Misja na Marsa. Wytrwałość w poszukiwaniu śladów życia

• Zaryzykuję stwierdzenie, że misja łazika Perseverance (z ang. Wytrwałość), który dotarł w połowie lutego na Marsa, jest najbardziej medialnym tego typu wydarzeniem. A czy jest też najważniejszym w historii takich badań?

– Można by powiedzieć, że jest to na pewno jedna z najważniejszych misji. A czy najważniejsza, to pokaże czas. Tak naprawdę, ta misja dopiero się zaczęła. Jej najważniejszy etap zaczął się tym lądowaniem, które było 18 lutego. Chociaż start był jeszcze latem zeszłego roku, to ze względu na odległość Marsa od Ziemi, tyle to trwało. Lot na Marsa trwa od sześciu do dziewięciu miesięcy. Takich misji było już wiele: grubo ponad 30, one dotarły na Marsa lub przynajmniej weszły na orbitę wokół niego.

• Jeśli chodzi o misje związane z Marsem, to ludzie interesują się nim od lat 60. ubiegłego wieku, zgadza się?

– Tą planetą ludzie interesują się właściwie od zawsze, bo widać ją gołym okiem. Ale jeżeli chodzi o możliwości bezpośredniego zbadania, to był to faktycznie początek lat 60. Wtedy były pierwsze próby. Natomiast w połowie lat 60. zaczęły tam dolatywać jakieś pierwsze próbniki, jeszcze z amerykańskiej serii Mariner. Te pierwsze obrazy Marsa były dosyć rozczarowujące dla naukowców, bo jeszcze na przełomie dziewiętnastego i dwudziestego stulecia całkiem poważnie rozważano możliwość istnienia cywilizacji na Marsie, które mogłyby nawadniać sobie te piaszczyste pustkowia, które było wtedy widać. Myślano nawet, że są tam jakieś kanały nawadniające.

Potem te misje ostatecznie obaliły takie hipotezy. Mars okazał się być bardziej podobny do Księżyca. W tamtych czasach nie było jeszcze tak dobrych kamer jak teraz: zdjęcia z sond przychodziły czarno-białe, więc nie było nawet widać, że to jest Czerwona Planeta.

Jakiś pokraterowany teren, na biegunach były czapy polarne. Podobnie jak na Ziemi, też występują tam pory roku, ale generalnie była to zimna, jałowa pustynia. Takie było pierwsze wrażenie po tym badaniu.

• Dlaczego Mars jest takim łakomym kąskiem dla naukowców?

– Podejście do Marsa zaczęło się wyraźnie zmieniać w latach 70., kiedy to najpierw sonda Mariner 9, a następnie sondy Viking pokazały, że są tam ślady ciekłej wody. Są ślady rozległych rozlewisk. Ciekłej wody w dużych ilościach już nie ma na powierzchni Marsa, ale na zdjęciach z sond kosmicznych z tamtych czasów widziano ślady linii brzegowych, delty rzek.

Wniosek był jednoznaczny: Mars musiał być kiedyś zupełnie inną planetą, niż jest dzisiaj. Musiał mieć gęstszą atmosferę, ciśnienie atmosferyczne musiało być odpowiednio duże, żeby zapewnić możliwość istnienia tej wody w stanie ciekłym. To nie jest tylko kwestia temperatury, ale także odpowiedniego ciśnienia.

Dzisiaj ciśnienie na Marsie jest ponad stukrotnie niższe od ziemskiego. Jest tam również bardzo rozrzedzona atmosfera. Na powierzchni Marsa jest takie ciśnienie, jak 30 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Niewiele zostało z tej marsjańskiej atmosfery, ale zrozumienie tego, że kiedyś musiała być gęstsza i że Mars ją utracił, pobudziło wyobraźnię, jeżeli chodzi o szukanie śladów życia na tej planecie. To był impuls do dalszych badań i dalszych misji.

• Jak dużym sukcesem jest to, że łazik Perseverance doleciał na Marsa w całości i jest w pełni sprawny?

– To rzeczywiście jest duży sukces, ale sukcesem jest także to, że lądowanie było bardzo precyzyjne. Teraz mówi się o czymś takim jak „elipsa lądowania”. Każda misja lądująca na powierzchni Marsa, nie tylko wchodząca na orbitę wokół planety, ma coś takiego jak obszar, na którym ma wylądować. To jest właśnie taka elipsa lądowania. Jeszcze w latach 90., kiedy lądował Sojourner – pierwszy marsjański łazik, można powiedzieć pojazd na kółkach, który się tam pojawił – to ta elipsa lądowania była dosyć rozległa. Teraz są one już bardzo zawężone.

Mało tego, niemalże w środku tego wytyczonego obszaru, gdzie miał się znaleźć łazik Perseverance, udało mu się wylądować. To była ogromna precyzja i innowacja w stosunku do poprzedniego lądowania dużego łazika Curiosity w 2012 roku. Łazik Perseverance mógł sam sobie korygować opadanie nad powierzchnią Marsa na podstawie obrazu, który widział. Już nie było szansy, żeby na tym etapie, ze względu na opóźnienie sygnału radiowego, inżynierowie z NASA zareagowali, gdyby zboczył lekko z kursu.

To autonomiczne lądowanie pokazało dużą precyzję i to jest też ważne, jeżeli chodzi o badanie najciekawszych miejsc na Marsie, bo nie wysyłamy takich łazików w przypadkowe miejsca. Jeszcze w latach 70. to było tak, że była rozległa równina Chryse Planitia i tam wysyłano lądownik Viking na przykład. Miał dużą elipsę lądowania, wylądował na równinie, ale na terenie, gdzie nie było widać żadnych delt rzecznych, wyraźnych śladów wody, śladów życia tym bardziej nie znaleziono. Natomiast teraz to lądowanie było w jednym z ciekawszych miejsc: w kraterze, który nazywa się Jezero. Nazwa może kojarzyć się ze słowem „jezioro” i rzeczywiście tam była woda. Tam spływała woda z rzek i w delcie rzeki ten krater się wytworzył, bo powstał on na skutek uderzenia meteorytu w Marsa. Jeśli mamy szukać dowodów na to, że były jakiekolwiek mikroorganizmy na Marsie w przeszłości, to właśnie w takich miejscach.

• Porozmawiajmy o lądowaniu: w przekazach telewizyjnych można było zobaczyć, że ta wieloetapowa i najważniejsza część podróży była zaplanowana co do najmniejszego detalu. Czy możemy to porównać do absolutnie zegarmistrzowskiej precyzji?

– Artur Chmielewski, którego gościliśmy w Planetarium Centrum Nauki Kopernik, porównał to w jednym z wywiadów do rzutu lotką, która rzucona z Los Angeles okrąży Ziemię i trafi w „dziesiątkę” w Polsce. To jest precyzja tego rzędu. Oczywiście, odległość do Marsa jest znacznie większa niż rozmiar samej planety. Podobnie byłoby z tą analogią do rzutki: znacznie mniejsza jest ta tarcza, do której mamy trafić, niż Ziemia, którą taka lotka miałaby jakimś cudem okrążyć.

Sposób lądowania również jest tutaj bardzo ważny. Mamy atmosferę Marsa, której nie możemy ignorować, chociaż jest bardzo rzadka. Zdarzało się już w przeszłości, że podczas lądowania tracono jakiś lądownik, bo pod złym kątem wszedł w atmosferę. W wyniku tarcia przegrzał się, lecąc z ogromną prędkością i uległ zniszczeniu zanim dotarł na Marsa.

Były już takie historie, szczególnie pod koniec lat 90., kiedy to NASA miała liczne problemy z tym, żeby przynajmniej powtórzyć coś na miarę łazika Sojourner. Potem tę złą passę udało się przerwać w 2004 roku, kiedy wylądowały łaziki Spirit i Opportunity. Te łaziki były mniejsze od obecnych, miały ponad 300 kilogramów i były średniej wielkości. Podobnie jak łazik Sojourner, który wylądował w 1997 roku, mogły lądować przy użyciu spadochronów i przy asekuracji poduszek powietrznych. Te poduszki otaczały je z każdej strony i łaziki odbijały się jak piłka od powierzchni Marsa. Nie uległy zniszczeniu.

Natomiast łazik, który na Ziemi waży tonę lub ponad tonę, bo do takich łazików dochodzimy teraz, nie może lądować na Marsie w ten sposób. Po prostu by się rozbił, mimo tego, że Mars ma mniejsze przyciąganie grawitacyjne, bo jest planetą ponad dziesięć razy mniej masywną od Ziemi. Jednak ta grawitacja zrobiłaby swoje. Trzeba zapanować nad tym, żeby nie uderzyć o powierzchnię Marsa ze zbyt dużą prędkością, czyli trzeba w odpowiedni sposób wyhamować w jego rzadkiej atmosferze. Dlatego przelot przez atmosferę musi się odbyć pod odpowiednim kątem, żeby lecieć niemalże równolegle do powierzchni Marsa tak długo, jak to jest tylko możliwe. Powłoka termiczna, mówi się powłoka ablacyjna, chroni taką kapsułę, w której jest ukryty łazik i jest odrzucana na odpowiedniej wysokości.

W przypadku Perseverance zastosowano takie rozwiązanie jak platforma z silnikami odrzutowymi, tzw. sky crane (z ang. podniebny żuraw – przyp. aut.). Oczywiście, były też po drodze spadochrony. Było dużo elementów, które miały zapewnić to wyhamowanie przy ogromnej prędkości do bezpiecznej prędkości lądowania. Łazik nie był zrzucany z takiej umiarkowanej wysokości nad powierzchnią Marsa. Nie chroniły go poduszki powietrzne, ale precyzja silników odrzutowych tej platformy i opuszczenie łazika na linie z wysokości blisko 20 metrów, sprawiły, że delikatnie posadzono ten łazik.

Jak już go posadzono, to jeszcze unosił się pył. Stąd pierwsze zdjęcie po lądowaniu, które się pojawiło, nie było zbyt wyraźne, bo kamera była przesłonięta osłoną przeciwpyłową. Samych kamer łazik ma 19, ale to pierwsze zdjęcie było tylko po to, aby potwierdzić, że jest na powierzchni Marsa.

• Jakie są cele tej misji?

– Jednym z największych wyzwań jest szukanie śladów życia, które kiedyś mogło być na Marsie. Teraz tego życia się za bardzo nie spodziewamy. Nie widzimy ku temu warunków w tak rzadkiej atmosferze, przy braku praktycznie ciekłej wody na powierzchni. Łazik wylądował właśnie w takim miejscu, które kiedyś było pokryte wodą. Za pomocą aparatury, którą ma na pokładzie – między innymi różnych spektrometrów, które będą analizować skład gruntu – będzie w stanie ustalić, z czego ten grunt się dokładnie składa. Podobnie jak łazik Curiosity, będzie mógł pobierać te próbki gruntu i rozgrzewać je w czymś w rodzaju takiego pieca. One rozgrzane będą uwalniać substancje lotne, które tam są zamrożone i te spektrometry na pokładzie będą mogły je analizować.

Na pewno chcemy też dowiedzieć się więcej o zjawiskach w atmosferze Marsa. Nawet w ostatnich dniach pojawiło się takie doniesienie, że łazik zarejestrował wiry pyłowe. To jest analogiczne odkrycie do tego, co rejestrowały łaziki Spirit i Opportunity. To zjawisko, które zaskoczyło trochę naukowców, bo poprzednie łaziki były zasilane bateriami słonecznymi. Wiadomo, że na Marsie osadza się pył, ale wiatr – takie mini trąby powietrzne – który tworzył się wokół łazików i był nagrywany już kilkanaście lat temu, zdmuchiwał ten pył. Ta żywotność baterii słonecznych okazała się dłuższa na Marsie niż przewidywano. Misje oparte o baterie słoneczne miały pracować trzy miesiące, a okazało się, że mogą pracować nawet kilkanaście lat, jak w przypadku łazika Opportunity.

Łazik Perseverance nie ma tego problemu. Nawet jakby go zasypał pył, to jest sobie w stanie z tym poradzić, bo ma zasilanie oparte o radioizotopowy generator termoelektryczny – izotop promieniotwórczy plutonu 238.

Rozpad promieniotwórczy jest po prostu jego źródłem zasilania. Bez względu na warunki pogodowe, on ma źródło zasilania. Nawet łatwiej jest mu przetrwać jakąś burzę pyłową, a takie burze już mieszały przy misjach na Marsie w przeszłości. Zresztą, taka duża burza pyłowa spowodowała to, że trzeba było zahibernować łazik Opportunity, który po kilkunastu latach pracy zakończył kilka lat temu swoją misję.

• Czy uda się odnaleźć jakieś wskazówki na to, że w przyszłości będzie można skolonizować Marsa?

– Łazik ma taki eksperyment na pokładzie, który nazywa się MOXIE (z ang. Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment, czyli eksperyment na Marsie z wykorzystaniem zasobów tlenu – przyp. aut.). Ma on polegać na próbie wytworzenia tlenu z dwutlenku węgla, którego jest mnóstwo w marsjańskiej atmosferze – około 95 proc. Wiadomo, że tlen jest uwięziony głównie w dwutlenku węgla oraz w skałach, w tlenkach żelaza. Za pomocą różnych reakcji chemicznych można by uzyskiwać sam tlen. To będzie potrzebne nie tylko do tego, żeby przyszli astronauci mieli czym oddychać, żeby nie musieli całego tlenu transportować z Ziemi. To jest też ważny surowiec do paliwa rakietowego. Eksperyment MOXIE będzie jednym z takich kluczowych kroków na drodze do przygotowania misji załogowej na Marsa.

• Inżynier NASA polskiego pochodzenia – Mieszko Salamon – mówił, że przez ostatnie pięć lat pracował wyłącznie nad jednym wiertłem, które jest na wyposażeniu łazika Perseverance. Jeśli dodamy do tego, że ta maszyna kosztowała w sumie 2.5 miliarda dolarów, to dostaniemy obraz tego, jak bardzo jest to skomplikowana konstrukcja?

– Z pewnością tak. Każde wiertło, każdy element musi działać niezawodnie, bo nie przyleci żaden serwis z Ziemi, żeby coś naprawić. Już robiono różne naprawy na orbicie okołoziemskiej: nawet Kosmiczny Teleskop Hubble’a miał kilka „renowacji” na orbicie. Wymieniano różne jego elementy, dzięki czemu po ponad 30 latach ciągle działa i daje znakomite efekty. Jednak jest on na orbicie około 600 kilometrów nad nami. Do Marsa, w najlepszym razie, bo często ta odległość jest znacznie większa, mamy około 60 milionów kilometrów. Ta niezawodność jest niezwykle ważna.

Bardzo długo testuje się te instrumenty, w warunkach, które – na ile jest to możliwe na Ziemi – mają odtworzyć warunki marsjańskie. To, że jest rzadka atmosfera, że nie ma warunków temperaturowych takich jak na Ziemi, to też trzeba uwzględniać. Średnia temperatura na Marsie to -63 st. C i to wiertło musi działać w takich warunkach. To jeszcze nie jest najbardziej dramatyczna temperatura, bo łazik Curiosity już niejednokrotnie spędzał noc przy -95 st. C. Kilkanaście stopni „na plusie” też się zdarza latem. Mars ma pory roku tak jak Ziemia, tylko są one dwa razy dłuższe.

To rzeczywiście jest duże wyzwanie zrobić coś, co się nie zepsuje i będzie działało przez kilka, a może nawet kilkanaście lat. Jak wysyła się tak drogą misję, to ona często jest potem przedłużana. Jeżeli nadal działa, to dalej jest budżetowanie takiej misji. To jest nawet tańsze niż wysyłanie kolejnego łazika. Jesteśmy ograniczeni czasem działania generatora termoelektrycznego, bo ciągle ubywa tego materiału promieniotwórczego, w końcu się on rozpada. Te 20 lat to by było bardzo dużo na działanie takiego łazika, musiałby bardzo oszczędnie jeździć, żeby tyle wytrzymać.

• Przeglądałem zdjęcia, które łazik Perseverance wykonał na powierzchni Marsa. Czego możemy się z nich dowiedzieć?

– Ci, którzy zajmują się geologią Marsa, a właściwie to areologią, mogą o tym jak najwięcej powiedzieć. Nawet po tym, jak wygląda materiał, po którym przejechał łazik, jak wygląda ślad po takim przejeździe, możemy powiedzieć, co w tej wierzchniej warstwie pyłu się kryje. Czasami nawet udawało się dostać do lodu, który był płytko pod powierzchnią. Była taka misja jak lądownik Phoenix, który wylądował w 2008 na Marsie przy biegunie. Łatwo mu się było dostać do lodu i okazało się, że jest on bardzo płytko pod powierzchnią.

Natomiast jeszcze głębiej pod powierzchnię miał się wwiercić lądownik InSight, który lądował w 2018. W tym mieli swój udział także Polacy, bo przyrząd do automatycznego wbijania się w powierzchnię Marsa skonstruowali Polacy z Centrum Badań Kosmicznych i firmy Astronika, we współpracy z Niemiecką Agencją Kosmiczną, której byli podwykonawcami. Niestety, okazało się, że grunt, gdzie wylądował InSight jest nieco inny niż było to w przypadku miejsc, w których lądowały łaziki. Z tego też powodu nie udało się wbić na zakładaną głębokość pięciu metrów. Ten penetrator geologiczny cały czas wyskakiwał. To doświadczenie mówi nam, że powierzchnia Marsa jest bardzo zróżnicowana. Na podstawie misji łazików nie powinniśmy wyciągać zbyt ogólnych wniosków.

• Jednym z elementów misji łazika Perseverance jest użycie małego helikoptera Ingenuity. Jakie informacje ma on nam dostarczyć?

– Głównym zadaniem tego helikopterka, a właściwie drona, jest przede wszystkim przetestowanie nowej technologii. Marsjańska atmosfera jest niezwykle rozrzedzona, ciśnienie jest stukrotnie niższe od ziemskiego. Latać w tych warunkach jest znacznie trudniej niż w ziemskiej atmosferze, trudniej jest wytworzyć odpowiednią siłę nośną. Dlatego śmigła tego małego helikoptera będą musiały się kręcić znacznie szybciej. Trzeba było go testować w odpowiednich komorach próżniowych. Z punktu widzenia człowieka, atmosfera Marsa jest bliska próżni. Na Marsie ma być sprawdzone, już pod kątem przyszłych misji, czy moglibyśmy wejść właśnie w tę technikę latania lekkimi obiektami. Na ile mogłyby się one wznieść, jak długo i daleko polecieć, na ile byłyby sterowne, na ile mogłyby się unosić, gdyby pojawił się jakiś podmuch wiatru. To ma być sprawdzane już na początku kwietnia. Mówi się, że pierwsza próba lotu ma być nie wcześniej niż w pierwszym tygodniu kwietnia. Będzie to wzbicie się w ciągu kilku sekund nad łazika, na wysokość paru metrów, i opadnięcie na powierzchnię.

Kolejne próby mają być coraz to większym wyzwaniem. Musimy też pamiętać, że masa takiego helikopterka jest bardzo mała: 1.8 kilograma na Ziemi. Składa się on z lekkich materiałów kompozytowych. Jego śmigła muszą być z jednej strony odporne, żeby mogły się szybko kręcić, a z drugiej niezwykle lekkie. Oczywiście, można by też stosować techniki rakietowe, czyli jakieś silniki, dzięki którym mógłby się unosić. Jednak ten eksperyment ma polegać właśnie na tym, żeby sprawdzić, na ile można wykorzystać siłę nośną w tak rzadkiej atmosferze jak marsjańska.

Jeśli to się uda, to będą kolejne tego typu misje, których celem będzie nie tylko przetestowanie technologii, ale też zdobycie większych informacji naukowych. Na razie przełomu naukowego, że coś więcej zobaczy ten dron, niż można by było zobaczyć z łazika, to się za bardzo nie spodziewamy. Natomiast w przyszłości, gdybyśmy mieli takie drony, które by mogły pokonywać większe odległości, to moglibyśmy myśleć o zupełnie nowych typach misji – takich, które mogłyby docierać tam, gdzie nikt nie odważy się teraz wysłać łazika, bo jest zbyt duże ryzyko jego zniszczenia przy lądowaniu.

Mowa tu, na przykład, o zboczach Doliny Marinerów, która ciągnie się przez ponad 4000 kilometrów. Jest ona głęboka nawet na 8 kilometrów – to są największe rozpadliny w całym Układzie Słonecznym, największe kaniony. Gdybyśmy mieli takie drony, które mogłyby latać nad taką doliną, to by rzeczywiście można się było spodziewać, że pokażą nam coś nowego, czego nie możemy na razie tak dokładnie dostrzec.