ISTRAŽIVANJE SVEMIRA

Dragan Lazarević

Misije na „crvenoj planeti”

Potraga za metanom

Put do konačnog saznanja o pravoj prirodi Marsa i rekonstrukciji njegove prošlosti nije nimalo lak - od prvih uspešnih sletanja na njegovu površinu 1976. sondi-lendera “Viking 1” i “2” i prvih slika Marsovih pejsaža  i dobijanja naučnih podataka o uslovima na njegovoj površini tokom narednih decenija obavljane su nove misije kosmičkih sondi, lendera i vozila-rovera i stizala su nova naučna saznanja - ali i dalje su ostala brojna pitanja na koje odgovore treba da daju i misije koje su u toku, lendera i vozila-rovera na njegovoj površini i brojnih sondi-satelita Marsa. Poslednja spuštanje na njegovu površinu dopremila su 2021.vozila-rovere perseverance (misija koja se uspešno i dalje odvija) i zhurong, prvi uspešan kineski poduhvat u istraživanju Marsa.

Rover perseverance u krateru Jezero

Pokretna Marsova naučna laboratorija-rover perseverance je uspešno spušten u krater Jezero 18. februara 2021. sistemom nebeski kran (sky crane). Kao i njegov prethodnik, rover curiosity započeo je ambicioznu misiju istraživanja ovog kratera širokog oko 45 km za koji se veruje da je bio prekriven vodom pre oko 3,4-3,9 milijardi godina. Razlog za tu pretpostavku je što se u tom krateru završavaju nekoliko dugih dolina nalik na isušena rečna korita; a na pravcu najveće od njih (nazvan: Neretva vallis) i na dnu kratera Jezero nastavljaju se  nanosi sedimenata što je veoma nalik pojavi na Zemlji kada reke nose talog u jezera i zatvorena mora i grade rečne delte. Cilj misije rovera perseverance, mase preko 1 tone, je je da se ispitaju uzorci tla i utvrdi hemijski i strukturni sastav, ali  i da se neki uzorci stave u tube-kontejnere koje bi neka buduća misija pokupila i poslala na Zemlju.
Posle sletanja u oblast nazvanu “Octavia E. Butler Landing site” rover se pokrenuo 4. marta 2021. Prva misija je bila da oslobodi  mikrohelikopter ingenuity koji je obavio prvi let i ostvario pionirski poduhvat leta u atmosferi druge planete letelice teže od atmosfere u kojoj se nalazi. Rover služi i kao relej za vezu sa helikopterom koji preko njega šalje slike i prima komande sa Zemlje.Tokom kretanja rovera, velika mehanička ruka je vršila bušenja stena i uzimala uzorke tla a manja donosila tube kontejnere i vraćala ih u poseban odsek. Hemijska analiza uređajem SHERLOCK (na osnovu Ramanske spektroskopije i luminescencije) uzoraka nastalih sedimentnim procesom okamenjavanja mulja i peska ukazala je da sadrže tragove ugljovodnika dok oni nastali vulkanskim procesima sadrže sulfate. Neobično je što se oni u nekim uzocima nalaze zajedno u vidu naizmeničnih slojeva. Neke vulkanske stene su u krater Jezero stigle sa udaljenosti od više stotina km, izbačene erupcijama ili udarima meteorita.
Rover je nosio 43 tube-kontejnere pri čemu su 5 tzv. “svedok tube” u  koje se ne stavljau uzorci. One sadrže materiju koja apsorbuje sve zagadjujuće čestice i gasove koji su možda doneseni sa Zemlje, one izašle iz rada raketnih motora sletnog odseka i one oslobođene od strane samog rovera. Do sada su u 22 tube zatvoreni uzorci, 16 imaju uzorke stena, u dve je stavljena Marsove prašina, tzv. Marsov regolit, u jednu tubu je zatvorena Marsova atmosfera na mestu spuštanja, a 3 su zatvorene kao ‘’svedok tube’’. Na poligonu nazvanom “Three Forks Sample Depot” rover perseverance je izbacio 10 ovih tuba-kontejnera koje treba da pokupi rover buduće misija NASA-e i ESA-e i smesti u kapsulu rakete koja će ih lansirati ka Zemlji na koju treba da stignu 2033. Perseverance nastavlja svoj uspon na visiju delte koju je, kako se smatra, stvorio tok vode (ili možda tečnog CO2, što je veoma nepopularna hipoteza i u naučnim krugovima i u javnosti ali postoji i takav pogled na ranu istoriju Marsa). Krajnji cilj je da se popenje i na obod kratera Jezero.

Mikrohelikopter nad Marsovom površinom

Rover perseverance je spustio na površinu Marsa mikrohelikopter nazvan ingenuity. Posle probnih ispitivanja njegovog pogona, sistema navigacije i napajenja solarnom energijom, helikopter je obavio prvi probni let 19. aprila 2021. pri čemu se samo podigao oko 3 m i spustio na tlo. Potom su usledili sve duži letovi, do trajanja od 117 sec i preletanja 266 m na visini leta od 10 m. Mesto prvih letova je nazvano, u čast pionira vazduhoplovstva braće Rajt - Wright Brothers Field. Na helikopteru je malo parče tkanine sa aviona braće Rajt, što je simbolična analogija između njihovog pionirskog poduhvata i prvog leta na Marsu. Od 5. Leta, helikopter napušta taj teren i spušta se na teren nazvan Airfield B a potom i na druga mesta koja dobijaju oznake po slovima abecede da bi, posle slova Z, bivala označena slovima alfabeta.
Između letova (koji prosečno traju po 2-2,5 min) helikopter puni baterije solarnom energijom u vremenskom trajanju 7-2O dana. Sa visine od nekoliko metara, snima teren koji nadleće kao i rover koji svojim kamerama snima helikopter i a registruje i njegov zvuk. Pri 26. Letu, snimio je mesto pada gornjeg dela kapsule sa padobranom. Na snimcima se vidi da je kapsula pri udaru o tle razbijena, pri čemu je nastalo dosta krhotina. Očigledno da je zagađenje Marsove sredine otpacima proces koji se uvećava sa većim brojem misija lendera i rovera na Marsu. To može da bude problem istraživačima jer je rover snimio komadić vlaknaste strukture za koji se smatra da je deo toplotnog štita kapsule od fibera. Rekord u trajanju leta helikoptera od 169,5 sek je obavljen tokom 12.leta, 16. avgusta 2021. Prelet najvećeg rastojanja od 708,9m je obavljen tokom 25. Leta, 8.aprila 2021. A najveća brzina u odnosu na tle od 6,5 m/s (23,4 km/h) postignuta je na 49. letu. Konačno, na poslednjem, 50. Letu, 13. aprila 2023. postignut je rekord visine od 18 m,  pri kojem je obavljen prelet od 322 m u trajanju od 145,7 sek, brzinom od 4,6 m/s.

Helikopter ingenuity (popularno nazvan Džini) je zbirno prešao rastojanje od 11.546 m. Ukupno trajanje svih letova iznosilo je 89,17 minuta.Njegova putanja je bila kraća od gotovo polukružne putanje rovera perseverance koji je prešao rastojanje do aprila 2023. od 17,5 km. Misija helikoptera je prioritetno bila tehnološka demonstracija leta u stranim uslovima. Konstruktorima je bilo dovoljno samo 5 uspešnih letova za njenu proveru. Sa 50 obavljenih letova, potvrđen takav koncept i u daljem toku misije, ukoliko bude u funkciji, helikopter će leteti ispred rovera i izviđati teren koji je sve manje pristupačan jer treba da počne uspon na nanose sedimenata koji su, kako se veruje, donešeni nekim tokom vode kroz dolinu Neretva vallis pre više od 3,4 milijarde godina i koji su obrazovali deltu u krateru Jezero. Helikopter kao način istraživanja Marsa se potpuno potvrdio I, na osnovu misije Džinija, uslediće budući projekti helikoptera za Mars znatno veće mase I letnih mogućnosti i sa većom nosivošću naučnih instrumenata, čime će zameniti sada aktivne rovere, pogotovu na  teško prohodnim neravnim terenima vulkanskih oblasti kao što su Tarzis ili Elysium.

“Curiosity” u krateru Gale

Na drugom delu Marsovog globusa, rover curiosity spušten 2012. u krater Gale, prečnika 155 km, nastavlja svoju misiju usponom na centralnu planinu kratera Aeolis mons nazvanu i Mountain Sharp. I za krater Gale, nastao udarom asteroida, smatra se da je bio jezero pre više od 3,3 miljarde godina. Takođe, smatra se da je planina Sharp nastala sedimentnim procesom u jezeru i da se, posle isparavanja vode  uzled rasturanja prvobitne Marsove atmosfere u kosmički proctor, dno jezera izdiglo i planina dobila visinu od oko 5500 m, čime je znatno nadvisila izdignuti obod kratera Gale.
Mesto spuštanja rovera “cuiriosity” nazvano je Bradbury landing  u čast SF pisca Reja Bredberija. Prvi snimci okoline koje je rover poslao na Zemlju prikazivali su slojevite stene koje se pretvaraju u prašinu koja na neki mestima formira dine. Rover se kretao ka podnožju planine Šarp zaobilazeći prašnjav teren nazvan Bagnold Dunes sa ciljem da se izbegne udes rovera “spirit” koji se zakopao u nanose prašine u krateru Gusev. Prve analize tla, izvršene između ostalih, i instrumentom “CheMin”, ukazali su na prisustvo filosilikata, minerala koji su na Zemlji nastali od gline.

Filosilikati sadrže u svom sastavu, pored silicijuma i kiseonika, i Al, Mg, Na, Ca, Fe i hemijski vezanu vodu i OH grupu. Izvesno je da su na Zemlji nastali u prisustvu vode pa se smatra da je tako bilo  i na Marsu. U stenama formacija nazvanih ”Halo fractures” pomoću DAN analizatora, na osnovu neutronske spetrometrije, otkriven je silikatni mineral sličan opalu koji na Zemlji nastaje u prisustvu vode i koji sadrži hemijski vezanu vodu. Istraživači koji su izneli ovo otkriće smatraju da bi, u Marsovom opalu, bilo dovoljno vode za potrebe budućih naseobina. Otkriveni su u Marsovom tlu i  tragovi ugljovodonika ali to ne mora da znači da su biogenog porekla.
Izuzetni snimci koje su kamere na “curiosity-iju” prenele na Zemlju prikazuju slojevite stenovite formacije koje su gotovo idealne za proučavanje u stratigrafiji, delu geologije (od sada i areologije) koji proučava slojeve u sedimentnim stenama. Stenoviti tereni su sve više neravni i strmi kako se rover penje na planinu Šarp I, u sastavu stena, preovlađuju sulfati. Do 13. aprila 2023. prenesene su slike terena načinjenih u Marsovim danima Sol 3798 i Sol 3799 što je broj od početka misije rovera (Sol je naziv za dan na Marsu koji traje 24h i 37 min) gde se vide formacije erodiranih sedimenata testerastog oblika, nazvanih “ajkulini zubi”. Snimljene su i neke neobične forme minerala nalik na pupupoljak jele, što je ishod nekog nepoznatog procesa akrecije prašine. Rover “curiosity” je do sada prešao 29,5 km od mesta spuštanja, penjanjem je savladao visinsku razliku od oko 700 m u odnosu na mesto spuštanja (podatak iz januara 2023) pa mu do ostvarenja zadatog cilja uspona na vrh planine Sharp (Aeolis Mons) preostaje teži deo puta, onaj sa savlađivanjem visinske razlike od  4800m. Ali, obzirom na njegov nuklearni pogon, osnovana je nada da će taj cilj i ostvariti.

 Misija rovera “džirong” u ravnici Utopia planitia

Kineski rover “zhurong” (čita se. džirong i znači: planeta vatre, što je kineski naziv za Mars) uspešno je spušten na površinu Marsa 14. maja 2021. pošto se prethodno odvojio od Marsovog orbitera “tianwen-1”.S obzirom da je ovo prva  kineska misija na Mars, za spuštanje je odabrana ravnica Utopia planitia u koju se 1976. spustio lender “viking 2”. Ovo je bilo prvo uspešno spuštanje na Mars lendera neke druge države osim SAD.
Rover mase 240 kg se uspešno spustio sa platforme na lenderu na tlo Marsa i počeo da šalje snimke okoline i lendera preko kojeg je održavao vezu sa Zemljom. Pokretan solarnom energijom, u toku rada od 347 sola (Marsovih dana) prešao je, za 8 vožnji, ukupno 1921 m puta i snimio je i olupinu gornjeg dela kapsule i padobran sa kojim se spuštao do odvajanja i paljenja retroraketnog motora lendera. Posle maja 2022, nailaskom zime na Marsovoj severnoj hemosferi, kineski naučnici donose odluku da isključe električni sistem rovera i stave u tzv. stanje hibernacije. Pokušaj buđenja “džironga” posle prestanka zime nije uspeo - on više nije odgovarao na signale sa Zemlje. Verovatno je veoma niska temperatura od -100 stepeni C blokirala električne baterije, a  nije bio opremljen izotopskim grejačem. Solarni paneli su bili prekriveni prašinom (snimio ga je Marsov orbiter SAD MRO) koja bi sklapanjem i rasklapanjem mogla da se ukloni - ali struje nije bilo. S obzirom da je to prvi kineski rover na Marsu, misija se može smatrati uspešnom: na osnovu iskustva stečenog u njoj uslediće nove misije složenijh rovera slične osnovne kostrukcije. Na osnovu ispitivanja tla Marsa, kineski naučnici su objavili da su otkrili minerale koji sadrže hemijski vezanu vodu, što je svakako podstrek za nastavak  misija kineskih lendera i rovera.

Uspešni lender i odložena misija rovera

Misije rovera na Marsu doprinele su da se snimi i istraži područje oko putanje vozila-rovera mada su obavljene i vrlo uspešne misije lendera kao što je bila misije InSight u periodu 2018-2022. Po naučnim rezultatima, prevazilazi rezultate znatno skupljih misija rovera. InSight je bila laboratorija za geološko proučavanje Marsa, spuštena u vulkansku oblast Elysium. Registrovano je seizmometrom oko 1300 podrhtavanja tla a 50 je bilo moguće locirati. Serija potresa je došla iz oblasti Cerberus Fossae, što ukazuje da je ova vulkanska oblast još uvek geološki aktivna. Najjači potres je imao snagu magnitude 5; i Marsova kora je posle toga vibrirala 6 sati a registovan je i potres 4 magnitude, nastao udarom meteorita. Na osnovu seizmičkih talasa, rekonstruisana je Marsova unutrašnjost: kora je debljine 25-40 km, potom sledi litosfera debljine do 500 km ispod koje su rastopljeni omotač, hladniji i manje gustine nego u slučaju Zemlje, i rastopljeno jezgro prečnika 1800 km.
Prroučavanje magnetizma podpovršinskih slojeva je ukazalo da postoje stene sa magnetizmom 10 puta jačim nego što je očekivano, namagnetisane jakim magnetskim poljem koje je Mars imao u ranoj prošlosti a koje je kasnije ugašeno .Meteorološka posmatranja su doprinela da se bolje razume nastanak malih tornada koji vrte prašinu (tzv. dust devils) i misija lendera InSight se može smatrati potpunim uspehom. Svakih 778 dana Mars i Zemlja se nađu na istoj strani od Sunca, a 8 do 6 meseci pre toga je pogodan trenutak za lansiranje letelice ka Marsu da bi stigla sa minimalnim utroškom energije. Dugo pripremani projekt ESA i Rusije “ExoMars” je trebalo da bude lansiran 2022. rusko-ukrainskom raketom proton, pri čemu bi sondu činio krstareći pogonski blok koji bi nosio termički izolovanu kapsulu (oba su evropske proizvodnje) a unutar kapsule bi bio ruski lender nazvan “kazačok” na kome je trebalo da bude rover evropske proizvodnje nazvan po naučnici Rosalind Franklin. Rover je trebalo bude biološka laboratorija koja traži mikrotragove ostataka pretpostavljenog života na Marsu. Zbog poznatih političkih događaja, saradnja je prekinuta a i projekat, kakav je bio zamišljen.
Evropa bi trebalo da izgradi sopstveni lender i obezbedi raketu nosač, što se neće desiti pre 2028. tako da sledeći rover na Marsu verovatno neće biti evropski. Postoji još jedna nedoumica oko koncepcije misije rovera “Rosalind Franklin”; rover bi trebalo da se spusti u neku oblast Marsa koja je nastala sedimentacijom taloga minerala u vodi. Po analogiji sa Zemljom, takve oblasti bi trebalo da emituju metan kao rezultat raspadanja biogenih materijala (pretpostavka postojanja živih organizama u ranoj istoriji Marsa). “Mars Trace Gas Orbiter” (TGO) koji kruži oko Marsa od 2016. nije otkrio takvo mesto na površini planete. Metan koji je u mikro tragovima detektovan u atmosferi Marsa je prilično ravnomerno raspoređen i najverovatnije je rezultat interakcije vodonika iz solarnog vetra i CO2 u Marsovoj atmosferi.

Buduće misije na Marsu

Mars je postao najproučavanije telo Sunčevog sistema i sve više zemalja se sprema da se uključi u ta istraživanja. Kina je najavila novi lender a i Indija sprema svoj. Pored misije dopremanja uzoraka tla na Zemlju koje pripremaju NASA i ESA, SAD planiraju i misije helikoptera znatno većih mogućnosti od trenutne misije ingenuity. Glavna mana sadašnjih rovera je sporost - kreću se brzinom od 1cm/sek do (neiskorišćeno) 5cm/sek i njihov sistem kretanja ne dozvoljava da prelaze veće kamene prepreke a i lako mogu da se zaglave u naslagama Marsove prašine. Brzina “Džini” helikoptera od samo 5 m/sek je daleko veća a budući helikopteri će svakako biti i brži. Za takav let je potrebno daleko više energije koja se ne može obezbediti solarnim panelima na samom helikopteru, koji i smetaju tokom leta. Najlogičnija kombinacija bi bila da se helikopter puni energijom iz solarnog ili nuklearnog izvora na lenderu, potom obavlja letove sa spuštanjem i uzimanjem uzoraka tla koje bi posle predavao na analizu u laboratoriju u lenderu.
Ograničena masa helikoptera ne omogućava da nosi uređaje za analizu tla a veličina rotora je ograničena veličinom kapsule koja ima 5 m u prečniku pa se trenutno razmatraju sistemi sklopive elise. Ako bi elisa imala 12 m u prečniku, helikopter bi mogao da ima masu od 120 kg, sa daleko većim kapacitetom baterija i mogućnošću da leti i preko 100 km nad neprohodnim terenom. Druga mogućnost je da buduće pokretne laboratorije budu marsohodi, mašine koje se kreću na mehaničkim nogama. Takve projekte NASA razmatra i oni bi se kretali znatno brže i sigurnije od postojećih rovera-točkaša. Nove koncepcije pokretnih istraživača Marsa će se svakako ostvariti u bližoj budućnosti a uspeh misije helikoptera inginuity je realna  osnova za takva očekivanja.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"