Divlji plan donijeti kući malo atmosfere Venere

Ako ste nedavno pratili vijesti iz svemira, vjerojatno ste čuli za Mars Sample Return - NASA-in ambiciozni plan da prikupi uzorke Marsovog kamenja i vrati ih na Zemlju radi proučavanja. Ta bi misija trebala biti pokrenuta kasnije ovog desetljeća, ali to će biti višegodišnji i iznimno skup proces prikupljanja i vraćanja tih uzoraka.

Ali Mars nije jedini planet koji se može posjetiti. Zašto ne bismo skoknuli do našeg drugog planetarnog susjeda, Venere, i od tamo također uzeli uzorak?

To je upravo ono što predlaže skupina istraživača Venere. Razgovarali smo s voditeljem skupine za predlaganje kako bismo saznali više.

Stara ideja čije je vrijeme došlo

Znanstvenici već desetljećima raspravljaju o prednostima pokušaja hvatanja uzorka s Venere, a koncepti misije proučavani su još 1980-ih. Iako je Mars planet koji je posljednjih godina dobio najviše pozornosti, postoji veliko zanimanje za planetarnu znanost zajednice u učenju više o Veneri — osobito zato što bi nam to moglo pomoći da bolje razumijemo druge planete izvan našeg Sunca sustav.

Sada bi se to moglo promijeniti, kako NASA počinje dekada Venere s nekoliko misija koje će tamo posjetiti, zajedno s misijom Europske svemirske agencije, a sve je planirano za sljedeće desetljeće.

Prethodne misije s uzorkom Venere nikada nisu krenule iz nekoliko razloga: fokus na Mars je gotov Venus, nedostatak tehnologije koja bi omogućila tako složenu operaciju i suštinska negostoljubivost Venera. Venera je vruća, s izuzetno gustom atmosferom, stvarajući vrlo surovo okruženje za rad elektronike.

Pokušavajući odletjeti na Veneru, poslati sondu na površinu, prikupiti uzorak, vratiti taj uzorak natrag u orbitu, i tada bi njegovo vraćanje na Zemlju bilo pretjerano skupo i zahtijevalo bi značajne tehnološke razvoja događaja.

Zato grupa francuskih istraživača ima drugačiji pristup. Umjesto pokušaja prikupljanja komadića Venerine površine, trebali bismo pokušati uhvatiti dio njezine atmosfere. Misija Venus Atmospheric Sample Return ili VATMOS-SR je koncept misije grupe na Pariškom institutu za planetarnu fiziku, koji pokušavaju pridobiti podršku za svoju ideju.

Velika prednost ovog pristupa je njegova relativna jednostavnost. Nema potrebe spuštati bilo što na površinu ili se vraćati u orbitu. Umjesto toga, mogli biste poslati jednu letjelicu na put od Zemlje prema Veneri, gdje bi ušla u atmosferu i napunila boce s oko četiri litre plina. Zatim bi nastavio putovati natrag na Zemlju.

Svemirska letjelica ne bi imala instrumente niti bi očitavala. To bi bilo samo naplatno vozilo. To ga čini sigurnijim, lakšim i jeftinijim, objasnio je za Digital Trends voditelj istraživanja Guillaume Avice.

"Samo prelazite kroz atmosferu balističkom putanjom", rekao je Avice. "Dakle, potrebna je samo jedna godina da odete tamo, da uzmete svoj uzorak i da se vratite na Zemlju."

Dugoročno planiranje

Ovih dana planetarne znanstvene misije obično uključuju slanje instrumenata (poput onih na marsovskim roverima) na lokaciju i njihovo mjerenje. Ovaj pristup zagovara prikupljanje materijala i njegovo vraćanje na Zemlju, gdje imamo mnogo sposobnije i raznovrsnije instrumente za istraživanje.

A s dragocjenim uzorkom s drugog planeta, malo ide daleko. Uzorak od nekoliko litara plina mogao bi godinama zaokupljati znanstvenike.

"Ono što je stvarno super je to što dobijete puno plina i možete ga mjeriti, ne zauvijek, već dugo vremena na Zemlji", objasnio je Avice. “Ako razmislite o tome, možete sačuvati malo tog uzorka. Možda ćemo za desetljeće imati novi spektrometar na Zemlji koji će biti koristan za ovaj uzorak.”

Ovo planiranje za budućnost ima smisla kada pogledate kako je NASA pristupila lunarnim uzorcima prikupljenim tijekom misija Apollo na Mjesec. Neki uzorci su analizirani čim su vraćeni na Zemlju, ali drugi su pohranjeni na temelju da će buduća tehnologija omogućiti njihovu analizu u novoj dubini. I taj dugoročni pristup se isplatio, s uzorkom starim 50 godina otvoren tek prošle godine i otkrivanje informacija o geologiji i povijesti Mjeseca.

Kad bismo uspjeli uzeti sličan uzorak Venerine atmosfere, velik dio toga mogao bi se pohraniti i dugoročno. A istraživačima bi dobro došla čak i samo šačica atoma uzorka plina, tako da bi uzorak od nekoliko litara bio dovoljan da osigura materijale za istraživanje za cijelu Venerinu zajednicu.

Nadolazeća misija na Veneru pod nazivom Davinci planira napraviti slična mjerenja atmosfere, ali u ovom slučaju postoji stvarna vremenska kriza. Misija uključuje ispuštanje uzorka sfere kroz atmosferu, tako da se uzorci moraju uzeti i obraditi unutar samo jednog sata.

To je uzrokovalo probleme s prethodnim misijama na Veneru u prethodnim desetljećima, što je rezultiralo pogrešnim nalazima vjerojatno zbog netočnih kalibracija ili začepljenih otvora. Inženjeri daju sve od sebe kako bi predvidjeli sve moguće probleme s uzorkovanjem, ali to je teško učiniti kada ima toliko nepoznanica o okolišu u koji misija ulazi.

Međutim, ako se uzorak donese natrag na Zemlju, ima dovoljno vremena za kalibraciju instrumenata i dvostruku provjeru rezultata, čineći nalaze pouzdanijima.

Postoje neke komplikacije kod uzimanja uzorka pri vrlo velikim brzinama. Dolazi do procesa zvanog frakcioniranje koji može podijeliti uzorak na različite dijelove kada se skupi tako brzo, ali to bi trebalo biti moguće ispraviti.

Kako bi funkcionirala misija uzorkovanja atmosfere

Ipak, postoje dobri razlozi zašto nitko prije nije pokušao vratiti uzorak s Venere. Jer nije lako.

Očita paralela s misijom vraćanja uzorka s Venere bila bi misija vraćanja uzorka s Marsa, an nadolazeći zajednički pothvat između NASA-e i Europske svemirske agencije koji bi trebao biti lansiran kasno 2020-ih. Ovaj plan za prikupljanje uzorka s Marsa uključuje više rovera, lendera ili helikoptera, u izradi je desetljećima i ima naglo rastući proračun koji je zabrinuo čak i vatrene entuzijaste Marsa.

A Venera je još negostoljubivija od Marsa, sa svojom gustom atmosferom, oblacima sumporne kiseline i tlakom usporedivim s dubinama oceana. Pokušaj vraćanja uzorka s površine Venere bio bi "noćna mora", rekao je Avice, i "vjerojatno čak i skuplji nego na Marsu".

Zato Aviceova grupa umjesto toga predlaže uzimanje uzorka iz atmosfere planeta. "To je super jeftino", rekao je, relativno govoreći: Grupa procjenjuje trošak takve misije na 100 milijuna eura (110 milijuna dolara), u usporedbi s Trenutne procjene od 8 do 9 milijardi dolara za Mars Sample Return.

Međutim, čak i uz relativnu lakoću uzorka atmosfere, nijedan stari djelić atmosfere neće poslužiti. Na vrlo velikim visinama, atmosfera je izuzetno tanka, a neke molekule su odvojene gravitacijom. Dakle, da biste dobili reprezentativni uzorak, morate ići ispod razine koja se naziva homopauza, ispod koje je atmosfera dovoljno dobro izmiješana da sadrži sve različite prisutne molekule.

Na Veneri je homopauza oko 110 km (70 milja) od površine, tako da misija mora doseći ispod te razine. Ali što dublje idete, misija postaje teža. "Dakle, cilj je biti malo ispod homopauze, s nekom sigurnosnom marginom", rekao je Avice. "Ako idemo dublje, to postaje puno izazovnije i skuplje."

Izazovi

Međutim, teško je čak i samo proći kroz atmosferu planeta. Jedan veliki izazov je pitanje zaštite svemirske letjelice od ogromne topline koja se stvara zbog trenja u atmosferi.

Svemirska letjelica koja će ući u atmosferu planeta - bilo da posjećuje drugi planet poput Marsa ili se letjelica vraća na Zemlju kroz atmosferu našeg planeta — imaju debeli toplinski štit koji štiti osjetljive komponente iznutra od vrlo visokih temperature.

Isporuka rovera na Mars, na primjer, uključuje umotavanje rovera u toplinski štit, a zatim zatvaranje cijele stvari - rover i toplinski štit zajedno s potisnicima i ostalim dijelovima svemirske letjelice — u nosni konus rakete za lansiranje. Jednom u svemiru, letjelica se postavlja i putuje na Mars, zatim toplinski štit štiti rover dok prolazi kroz atmosferu do slijetanja.

Za misiju atmosferskog uzorka, međutim, trebat će vam jedan toplinski štit koji će raditi dva puta - i tijekom uzorkovanja na Veneri, i ponovno prilikom vraćanja uzorka na Zemlju. Nije jasno bi li trenutna tehnologija toplinskog štita bila dorasla zadatku zaštite svemirske letjelice kroz dva takva izlaganja.

Natjerati toplinski štit da radi dvaput je "nešto što zapravo ne znamo kako napraviti", rekao je Avice. A možda će biti potrebne godine razvoja da bi funkcionirao, ako je to uopće moguće.

Što učiniti s uzorkom kada se vrati na Zemlju

Još jedan izazov je iznenađujući. Možda mislite da je prikupljanje uzorka težak dio, a da bi ga analizirati nakon što se vrati na Zemlju bilo lako. Ali ispada da je rad s uzorcima plina teži nego što možete zamisliti.

Atmosfera Venere puna je tvari koje lako isparavaju, a nazivamo ih hlapljivima. To uključuje plemenite plinove i spojeve uključujući dušik, vodik, ugljik i sumpor. Proučavanje ovih je ključno za razumijevanje Venerine atmosfere, ali ih nije lako transportirati ili proučavati.

Da biste ispravno uhvatili hlapljivu tvar u bocu s uzorkom, potreban vam je vrlo dobar ventil — oba tako da nijedan od uzorak pobjegne i tako da niti jedan plin iz drugih okruženja poput Zemljine atmosfere ne procuri. To je bio problem za misiju Hayabusa2 koja je uspjela vratiti uzorak s asteroida, ali je imala iskustva curenje Zemljine atmosfere vjerojatno uzrokovan šokom od otvaranja padobrana tijekom povratka na Zemlju.

Čak i ako se uzorak vrati na Zemlju potpuno netaknut, bez ikakvih curenja, i dalje morate brzo djelovati kako biste uzorak prebacili iz njegove boce u sigurniji spremnik. Čak će i najčvršći ventili malo propuštati tijekom nekoliko mjeseci, pa vam je potreban višestruki sustav spremnici koji mogu uhvatiti sve što iscuri iz uzorka i sačuvati koliko god toga moguće.

Istraživači se razvijaju vakuumski sustavi za izdvajanje i analizu plinova, uključujući one korišten za uzorak Hayabusa2, ali ovo je još uvijek novo područje tehnologije koje treba razviti kako bi misija vraćanja uzoraka iz atmosfere bila potpuno učinkovita.

Budućnost planetarne znanosti: in situ vs. povratak uzorka

Misija uzorkovanja atmosfere još uvijek je čvrsto u fazi koncepta, a skupina se nada da će je prihvatiti u sljedećem krugu prijedloga za Europsku svemirsku agenciju ili možda NASA-u.

To je ambiciozan plan, ali nije tako neobičan koncept kao što bi bio prije nekoliko godina. "Prije nekoliko desetljeća povratak uzoraka bio je samo san i neozbiljan", rekao je Avice, ali sada s prethodnim misije poput Hayabusa2 i nadolazeće misije poput Mars Sample Return, to postaje stvarna mogućnost.

Postoji mogućnost da se pokaže da se vraćanje uzoraka može izvesti relativno brzo i jeftino, zbog putanja koje su moguće između Zemlje i Venere i zato što svemirska letjelica ne bi morala usporiti, doći do površine i vratiti se u orbitu prije nego što se vrati u Zemlja.

Misija bi potencijalno mogla biti brzo kretanje naprijed-nazad, vraćanje uzorka unutar godinu dana.

"Ono što je stvarno super je da bismo dobili uzorak atmosfere Venere prije nego što dobijemo uzorke s Marsa", rekao je Avice. "Dakle, to bi bio prvi uzorak s drugog planeta."

Preporuke urednika

• Evo zašto znanstvenici misle da je život mogao cvjetati na 'paklenom planetu' Veneri
• Unutar Vere C. Zvjezdarnica Rubin, dom najveće digitalne kamere na svijetu
• Rocket Lab planira poslati prvu privatnu misiju na Veneru
• Istraživači s MIT-a detaljno razrađuju planove za privatne misije u potrazi za životom na Veneri
• NASA-in video pokazuje kako je to uroniti kroz Venerinu atmosferu