นำดาวอังคารมายังโลก แผนการสำหรับภารกิจส่งคืนตัวอย่างของดาวอังคาร

หนึ่งในความสำเร็จที่ยอดเยี่ยมของภารกิจอพอลโลคือการนำหินพระจันทร์หลายร้อยกิโลกรัมกลับบ้าน หินและฝุ่นเหล่านี้ได้รับการวิเคราะห์อย่างต่อเนื่องตั้งแต่นักบินอวกาศ Apollo 11 กลับมาบ้านเมื่อ 50 ปีก่อน

และพวกเขายังคงค้นพบ

นักวิทยาศาสตร์มีตัวอย่างของลมสุริยะของอนุภาคจากหางของดาวหางไม่กี่กรัมจากดาวเคราะห์น้อยและจะมาในไม่ช้า

แต่มีโลกเดียวซึ่งเป็นจุดสนใจของการศึกษาทางวิทยาศาสตร์มากมายซึ่งไม่เคยมีตัวอย่างกลับมา: มาร์ส

องค์การนาซ่าและองค์การอวกาศยุโรปได้วางแผนที่จะนำตัวอย่างบ้านมาจากดาวอังคารเป็นเวลาหลายสิบปีและตอนนี้ภารกิจสามารถบินได้ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าในที่สุดก็นำก้อนหินสีแดงของโลกมาสู่โลกของเราเพื่อศึกษาโดยตรง

ประวัติของภารกิจส่งคืนตัวอย่าง

การสำรวจอวกาศเกิดขึ้นในแต่ละขั้นตอน ก่อนอื่นคุณเริ่มต้นด้วยการบินผ่านแมวมองซึ่งยานอวกาศกำลังโคจรรอบโลกอย่างรวดเร็วโดยจัดเตรียมรูปภาพและข้อมูลเริ่มต้น นึกถึงทัวร์รอบโลกของ Voyager ผ่านระบบสุริยะหรือนิวฮอไรซันส์ที่มาเยือนพลูโต

จากนั้นคุณกลับมาพร้อมยานอวกาศยานอวกาศที่สามารถอยู่ได้นานหลายปีศึกษาพื้นผิวของโลกโดยละเอียด ลองพิจารณายานอวกาศแคสสินีซึ่งโคจรรอบดาวเสาร์ 294 ครั้งถ่ายภาพมากกว่า 450,000 ภาพและเปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโลกวงแหวนตลอดกาล

จากนั้นก็มาถึงแลนเดอร์และโรเวอร์ แน่นอนตัวอย่างที่ดีที่สุดของเรื่องนี้คือมาร์สที่มีวิญญาณและโอกาสรวมถึงความอยากรู้อยากเห็นซึ่งจับภาพหลายแสนภาพหินเจาะและพบหลักฐานของน้ำที่ผ่านมาบนดาวอังคาร

จากนั้นมาถึงภารกิจส่งคืนตัวอย่าง นี่คือขั้นตอนที่หน่วยงานอวกาศได้ทดลองเพียงไม่กี่ครั้ง

นอกเหนือจากภารกิจ Apollo ยานอวกาศแรกที่นำตัวอย่างจากอวกาศกลับสู่โลกก็คือภารกิจ Luna ของโซเวียต ในปี 1970, Luna 16 นำกลับบ้าน 101 กรัมของดวงจันทร์ regolith, ตามด้วย Luna 20, และ Luna 24 แม้ว่าพวกเขาจะนำเศษเสี้ยวของวัสดุที่ส่งคืนโดยภารกิจ Apollo แต่มันมาจากสถานที่ต่าง ๆ บนดวงจันทร์

ยานอวกาศตัวต่อไปที่จะกลับบ้านตัวอย่างคือภารกิจปฐมกาลของนาซ่า เปิดตัวในปี 2544 เพื่อรวบรวมตัวอย่างลมสุริยะและนำพวกมันกลับบ้านสู่โลก

มันเปิดตัวอย่างนักสะสมเมื่อวันที่ 1 เมษายน 2004 จากนั้นกลับสู่โลกในเดือนกันยายนของปีเดียวกัน น่าเสียดายที่ร่มชูชีพของมันล้มเหลวในการเปิดอย่างเหมาะสมและยานอวกาศชนกับทะเลทรายยูทาห์อย่างแรง

แม้จะมีการลงจอดอย่างหนัก แต่นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถดึงตัวอย่างที่ใช้งานได้ซึ่งช่วยให้พวกเขาค้นพบว่าโลกอาจก่อตัวขึ้นจากวัสดุเนบิวลาแสงอาทิตย์ที่แตกต่างจากดวงอาทิตย์

จากนั้นภารกิจสตาร์ดัสต์ของนาซ่าซึ่งบินผ่านหางดาวหาง 2 ในเดือนมกราคม 2547 จากนั้นส่งคืนแคปซูลสะสมกลับคืนสู่โลกอีกสองปีต่อมา การวิเคราะห์อนุภาคเหล่านี้แสดงให้นักวิทยาศาสตร์เห็นว่าดาวหางบรรจุอนุภาคที่พุ่งออกมาจากดวงอาทิตย์ในช่วงต้นของประวัติศาสตร์และอาจมีวิธีการก่อตัวที่แตกต่างจากที่นักดาราศาสตร์ได้ทำนายไว้

ภารกิจส่งคืนตัวอย่างสุดท้ายคือภารกิจฮายาบูสะของ JAXA ซึ่งเอาชนะความยากลำบากทุกประเภทรวมถึงการถูกกระทบโดยตรงจากเปลวไฟจากดวงอาทิตย์การสูญเสียล้อปฏิกิริยาของมัน แต่ไม่น่าเชื่อว่าผู้ควบคุมภารกิจสามารถนำยานอวกาศกลับบ้านได้ด้วยวัสดุดาวเคราะห์น้อยขนาดเล็กจำนวนหนึ่งบนกระดาน

มีภารกิจอยู่ที่นั่นตอนนี้: Hayabusa 2 และ OSIRIS-REx ซึ่งจะนำตัวอย่างดาวเคราะห์น้อยกลับบ้านมากขึ้นเพื่อศึกษา JAXA ยังวางแผนที่จะทำภารกิจคืนตัวอย่างจากดวงจันทร์ดาวอังคารด้วย

แล้วภารกิจตัวอย่างกลับมาที่ดาวอังคารล่ะ?

เราสามารถเรียนรู้อะไรจากภารกิจส่งคืนตัวอย่างของดาวอังคาร

เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับธรณีวิทยาและบรรยากาศของดาวอังคารบ้างเล็กน้อยเนื่องจากมีชิ้นส่วนของดาวเคราะห์สีแดงอยู่ที่นี่บนโลก พวกเขาถูกแตกออกจากดาวอังคารโดยดาวเคราะห์น้อยขนาดยักษ์ที่กระทบกับหลายล้านปีที่ผ่านมาและพวกเขาก็ลอยไปในอวกาศในที่สุดก็โดดเด่นโลกและรอดชีวิตจากการเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศอย่างไม่น่าเชื่อ

นักวิทยาศาสตร์มีดาวอังคารแบบสุ่ม แต่ตอนนี้พวกเขาต้องการตัวอย่างที่พวกเขาเลือก และนั่นหมายถึงการส่งตัวอย่างภารกิจส่งคืนโดยตรง

นาซ่าได้รับการวางแผนสำหรับภารกิจคืนตัวอย่างดาวอังคารตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1970 ก่อนที่จะมีการเปิดตัวยานอวกาศไวกิ้ง

เป้าหมายของภารกิจส่งคืนจะรวมถึงการค้นหาชีวิตไม่ใช่เพียงแค่ชีวิตในปัจจุบัน แต่เป็นชีวิตในอดีตและแม้แต่สารตั้งต้นทางเคมีของชีวิต

ด้วยการคืนตัวอย่างที่บริสุทธิ์ของดาวอังคารกลับบ้านนักวิทยาศาสตร์สามารถทำการทดลองทุกชนิดบนระบบดาวอังคารเผยให้เห็นมันลงไปในน้ำบรรยากาศที่หนาขึ้นและสารอาหารเพื่อดูว่ามีแบคทีเรียที่ใช้งานอยู่หรือไม่ การทดลองนี้มีความพยายามกับ Viking แต่ผลสรุปไม่ได้และนักชีววิทยาดาวเคราะห์ยังคงโต้เถียงพวกเขา

พวกเขาสามารถวิเคราะห์ตัวอย่างภายใต้กล้องจุลทรรศน์ทรงพลังค้นหาฟอสซิลด้วยกล้องจุลทรรศน์หรือสิ่งบ่งชี้อื่น ๆ ที่มีชีวิตอยู่ที่นั่น

นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าใจประวัติศาสตร์ของพื้นผิวดาวอังคารและวิธีที่มันได้รับผลกระทบจากน้ำในหลายล้านปี

ตัวอย่างอาจถูกส่งคืนจากจุดที่น่าสนใจที่สุดบางแห่งเช่นตะกอนของทะเลสาบฝากรอบช่องระบายความร้อนด้วยน้ำและสันดอนของแม่น้ำโบราณ

พวกเขาสามารถนำตัวอย่างกลับมาจากการโจมตีของอุกกาบาตเมื่อเร็ว ๆ นี้และในอดีตการปะทุของภูเขาไฟและบริเวณที่ถูกลมพัดเป็นเวลานาน

พวกเขายังสามารถศึกษาประวัติศาสตร์ระยะยาวของดาวอังคารในหลายพันล้านปีเพื่อลองและทำความเข้าใจเมื่อการเปลี่ยนแปลงของดาวเคราะห์เกิดขึ้นมากมายเพื่อทำให้โลกเย็นและแห้งแล้ง การทิ้งระเบิดของดาวเคราะห์น้อยตกลงเมื่อไร?

พวกเขายังสามารถสุ่มตัวอย่างชิ้นส่วนของอุกกาบาตที่ทิ้งพื้นผิวของดาวอังคารโดยสุ่มตัวอย่างโลกอื่นในเวลาเดียวกัน

ตัวอย่างเหล่านี้จะถูกส่งกลับบ้านก่อนที่มนุษย์คนแรกจะวางเท้าบนพื้นผิวดาวอังคาร เรารู้อยู่แล้วว่ามีสารเคมีที่เป็นพิษในระบบดาวอังคาร แต่ฝุ่นที่ตกลงมาจากชั้นบรรยากาศล่ะ มันจะเป็นความเสี่ยงหรือไม่ถ้านักบินอวกาศหายใจด้วย? แล้ววัสดุที่ลึกลงไปใต้ผิวดินล่ะ?

จากการศึกษาเอกสารนี้นักวิทยาศาสตร์จะสามารถเข้าใจได้ว่านักบินอวกาศสามารถอาศัยอยู่นอกแผ่นดินได้ดีเพียงใด ใช้ regolith สำหรับสร้างวัสดุและปลูกพืช รวมไปถึงการทำลายสารเคมีสำหรับวัตถุดิบต่างๆ

ส่วนต่าง ๆ ของดาวอังคารมีประโยชน์มากกว่าส่วนอื่น ๆ หรือไม่

แผนการส่งคืนตัวอย่างภารกิจของดาวอังคาร

หนึ่งในแผนเริ่มต้นสำหรับภารกิจส่งคืนตัวอย่างไปยังดาวอังคารเรียกว่ากลุ่มตัวอย่างเพื่อการสืบสวนของดาวอังคาร (หรือ SCIM) นี่จะเป็นภารกิจระดับลาดตระเวนที่ไม่แพงนักที่จะบินผ่านชั้นบรรยากาศของดาวอังคารต่ำถึงระดับความสูง 40 กม. เก็บฝุ่นและก๊าซในชั้นบรรยากาศ

นี่จะสูงพอที่ยานจะไม่ถูกดาวอังคารจับ จากนั้นมันจะคืนตัวอย่างสู่โลก โดยการศึกษาตัวอย่างเหล่านี้นักวิทยาศาสตร์สามารถจับคู่ตัวอย่างบรรยากาศกับก๊าซที่พบในหินดาวอังคารเหล่านั้นเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขามาจากดาวเคราะห์สีแดง พวกเขาสามารถศึกษาฝุ่นบนดาวอังคารอย่างใกล้ชิดคุณรู้ไหมฝุ่นที่สามารถก่อตัวเป็นพายุกว้างทั่วโลกที่มีความสามารถในการสิ้นสุดภารกิจรถแลนด์โรเวอร์และอาจเป็นอันตรายต่อมนุษย์อวกาศในอนาคต

ข้อเสนอนี้เกิดขึ้นในปี 2544 สำหรับภารกิจที่จะบินในปี 2550 และส่งคืนตัวอย่างภายในปี 2010 แต่ไม่เคยลุกจากพื้น

แต่ในปี 2009 องค์การนาซ่าและองค์การอวกาศยุโรปเริ่มวางแผนอย่างจริงจังเพื่อนำชิ้นส่วนของบ้านมาร์สประกาศอย่างเป็นทางการถึงความร่วมมือในการปฏิบัติภารกิจ

การคาดการณ์ภารกิจส่งคืนตัวอย่างในอนาคตทั้งนาซ่าและอีเอสเอได้สร้างรถแลนด์โรเวอร์ที่กำลังจะมาเป็นเวทีแรกในการส่งวัสดุกลับบ้าน

ขณะที่มันคลานไปทั่วพื้นผิวของดาวเคราะห์แดงยานสำรวจดาวอังคาร 2020 ของนาซ่าจะรวบรวมตัวอย่างที่น่าสนใจแล้วนำไปทิ้งบนพื้นผิวในขณะที่มันไป Rosalind Franklin rover ของ ESA ซึ่งมีกำหนดเปิดตัวในปี 2020 จะรวบรวมและเก็บตัวอย่างจากพื้นผิวของดาวอังคารในกระบอกขนาดเท่าปากกาซึ่งจะพร้อมสำหรับการบรรทุก

ตัวอย่างภารกิจส่งคืนจะมีสามส่วน

ก่อนอื่นต้องมีรถแลนด์โรเวอร์ที่กำลังเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วซึ่งสร้างโดยองค์การอวกาศยุโรปเพื่อเก็บตัวอย่างเพื่อการศึกษา จากนั้นยานพาหนะขึ้นของนาซาซึ่งจะส่งตัวอย่างไปยังวงโคจรของดาวอังคาร และสุดท้ายภารกิจการโคจรจาก ESA ที่จะดึงตัวอย่างและนำพวกมันกลับสู่โลก

Sample Fetch Rover ของ ESA นั้นเป็นยานพาหนะที่มีน้ำหนักเบาไม่เกิน 120 กิโลกรัม มันจะต้องสามารถเดินทางได้ 20-30 กิโลเมตรไป 200 เมตรต่อวันโดยอัตโนมัติกำหนดเส้นทางรอบอันตรายในทางของมัน ในช่วงเวลานี้มันจะเก็บตัวอย่างที่เหลืออยู่บนพื้นผิวโดย Mars 2020 หรือ Rosalind Franklin โดยเลือก 30 หรือมากกว่านั้นที่น่าสนใจทางวิทยาศาสตร์ที่สุดเพื่อส่งกลับบ้าน

หลังจากเก็บตัวอย่างได้หลายเดือน Fetch Rover จะไปถึงที่เก็บตัวอย่าง Mars Retrieval Lander นี่คือยานอวกาศที่มีความคล้ายคลึงกับยานอวกาศ Curiosity และ Mars 2020

มันจะใช้ heatshell จากนั้นร่มชูชีพเมื่อมันเข้าสู่ชั้นบรรยากาศดาวอังคารในที่สุดก็ลดจรวดขึ้นสู่พื้นผิวของดาวอังคาร มันจะนั่งบนดาวอังคารนานถึง 150 วันรอตัวอย่างจาก Fetch Rover

เมื่อตัวอย่างถูกบรรทุกขึ้นเครื่องยานพาหนะ Ascent จะยิงยานยนต์ไฮบริดหรือจรวดแข็งของมันโดยนำตัวอย่างไปสู่วงโคจรระดับความสูง 350 กิโลเมตร

จากนั้นมันจะถูกดักจับโดย Earth Return Orbiter ของ ESA ทำให้เกิดการพบปะกันอย่างอิสระในระยะทางหลายล้านกิโลเมตรจากโลก จากนั้นจะใช้เครื่องยนต์ไอออนไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อเดินทางไกลสู่โลก

จากนั้นบางครั้งในปี 2030 นักวิทยาศาสตร์จะได้รับวัสดุประมาณ 500 กรัมจากพื้นผิวดาวอังคาร

ในต้นปี 2562 ทำเนียบขาวรวมเงินไว้ในงบประมาณที่เสนอสำหรับภารกิจคืนตัวอย่างดาวอังคารซึ่งจะสามารถเริ่มได้ในปี 2569 แม้ว่าภารกิจนี้ได้เสนอมาหลายครั้งแล้วนี่เป็นครั้งแรกที่เงินทุนจริงเป็น พักไว้ มันให้เงินแก่นาซา 109 ล้านดอลลาร์ในปี 2020 เพื่อทำงานใน“ กิจกรรมดาวอังคารในอนาคต” ซึ่งเป็นภารกิจส่งคืนตัวอย่าง

ดังนั้นหลังจากเกือบ 50 ปีของการวางแผนภารกิจส่งคืนตัวอย่างที่จริงจังไปยังดาวอังคารก็อยู่ในผลงานแล้ว

รับจดหมายข่าวทางอีเมลรายสัปดาห์ของฉัน:

สัปดาห์ละครั้งฉันรวบรวมข่าวอวกาศทั้งหมดของฉันไว้ในจดหมายข่าวอีเมลฉบับเดียวและส่งมันออกไป มีรูปภาพไฮไลท์สั้น ๆ เกี่ยวกับเรื่องราวและลิงก์เพื่อให้คุณสามารถหาข้อมูลเพิ่มเติมได้ ไปที่ universetoday.com/newsletter เพื่อลงทะเบียน