ihnen ausgeteilt werden, und hoffen, dass das Material, das zurückkommt, zum Studium geeignet genug ist.

Die Auszahlungen können enorm sein. Zwischen 1969 und 1972 brachten Apollo-Astronauten 842 Pfund Mondgestein zurück. Über 50 Jahre später studieren die Menschen sie immer noch und veröffentlichen Artikel mit detaillierten neuen Erkenntnissen. Wir analysieren und messen neu und verwenden neu entwickelte Techniken, um uns die Proben anzusehen, und stellen neue Fragen, sagt Bosak. Es ist das Geschenk, das weitergibt.

Die Tatsache, dass diese Proben von Generation zu Generation weitergegeben werden können, in denen zukünftige Wissenschaftler neue Technologien und Erkenntnisse nutzen können, um ihre Untersuchungen einzugrenzen und Fragen zu verfolgen, an die noch niemand gedacht hat, bedeutet, dass es ein mächtiges Erbe gibt, das es wert ist, weiterverfolgt zu werden. Wenn Perseverance diesen Monat zum Mars hinabsteigt und den Jezero-Krater besucht, wird es Material sammeln, das Wissenschaftler auf der Erde über Jahrzehnte – vielleicht Hunderte von Jahren – studieren werden.

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