Uno dei grandi successi delle missioni Apollo fu di portare a casa centinaia di chilogrammi di roccia lunare. Queste rocce e polvere sono state sottoposte a continue analisi da quando gli astronauti dell'Apollo 11 sono tornati a casa più di 50 anni fa.
E stanno ancora facendo scoperte.
Gli scienziati hanno campioni del vento solare del Sole, particelle dalla coda di una cometa, a pochi grammi da un asteroide, con altri in arrivo a breve.
Ma c'è un solo mondo, al centro di così tanti studi scientifici, che non ha mai restituito un campione: Marte.
La NASA e l'Agenzia spaziale europea hanno pianificato di portare un campione a casa da Marte per decenni e ora, le missioni potrebbero volare nei prossimi anni, portando finalmente un pezzo del Pianeta Rosso a casa sulla Terra per consentirci di studiare direttamente.
Storia delle missioni di ritorno del campione
L'esplorazione dello spazio avviene in più fasi. Per prima cosa inizi con un flyby di scouting, in cui un'astronave percorre una traiettoria veloce oltre un mondo, fornendo un set iniziale di immagini e dati. Pensa al Grand Tour del Voyager attraverso il Sistema Solare o ai New Horizons che visitano Plutone.
Quindi ritorni con un orbita, un veicolo spaziale che può rimanere in posizione per anni, studiando la superficie di un mondo in modo molto dettagliato. Considera la navicella spaziale Cassini, che orbitò intorno a Saturno 294 volte, scattò più di 450.000 foto e cambiò per sempre la nostra comprensione del Pianeta Anellato.
Poi arrivano i lander e i rover. Naturalmente, il miglior esempio di questo è Marte, con Spirito e Opportunità, così come Curiosità, che insieme hanno catturato centinaia di migliaia di immagini, forato rocce e trovato prove di acqua passata su Marte.
Poi arrivano le missioni di ritorno del campione. Questo è il palcoscenico che le agenzie spaziali hanno provato solo poche volte.
A parte la missione Apollo, i primi veicoli spaziali a riportare campioni dallo spazio sulla Terra furono la missione Luna sovietica. Nel 1970, Luna 16 portò a casa 101 grammi di regolite lunare, seguita da Luna 20 e Luna 24. Sebbene portassero una frazione del materiale restituito dalle missioni Apollo, proveniva da diverse posizioni sulla Luna.
Il prossimo veicolo spaziale per restituire un campione a casa fu la missione Genesis della NASA. È stato lanciato nel 2001 per raccogliere campioni del vento solare del Sole e riportarli a casa sulla Terra.
Ha aperto i suoi collezionisti di campioni il 1 ° aprile 2004 e poi è tornato sulla Terra nel settembre dello stesso anno. Sfortunatamente, il suo paracadute non è stato aperto correttamente e l'astronave si è schiantata duramente nel deserto dello Utah.
Nonostante il duro atterraggio, gli scienziati sono stati in grado di recuperare campioni utilizzabili, il che li ha aiutati a scoprire che la Terra potrebbe essersi formata da diversi materiali di nebulose solari rispetto al Sole.
Poi è arrivata la missione Stardust della NASA, che ha sorvolato la coda della Comet Wild 2 nel gennaio 2004, per poi riportare la sua capsula da collezione sulla Terra due anni dopo. L'analisi di queste particelle ha mostrato agli scienziati che le comete contenevano particelle espulse dal Sole all'inizio della sua storia e potrebbero avere un modo di formarsi diverso da quello previsto dagli astronomi.
L'ultima missione di ritorno del campione è stata la missione Hayabusa di JAXA, che ha superato tutti i tipi di difficoltà, incluso il colpo diretto di un bagliore solare, la perdita delle sue ruote di reazione e l'incapacità di schierare il suo lander saltellante. Ma incredibilmente, i controllori di missione furono in grado di riportare a casa la navicella spaziale, con alcuni preziosi microgrammi di materiale asteroide a bordo.
Ci sono missioni in questo momento: Hayabusa 2 e OSIRIS-REx che porteranno a casa ancora più campioni di asteroidi per studiare. JAXA sta anche pianificando una missione per restituire un campione dalle lune di Marte.
E che dire di una missione di ritorno campione su Marte stesso?
Cosa possiamo imparare da una missione di ritorno campione di Marte?
In realtà abbiamo imparato parecchio sulla geologia e l'atmosfera di Marte perché ci sono pezzi del Pianeta Rosso che si trovano qui sulla Terra. Sono stati spazzati via da Marte da un gigantesco impatto di asteroidi milioni di anni fa e hanno fluttuato nello spazio, colpendo infine la Terra e sopravvivendo incredibilmente a un viaggio attraverso l'atmosfera.
Gli scienziati hanno pezzi casuali di Marte, ma ora vogliono un campione di loro scelta. Ciò significa inviare direttamente una missione di ritorno campione.
La NASA ha in realtà pianificato una missione di rimpatrio di campioni su Marte dai primi anni '70, anche prima del lancio del veicolo spaziale vichingo.
Gli obiettivi di una missione di ritorno includono la ricerca della vita, non solo la vita di oggi, ma la vita passata e persino i precursori chimici della vita.
Restituendo campioni incontaminati di Marte a casa, gli scienziati hanno potuto eseguire tutti i tipi di esperimenti sulla regolite marziana, esponendola all'acqua, all'atmosfera più densa e ai nutrienti per vedere se ci sono batteri attivi. Questo esperimento fu tentato con Viking, ma i risultati furono inconcludenti e i biologi planetari discutono ancora su di essi.
Potrebbero analizzare i campioni sotto potenti microscopi, cercando eventuali fossili microscopici o qualsiasi altra indicazione che ci sia vita lì.
Inoltre, gli scienziati hanno potuto comprendere la storia della superficie di Marte e il modo in cui è stata colpita dall'acqua per milioni di anni.
I campioni potrebbero essere restituiti da alcuni dei punti più interessanti, come i sedimenti dei laghi, i depositi attorno alle aperture idrotermali e i delta degli antichi fiumi.
Potrebbero riportare campioni di recenti e antichi attacchi di meteoriti, eruzioni vulcaniche e regioni che sono state esposte al vento per lungo tempo.
Potevano anche studiare la storia a lungo termine di Marte per miliardi di anni, per cercare di capire quando si verificarono vasti cambiamenti planetari per rendere il pianeta così freddo e secco. Quando iniziò il bombardamento degli asteroidi?
Potevano anche assaggiare pezzi dei meteoriti che sporcano la superficie di Marte, campionando altri mondi allo stesso tempo.
Idealmente questi campioni sarebbero rimandati a casa prima che il primo essere umano metta piede sulla superficie di Marte. Sappiamo già che ci sono sostanze chimiche tossiche nella regolite marziana, ma che dire della polvere che si deposita nell'atmosfera? Sarà un rischio se gli astronauti lo respirano? Che dire del materiale che è più in profondità sotto la superficie?
Studiando questo materiale, gli scienziati sarebbero anche in grado di capire quanto bene gli astronauti potrebbero vivere al di fuori della terra. Utilizzare regolite per materiale da costruzione e piante in crescita. Oltre a distruggerlo chimicamente per varie materie prime.
Le diverse parti di Marte sono più utili di altre?
Piani di missione di ritorno del campione di Marte
Uno dei primi piani per una missione di rimpatrio campione su Marte fu chiamato la Raccolta Campioni per Investigazione su Marte (o SCIM). Questa sarebbe una missione di classe scout relativamente economica che volerebbe attraverso l'atmosfera di Marte fino a 40 km di altitudine, raccogliendo polvere e gas atmosferico.
Questo sarebbe abbastanza alto in modo che l'astronave non sarebbe stata catturata da Marte. Quindi restituirebbe i campioni sulla Terra. Studiando questi campioni, gli scienziati hanno potuto abbinare il campione atmosferico ai gas trovati nelle rocce di Marte per essere certi che provenissero dal Pianeta Rosso. Saranno in grado di studiare da vicino la polvere marziana, sai, la polvere che può formare tempeste in tutto il pianeta in grado di porre fine alle missioni dei rover e potrebbe essere un rischio per i futuri astronauti.
La proposta è stata presentata nel 2001, per una missione che sarebbe volata nel 2007 e avrebbe restituito campioni entro il 2010, ma non è mai decollata.
Ma nel 2009, la NASA e l'Agenzia spaziale europea hanno iniziato a fare seri piani per portare a casa un pezzo di Marte, annunciando formalmente la loro cooperazione in missione.
Anticipando la futura missione di rimpatrio dei campioni, sia la NASA che l'ESA hanno costruito i loro rover in arrivo per essere il primo stadio nell'invio di materiale a casa.
Mentre striscia sulla superficie del Pianeta Rosso, il rover Mars 2020 della NASA raccoglierà campioni interessanti e poi li lascerà cadere sulla superficie mentre procede. Il rover Rosalind Franklin dell'ESA, previsto anche per il lancio nel 2020, raccoglierà e immagazzinerà campioni dalla superficie di Marte in contenitori di dimensioni di una penna, che saranno pronti per il ritiro.
Una missione di ritorno campione avrebbe tre parti.
Innanzitutto, ci sarebbe un rover fetch in rapido movimento creato dall'Agenzia spaziale europea per raccogliere campioni per lo studio. Quindi un veicolo di risalita della NASA che trasferirà i campioni nell'orbita di Marte. E infine, una missione orbitante dell'ESA che avrebbe recuperato i campioni e li avrebbe riportati sulla Terra.
Il campione Fetch Rover dell'ESA sarebbe un veicolo relativamente leggero, non superiore a circa 120 chilogrammi. Dovrebbe essere in grado di percorrere 20-30 chilometri percorrendo 200 metri al giorno, percorrendo autonomamente i pericoli sulla sua strada. Nel corso di questo periodo, avrebbe raccolto dozzine di campioni lasciati in superficie da Marte 2020 o Rosalind Franklin, scegliendo i 30 o più scientificamente interessanti da inviare a casa.
Dopo diversi mesi di raccolta dei campioni, la Fetch Rover sarebbe arrivata al Mars Sample Retrieval Lander. Questo è un veicolo spaziale che ha molte somiglianze con i rover Curiosity e Mars 2020 della NASA.
Avrebbe usato un guscio di calore poi paracadute mentre entrava nell'atmosfera marziana, abbassando infine il razzo ascendente sulla superficie di Marte. Resterebbe su Marte per un massimo di 150 giorni, in attesa di campioni dal Fetch Rover.
Quando i campioni venivano caricati a bordo, il veicolo di risalita lanciava il suo motore a razzo ibrido o solido, trasportando i campioni in un'orbita di altitudine di 350 km.
Quindi sarebbe intercettato dall'Orbiter di ritorno della Terra dell'ESA, rendendo un appuntamento completamente autonomo a milioni di chilometri dalla Terra. Utilizzerà quindi un motore a ioni solare-elettrico per compiere il lungo viaggio di ritorno sulla Terra.
E poi, negli anni 2030, gli scienziati metteranno le mani su circa 500 grammi di materiale dalla superficie di Marte.
All'inizio del 2019, la Casa Bianca ha incluso i soldi nel budget proposto per una missione Mars Sample Return, che idealmente potrebbe essere avviata già nel 2026. Sebbene una missione come questa sia stata proposta molte volte prima, questa è la prima volta che il finanziamento effettivo è stato accantonare. Ha dato alla NASA $ 109 milioni nel 2020 per lavorare su "future attività su Marte" che è essenzialmente la missione di ritorno del campione.
Quindi ora, dopo quasi 50 anni di pianificazione, è in preparazione una seria missione di rimpatrio di campioni su Marte.
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