Το άγριο σχέδιο να φέρει στο σπίτι λίγη από την ατμόσφαιρα της Αφροδίτης

Εάν παρακολουθείτε πρόσφατα διαστημικές ειδήσεις, πιθανότατα έχετε ακούσει για την Επιστροφή δείγματος του Άρη - το φιλόδοξο σχέδιο της NASA να συλλέξει δείγματα από πετρώματα του Άρη και να τα φέρει πίσω στη Γη για μελέτη. Αυτή η αποστολή έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει αργότερα αυτή τη δεκαετία, αλλά θα είναι μια πολύχρονη και εξαιρετικά δαπανηρή διαδικασία για τη συλλογή και ανάκτηση αυτών των δειγμάτων.

Αλλά ο Άρης δεν είναι ο μόνος πλανήτης σε απόσταση επίσκεψης. Γιατί δεν πηγαίνουμε στον άλλο πλανητικό μας γείτονα, την Αφροδίτη, και δεν συλλέγουμε ένα δείγμα και από εκεί;

Αυτό ακριβώς προτείνεται από μια ομάδα ερευνητών της Αφροδίτης. Μιλήσαμε με τον αρχηγό της ομάδας προτάσεων για να μάθουμε περισσότερα.

Μια παλιά ιδέα της οποίας ήρθε η ώρα

Οι επιστήμονες συζητούν τα πλεονεκτήματα της προσπάθειας να συλλάβουν ένα δείγμα από την Αφροδίτη εδώ και δεκαετίες, με τις ιδέες της αποστολής να έχουν μελετηθεί ήδη από τη δεκαετία του 1980. Αν και ο Άρης είναι ο πλανήτης που έχει λάβει τη μεγαλύτερη προσοχή τα τελευταία χρόνια, υπάρχει έντονο ενδιαφέρον για την πλανητική επιστήμη κοινότητα για να μάθουμε περισσότερα για την Αφροδίτη — ιδιαίτερα επειδή θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε περισσότερα για άλλους πλανήτες εκτός του ηλιακού μας Σύστημα.

Τώρα αυτό μπορεί να αλλάξει, καθώς η NASA ξεκινά το δεκαετία της Αφροδίτης με ένα ζευγάρι αποστολών που θα επισκεφθούν εκεί, μαζί με μια αποστολή της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας, όλες προγραμματισμένες για την επόμενη δεκαετία.

Προηγούμενες δειγματοληπτικές αποστολές Venus δεν ξεκίνησαν ποτέ για μερικούς λόγους: η εστίαση στον Άρη πέρασε Αφροδίτη, η έλλειψη τεχνολογίας για να καταστεί δυνατή μια τόσο περίπλοκη λειτουργία και η ουσιαστική αφιλοξενία του Αφροδίτη. Η Αφροδίτη είναι ζεστή, με μια εξαιρετικά πυκνή ατμόσφαιρα, δημιουργώντας ένα πολύ σκληρό περιβάλλον για τη λειτουργία των ηλεκτρονικών.

Προσπαθώντας να πετάξετε στην Αφροδίτη, να στείλετε έναν ανιχνευτή στην επιφάνεια, να συλλέξετε ένα δείγμα, να επαναφέρετε αυτό το δείγμα σε τροχιά και τότε η επιστροφή του στη Γη θα ήταν απαγορευτικά ακριβή και θα απαιτούσε σημαντική τεχνολογία εξελίξεις.

Γι' αυτό μια ομάδα Γάλλων ερευνητών έχει διαφορετική προσέγγιση. Αντί να προσπαθούμε να συλλέξουμε ένα κομμάτι της επιφάνειας της Αφροδίτης, θα πρέπει να προσπαθήσουμε να αρπάξουμε λίγη από την ατμόσφαιρά της. Η αποστολή Venus Atmospheric Sample Return ή VATMOS-SR είναι μια ιδέα αποστολής από μια ομάδα στο Ινστιτούτο Πλανητικής Φυσικής του Παρισιού, που προσπαθούν να βρουν υποστήριξη για την ιδέα τους.

Το μεγάλο πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι η σχετική απλότητά της. Δεν χρειάζεται να προσγειωθεί τίποτα στην επιφάνεια ή να επιστρέψει σε τροχιά. Αντίθετα, θα μπορούσατε να στείλετε ένα διαστημικό σκάφος σε μια διαδρομή μακριά από τη Γη και προς την Αφροδίτη, όπου θα έμπαινε στην ατμόσφαιρα και θα γέμιζε μπουκάλια με περίπου τέσσερα λίτρα αερίου. Τότε θα συνέχιζε να ταξιδεύει ακριβώς πίσω στη Γη.

Το διαστημόπλοιο δεν θα είχε όργανα και δεν θα έκανε μετρήσεις. Θα ήταν απλώς ένα όχημα συλλογής. Αυτό το καθιστά ασφαλέστερο, ευκολότερο και φθηνότερο, εξήγησε ο επικεφαλής ερευνητής Guillaume Avice στο Digital Trends.

«Απλώς περνάς την ατμόσφαιρα σε μια βαλλιστική τροχιά», είπε ο Avice. «Έτσι, χρειάζεται μόνο ένας χρόνος για να πάτε εκεί, να πάρετε το δείγμα σας και να επιστρέψετε στη Γη».

Σχεδιασμός για μακροπρόθεσμο ορίζοντα

Αυτές τις μέρες, οι αποστολές πλανητικής επιστήμης συνήθως περιλαμβάνουν την αποστολή οργάνων (όπως αυτά στα ρόβερ του Άρη) σε μια τοποθεσία και τη λήψη μετρήσεων. Αυτή η προσέγγιση συνηγορεί υπέρ της συλλογής υλικού και της επιστροφής του στη Γη, όπου έχουμε πολύ πιο ικανά και ποικίλα όργανα για να ερευνήσουμε.

Και με ένα πολύτιμο δείγμα από άλλο πλανήτη, λίγο πάει πολύ. Ένα δείγμα πολλών λίτρων αερίου θα μπορούσε να κρατήσει τους επιστήμονες απασχολημένους για χρόνια.

«Αυτό που είναι πραγματικά ωραίο είναι ότι παίρνεις πολύ αέριο και μπορείς να το μετρήσεις, όχι για πάντα, αλλά για μεγάλο χρονικό διάστημα στη Γη», εξήγησε ο Avice. «Αν το σκεφτείς, μπορείς να διατηρήσεις λίγο από αυτό το δείγμα. Ίσως σε μια δεκαετία, θα έχουμε ένα νέο φασματόμετρο στη Γη που θα είναι χρήσιμο για αυτό το δείγμα».

Αυτός ο σχεδιασμός για το μέλλον έχει νόημα όταν κοιτάξετε πώς η NASA προσέγγισε τα σεληνιακά δείγματα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια των αποστολών Apollo στο φεγγάρι. Ορισμένα δείγματα αναλύθηκαν αμέσως μόλις επιστράφηκαν στη Γη, αλλά άλλα αποθηκεύτηκαν με βάση ότι η μελλοντική τεχνολογία θα τους επέτρεπε να αναλυθούν σε νέο βάθος. Και αυτή η μακροπρόθεσμη προσέγγιση απέδωσε καρπούς, με ένα δείγμα 50 ετών άνοιξε μόλις πέρυσι και αποκαλυπτικές πληροφορίες για τη γεωλογία και την ιστορία της σελήνης.

Εάν μπορούσαμε να πάρουμε ένα παρόμοιο δείγμα της ατμόσφαιρας της Αφροδίτης, μεγάλο μέρος της θα μπορούσε να αποθηκευτεί μακροπρόθεσμα. Και οι ερευνητές θα επωφεληθούν ακόμη και από μια χούφτα άτομα ενός δείγματος αερίου, επομένως ένα δείγμα πολλών λίτρων θα ήταν αρκετό για να παρέχει ερευνητικό υλικό για ολόκληρη την κοινότητα της Αφροδίτης.

Μια επερχόμενη αποστολή στην Αφροδίτη που ονομάζεται Davinci σχεδιάζει να κάνει παρόμοιες μετρήσεις της ατμόσφαιρας, αλλά σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει μια κρίσιμη στιγμή σε πραγματικό χρόνο. Η αποστολή περιλαμβάνει τη ρίψη μιας σφαίρας δείγματος στην ατμόσφαιρα, επομένως τα δείγματα πρέπει να ληφθούν και να υποβληθούν σε επεξεργασία μέσα σε μόλις μία ώρα.

Αυτό έχει προκαλέσει προβλήματα με προηγούμενες αποστολές της Αφροδίτης σε προηγούμενες δεκαετίες, τα οποία οδήγησαν σε μπερδεμένα ευρήματα πιθανώς λόγω εσφαλμένων βαθμονομήσεων ή φραγμένων αεραγωγών. Οι μηχανικοί κάνουν ό, τι μπορούν για να προβλέψουν τυχόν πιθανά προβλήματα με τη δειγματοληψία, αλλά αυτό είναι δύσκολο να γίνει όταν υπάρχουν τόσα πολλά άγνωστα για το περιβάλλον που εισέρχεται μια αποστολή.

Εάν ένα δείγμα φερθεί πίσω στη Γη, ωστόσο, υπάρχει αρκετός χρόνος για τη βαθμονόμηση των οργάνων και τον διπλό έλεγχο των αποτελεσμάτων, καθιστώντας τα ευρήματα πιο αξιόπιστα.

Υπάρχουν ορισμένες περιπλοκές με τη λήψη δείγματος σε πολύ υψηλές ταχύτητες. Εμφανίζεται μια διαδικασία που ονομάζεται κλασματοποίηση, η οποία μπορεί να χωρίσει ένα δείγμα σε διαφορετικά μέρη όταν συλλέγεται τόσο γρήγορα, αλλά θα πρέπει να είναι δυνατό να διορθωθεί.

Πώς θα λειτουργούσε η αποστολή ατμοσφαιρικής δειγματοληψίας

Ωστόσο, υπάρχουν καλοί λόγοι που κανείς δεν έχει επιχειρήσει μια αποστολή δείγματος επιστροφής στην Αφροδίτη στο παρελθόν. Γιατί δεν είναι εύκολο.

Ο προφανής παράλληλος με μια αποστολή δείγματος επιστροφής της Αφροδίτης θα ήταν η αποστολή Επιστροφής δείγματος Άρη, an επερχόμενη κοινοπραξία μεταξύ της NASA και της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας που πρόκειται να εκτοξευθεί στα τέλη δεκαετία του 2020. Αυτό το σχέδιο συλλογής δείγματος από τον Άρη περιλαμβάνει πολλαπλά ρόβερ, προσγειωμένα αεροσκάφη ή ελικόπτερα, βρίσκεται σε εξέλιξη εδώ και δεκαετίες και έχει έναν τεράστιο προϋπολογισμό που ενδιαφέρει ακόμη και ένθερμους λάτρεις του Άρη.

Και η Αφροδίτη είναι ακόμα πιο αφιλόξενη από τον Άρη, με την παχιά ατμόσφαιρά της, τα σύννεφα θειικού οξέος και την πίεση που συγκρίνεται με τα βάθη του ωκεανού. Μια προσπάθεια επιστροφής ενός δείγματος από την επιφάνεια της Αφροδίτης θα ήταν ένας «εφιάλτης», είπε ο Avice, και «πιθανώς ακόμη πιο ακριβός από ό, τι στον Άρη».

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ομάδα του Avice προτείνει να συλλεχθεί ένα δείγμα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη. «Είναι εξαιρετικά φθηνό», είπε, σχετικά: Η ομάδα εκτιμά το κόστος μιας τέτοιας αποστολής στα 100 εκατομμύρια ευρώ (110 εκατομμύρια δολάρια), σε σύγκριση με το 8 έως 9 δισεκατομμύρια δολάρια τρέχουσες εκτιμήσεις για το Mars Sample Return.

Ακόμα και με τη σχετική ευκολία ενός ατμοσφαιρικού δείγματος, ωστόσο, δεν θα τα καταφέρει κανένα παλιό κομμάτι της ατμόσφαιρας. Σε πολύ μεγάλα υψόμετρα, η ατμόσφαιρα είναι εξαιρετικά λεπτή και ορισμένα μόρια διαχωρίζονται από τη βαρύτητα. Έτσι, για να λάβετε ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα, πρέπει να πάτε κάτω από ένα επίπεδο που ονομάζεται ομοπαύση, κάτω από το οποίο η ατμόσφαιρα είναι αρκετά καλά αναμεμειγμένη ώστε να περιέχει όλα τα διαφορετικά μόρια που υπάρχουν.

Στην Αφροδίτη, η ομοπαύση απέχει περίπου 110 χλμ. (70 μίλια) από την επιφάνεια, επομένως η αποστολή πρέπει να φτάσει κάτω από αυτό το επίπεδο. Αλλά όσο πιο βαθιά πηγαίνετε, τόσο πιο δύσκολη γίνεται η αποστολή. «Έτσι, ο στόχος είναι να είμαστε ακριβώς κάτω από την ομοπαύση, με κάποιο περιθώριο ασφαλείας», είπε ο Avice. «Αν πάμε βαθύτερα, γίνεται πολύ πιο δύσκολο και ακριβό».

Οι ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ

Ωστόσο, ακόμη και μόνο να περάσεις μέσα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη είναι δύσκολο. Μια μεγάλη πρόκληση είναι το ζήτημα της προστασίας του διαστημικού σκάφους από την τεράστια θερμότητα που συσσωρεύεται λόγω της τριβής στην ατμόσφαιρα.

Διαστημικά σκάφη που πρόκειται να εισέλθουν στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη - είτε πρόκειται για επίσκεψη σε έναν άλλο πλανήτη όπως ο Άρης είτε διαστημικό σκάφος που επιστρέφει στη Γη μέσω της ατμόσφαιρας του πλανήτη μας — να έχουμε μια παχιά θερμική ασπίδα που προστατεύει τα ευαίσθητα εξαρτήματα μέσα από τα πολύ ψηλά θερμοκρασίες.

Η παράδοση ενός ρόβερ στον Άρη, για παράδειγμα, περιλαμβάνει το τύλιγμα του ρόβερ σε μια θερμική ασπίδα και στη συνέχεια τη σφράγιση ολόκληρου του πράγματος — rover και θερμική ασπίδα μαζί, μαζί με προωθητές και άλλα μέρη διαστημικού σκάφους — στο μύτη ενός πυραύλου για εκτόξευση. Μόλις βρεθεί στο διάστημα, το διαστημόπλοιο αναπτύσσεται και ταξιδεύει στον Άρη, στη συνέχεια η θερμική ασπίδα προστατεύει το ρόβερ καθώς περνά μέσα από την ατμόσφαιρα για να προσγειωθεί.

Για μια αποστολή δειγματοληψίας ατμοσφαιρικής, ωστόσο, θα χρειαστείτε μια θερμική ασπίδα για να λειτουργήσει δύο φορές - τόσο κατά τη διάρκεια της δειγματοληψίας στην Αφροδίτη, όσο και κατά την επιστροφή του δείγματος στη Γη. Δεν είναι σαφές εάν η τρέχουσα τεχνολογία θερμικής ασπίδας θα μπορούσε να είναι ικανή να προστατεύσει ένα διαστημόπλοιο μέσω δύο τέτοιων εκθέσεων.

Το να λειτουργήσει δύο φορές μια θερμική ασπίδα είναι «κάτι που δεν ξέρουμε πραγματικά πώς να κάνουμε», είπε ο Avice. Και μπορεί να απαιτήσει χρόνια ανάπτυξης για να λειτουργήσει, αν είναι ακόμη δυνατό.

Τι να κάνετε με το δείγμα μόλις επιστρέψει στη Γη

Μια άλλη πρόκληση είναι μια έκπληξη. Μπορεί να νομίζετε ότι η συλλογή ενός δείγματος είναι το δύσκολο κομμάτι και η ανάλυσή του μόλις επιστρέψει στη Γη θα ήταν εύκολη. Αλλά αποδεικνύεται ότι η εργασία με δείγματα αερίου είναι πιο δύσκολη από ό, τι φαντάζεστε.

Η ατμόσφαιρα της Αφροδίτης είναι γεμάτη από ουσίες που εξατμίζονται εύκολα, που ονομάζονται πτητικές. Αυτά περιλαμβάνουν ευγενή αέρια και ενώσεις όπως άζωτο, υδρογόνο, άνθρακας και θείο. Η μελέτη αυτών είναι το κλειδί για την κατανόηση της ατμόσφαιρας της Αφροδίτης, αλλά δεν είναι εύκολο να μεταφερθούν ή να μελετηθούν.

Για να παγιδεύσετε σωστά ένα πτητικό σε μια φιάλη δείγματος, χρειάζεστε μια πολύ καλή βαλβίδα — και οι δύο έτσι ώστε κανένα από τα το δείγμα διαφεύγει και έτσι δεν διαρρέει κανένα από τα αέρια από άλλα περιβάλλοντα όπως η ατμόσφαιρα της Γης. Αυτό ήταν ένα πρόβλημα για την αποστολή Hayabusa2, η οποία κατάφερε να επιστρέψει ένα δείγμα από έναν αστεροειδή, αλλά είχε εμπειρία διαρροή της γήινης ατμόσφαιρας πιθανότατα προκλήθηκε από το σοκ της ανάπτυξης του αλεξίπτωτου κατά την επιστροφή του στη Γη.

Ακόμα κι αν το δείγμα το κάνει πίσω στη Γη εντελώς παρθένο, χωρίς διαρροές, θα πρέπει να μετακινηθείτε γρήγορα για να μεταφέρετε το δείγμα από το μπουκάλι του σε ένα πιο ασφαλές δοχείο. Ακόμη και οι πιο σφιχτές βαλβίδες θα έχουν διαρροή λίγο με τους μήνες, επομένως χρειάζεστε ένα σύστημα πολλαπλών δοχεία που μπορούν να συλλάβουν οτιδήποτε διαρρέει από το δείγμα και να διατηρήσουν όσο περισσότερο δυνατόν.

Οι ερευνητές αναπτύσσονται συστήματα κενού για την εξαγωγή και ανάλυση αερίων, συμπεριλαμβανομένων αυτών χρησιμοποιείται για το δείγμα Hayabusa2, αλλά αυτός είναι ακόμα ένας νέος τομέας τεχνολογίας που πρέπει να αναπτυχθεί για να είναι πλήρως αποτελεσματική μια αποστολή επιστροφής ατμοσφαιρικού δείγματος.

Το μέλλον της πλανητικής επιστήμης: in situ vs. επιστροφή δείγματος

Η αποστολή ατμοσφαιρικής δειγματοληψίας βρίσκεται ακόμα σταθερά στο στάδιο της ιδέας και η ομάδα ελπίζει να την πάρει στον επόμενο γύρο προτάσεων για την Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία ή ίσως τη NASA.

Είναι ένα φιλόδοξο σχέδιο, αλλά δεν είναι τόσο περίεργη ιδέα όσο θα ήταν πριν από μερικά χρόνια. «Πριν από δεκαετίες, η επιστροφή δείγματος ήταν απλώς ένα όνειρο και όχι πραγματικά σοβαρό», είπε ο Avice, αλλά τώρα με το προηγούμενο αποστολές όπως το Hayabusa2 και επερχόμενες αποστολές όπως το Mars Sample Return, γίνεται μια πραγματική πιθανότητα.

Και υπάρχει η δυνατότητα να δείξουμε ότι η επιστροφή δείγματος μπορεί να γίνει σχετικά γρήγορα και φθηνά, λόγω των τροχιών που είναι δυνατές μεταξύ Γης και Αφροδίτης και επειδή ένα διαστημόπλοιο δεν θα έπρεπε να επιβραδύνει, να φτάσει στην επιφάνεια και να επιστρέψει σε τροχιά πριν επιστρέψει σε Γη.

Η αποστολή θα μπορούσε ενδεχομένως να είναι ένα γρήγορο μαστίγιο εμπρός και πίσω, επιστρέφοντας ένα δείγμα μέσα σε ένα χρόνο.

«Αυτό που είναι πραγματικά ωραίο είναι ότι θα λάβαμε ένα δείγμα ατμόσφαιρας της Αφροδίτης πριν πάρουμε δείγματα από τον Άρη», είπε ο Avice. «Αυτό θα ήταν λοιπόν το πρώτο δείγμα από άλλο πλανήτη».

Συστάσεις των συντακτών

• Να γιατί οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η ζωή μπορεί να έχει ευδοκιμήσει στον «πλανήτη της κόλασης» Αφροδίτη
• Μέσα στο Vera C. Αστεροσκοπείο Rubin, το σπίτι της μεγαλύτερης ψηφιακής κάμερας στον κόσμο
• Η Rocket Lab σχεδιάζει να στείλει την πρώτη ιδιωτική αποστολή στην Αφροδίτη
• Οι ερευνητές του MIT περιγράφουν λεπτομερώς σχέδια για ιδιωτικές αποστολές για αναζήτηση ζωής στην Αφροδίτη
• Το βίντεο της NASA σας δείχνει πώς είναι να βυθίζετε στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης