Rencana liar untuk membawa pulang sedikit atmosfer Venus

Jika Anda mengikuti berita luar angkasa baru-baru ini, Anda mungkin pernah mendengar tentang Pengembalian Sampel Mars — rencana ambisius NASA untuk mengumpulkan sampel batuan Mars dan membawanya kembali ke Bumi untuk dipelajari. Misi itu dijadwalkan untuk diluncurkan akhir dekade ini, tetapi akan memakan waktu bertahun-tahun dan proses yang sangat mahal untuk mengumpulkan dan mengambil sampel tersebut.

Tapi Mars bukan satu-satunya planet dalam jarak kunjungan. Mengapa kita tidak melompat ke planet tetangga kita yang lain, Venus, dan mengumpulkan sampel dari sana juga?

Itulah yang diajukan oleh sekelompok peneliti Venus. Kami berbicara dengan pemimpin kelompok proposal untuk mempelajari lebih lanjut.

Ide lama yang waktunya telah tiba

Para ilmuwan telah mendiskusikan manfaat mencoba mengambil sampel dari Venus selama beberapa dekade, dengan konsep misi yang dipelajari sejak tahun 1980-an. Meskipun Mars telah menjadi planet yang paling banyak mendapat perhatian dalam beberapa tahun terakhir, ada minat yang kuat terhadap ilmu planet komunitas untuk belajar lebih banyak tentang Venus — terutama karena itu dapat membantu kita memahami lebih banyak tentang planet lain di luar tata surya kita sistem.

Nah, itu bisa berubah, saat NASA memulai dekade Venus dengan sepasang misi yang akan berkunjung ke sana, bersama dengan misi Badan Antariksa Eropa, semuanya dijadwalkan untuk dekade berikutnya.

Misi sampel Venus sebelumnya tidak pernah berhasil karena beberapa alasan: fokus pada Mars telah berakhir Venus, kurangnya teknologi untuk memungkinkan operasi yang begitu rumit, dan ketidakramahan yang esensial Venus. Venus panas, dengan atmosfer yang sangat padat, menciptakan lingkungan yang sangat keras bagi peralatan elektronik untuk beroperasi.

Mencoba terbang ke Venus, mengirim satelit ke permukaan, mengumpulkan sampel, mengembalikan sampel itu ke orbit, dan kemudian mengembalikannya ke Bumi akan sangat mahal dan membutuhkan teknologi yang signifikan perkembangan.

Itu sebabnya sekelompok peneliti Perancis memiliki pendekatan yang berbeda. Alih-alih mengumpulkan sepotong permukaan Venus, kita harus mencoba mengambil sebagian dari atmosfernya. Misi Pengembalian Sampel Atmosfer Venus atau VATMOS-SR adalah konsep misi oleh sebuah kelompok di Institut Fisika Planetary Paris, yang mencoba menggalang dukungan untuk ide mereka.

Keuntungan besar dari pendekatan ini adalah kesederhanaannya yang relatif. Tidak perlu mendaratkan apa pun di permukaan atau kembali ke orbit. Sebagai gantinya, Anda dapat mengirim satu pesawat ruang angkasa ke jalur menjauh dari Bumi dan menuju Venus, di mana ia akan memasuki atmosfer dan mengisi botol dengan sekitar empat liter gas. Kemudian ia akan terus melakukan perjalanan kembali ke Bumi.

Pesawat ruang angkasa tidak akan memiliki instrumen dan tidak membaca. Itu hanya akan menjadi kendaraan koleksi. Itu membuatnya lebih aman, lebih mudah, dan lebih murah, kepala peneliti Guillaume Avice menjelaskan kepada Digital Trends.

“Anda hanya melewati atmosfer dengan lintasan balistik,” kata Avice. “Jadi hanya butuh satu tahun untuk pergi ke sana, mengambil sampel Anda, dan kembali ke Bumi.”

Merencanakan untuk jangka panjang

Hari-hari ini, misi sains planet biasanya melibatkan pengiriman instrumen (seperti yang ada di penjelajah Mars) ke suatu lokasi dan meminta mereka melakukan pengukuran. Pendekatan ini menganjurkan pengumpulan materi dan membawanya kembali ke Bumi, di mana kita memiliki instrumen yang jauh lebih mampu dan beragam untuk diselidiki.

Dan dengan sampel berharga dari planet lain, sedikit saja sudah cukup. Sampel beberapa liter gas dapat menyibukkan para ilmuwan selama bertahun-tahun.

“Yang benar-benar keren adalah Anda mendapatkan banyak gas dan Anda dapat mengukurnya, tidak selamanya, tetapi untuk waktu yang lama di Bumi,” jelas Avice. “Jika Anda memikirkannya, Anda dapat menyimpan sedikit sampel itu. Mungkin dalam satu dekade, kita akan memiliki spektrometer baru di Bumi yang berguna untuk sampel ini.”

Perencanaan untuk masa depan ini masuk akal ketika Anda melihat bagaimana NASA mendekati sampel bulan yang dikumpulkan selama misi Apollo ke bulan. Beberapa sampel dianalisis segera setelah dikembalikan ke Bumi, tetapi yang lain disimpan berdasarkan teknologi masa depan yang memungkinkan mereka untuk dianalisis dengan kedalaman baru. Dan pendekatan jangka panjang itu membuahkan hasil, dengan sampel berusia 50 tahun baru dibuka tahun lalu dan mengungkapkan informasi tentang geologi dan sejarah bulan.

Jika kami dapat mengambil sampel serupa dari atmosfer Venus, sebagian besar dapat disimpan untuk jangka panjang juga. Dan para peneliti akan mendapat manfaat bahkan hanya dari segelintir atom dari sampel gas, jadi sampel beberapa liter akan cukup untuk menyediakan bahan penelitian bagi seluruh komunitas Venus.

Misi yang akan datang ke Venus bernama Davinci berencana untuk melakukan pengukuran atmosfer yang serupa, tetapi dalam kasus ini, ada krisis waktu nyata. Misi tersebut melibatkan penjatuhan bola sampel melalui atmosfer, sehingga sampel harus diambil dan diproses hanya dalam waktu satu jam.

Ini telah menyebabkan masalah dengan misi Venus sebelumnya pada dekade-dekade sebelumnya, yang menghasilkan temuan yang kacau kemungkinan karena kalibrasi yang salah atau ventilasi yang tersumbat. Insinyur melakukan yang terbaik untuk mengantisipasi kemungkinan masalah dengan pengambilan sampel, tetapi itu sulit dilakukan ketika ada begitu banyak hal yang tidak diketahui tentang lingkungan yang sedang dimasuki misi.

Namun, jika sampel dibawa kembali ke Bumi, ada banyak waktu untuk mengkalibrasi instrumen dan memeriksa ulang hasilnya, membuat temuan lebih andal.

Ada beberapa kerumitan dalam mengambil sampel dengan kecepatan sangat tinggi. Suatu proses yang disebut fraksinasi terjadi yang dapat membagi sampel menjadi bagian-bagian yang berbeda ketika dikumpulkan dengan sangat cepat, tetapi hal itu harus dapat diperbaiki.

Bagaimana misi pengambilan sampel atmosfer akan bekerja

Ada alasan bagus mengapa belum ada yang mencoba misi pengembalian sampel Venus sebelumnya. Karena itu tidak mudah.

Paralel yang jelas dengan misi pengembalian sampel Venus adalah misi Pengembalian Sampel Mars, sebuah usaha patungan yang akan datang antara NASA dan Badan Antariksa Eropa yang dijadwalkan diluncurkan akhir-akhir ini 2020-an. Rencana untuk mengumpulkan sampel dari Mars ini melibatkan banyak penjelajah, pendarat, atau helikopter, sedang dalam pembuatan selama beberapa dekade, dan memiliki anggaran yang membengkak yang bahkan membuat para penggemar Mars yang bersemangat khawatir.

Dan Venus bahkan lebih tidak ramah daripada Mars, dengan atmosfernya yang tebal, awan asam sulfat, dan tekanan yang sebanding dengan kedalaman samudra. Upaya untuk mengembalikan sampel dari permukaan Venus akan menjadi "mimpi buruk", kata Avice, dan "bahkan mungkin lebih mahal daripada di Mars".

Itulah mengapa kelompok Avice mengusulkan untuk mengambil sampel dari atmosfer planet. “Ini sangat murah,” katanya, secara relatif: Grup tersebut memperkirakan biaya misi semacam itu sebesar 100 juta Euro ($110 juta), dibandingkan dengan $8 hingga $9 miliar perkiraan saat ini untuk Pengembalian Sampel Mars.

Bahkan dengan sampel atmosfer yang relatif mudah, bagaimanapun, tidak ada bagian lama dari atmosfer yang akan melakukannya. Pada ketinggian yang sangat tinggi, atmosfer sangat tipis, dan beberapa molekul dipisahkan oleh gravitasi. Jadi untuk mendapatkan sampel yang representatif, Anda perlu pergi ke bawah level yang disebut homopause, di bawahnya atmosfer tercampur dengan cukup baik untuk menampung semua molekul berbeda yang ada.

Di Venus, homopause berjarak sekitar 110 km (70 mil) dari permukaan, sehingga misi harus mencapai di bawah level tersebut. Tapi semakin dalam Anda pergi, semakin sulit misinya. “Jadi targetnya adalah tepat di bawah homopause, dengan batas keamanan tertentu,” kata Avice. “Jika kita masuk lebih dalam, itu menjadi jauh lebih menantang dan mahal.”

Tantangan

Bahkan untuk melewati atmosfer planet saja sudah sulit. Salah satu tantangan besar adalah menjaga keamanan pesawat luar angkasa dari panas luar biasa yang terbentuk akibat gesekan di atmosfer.

Pesawat ruang angkasa yang akan memasuki atmosfer sebuah planet — apakah itu mengunjungi planet lain seperti Mars atau pesawat ruang angkasa yang kembali ke Bumi melalui atmosfer planet kita sendiri — memiliki pelindung panas tebal yang melindungi komponen halus di dalamnya dari ketinggian suhu.

Mengirim penjelajah ke Mars, misalnya, melibatkan membungkus penjelajah dengan pelindung panas, lalu menyegel semuanya — rover dan pelindung panas bersama-sama, bersama dengan pendorong dan bagian pesawat ruang angkasa lainnya — ke ujung hidung roket untuk diluncurkan. Begitu berada di luar angkasa, pesawat ruang angkasa dikerahkan dan melakukan perjalanan ke Mars, kemudian pelindung panas melindungi penjelajah saat melewati atmosfer untuk mendarat.

Namun, untuk misi sampel atmosfer, Anda memerlukan satu pelindung panas untuk bekerja dua kali - baik selama pengambilan sampel di Venus, dan sekali lagi saat mengembalikan sampel ke Bumi. Tidak jelas apakah teknologi pelindung panas saat ini mampu melindungi pesawat ruang angkasa melalui dua paparan seperti itu.

Membuat pelindung panas bekerja dua kali adalah "sesuatu yang kami tidak benar-benar tahu bagaimana melakukannya," kata Avice. Dan itu mungkin membutuhkan pengembangan bertahun-tahun untuk bekerja, jika memungkinkan.

Apa yang harus dilakukan dengan sampel setelah kembali ke Bumi

Tantangan lainnya adalah tantangan yang mengejutkan. Anda mungkin berpikir bahwa mengumpulkan sampel adalah hal yang sulit, dan menganalisisnya setelah kembali ke Bumi akan mudah. Namun ternyata bekerja dengan sampel gas lebih sulit dari yang Anda bayangkan.

Atmosfer Venus penuh dengan zat yang mudah menguap, yang disebut volatil. Ini termasuk gas mulia dan senyawa termasuk nitrogen, hidrogen, karbon, dan belerang. Mempelajari ini adalah kunci untuk memahami atmosfer Venus, tetapi tidak mudah untuk dipindahkan atau dipelajari.

Untuk menjebak volatil dengan benar dalam botol sampel, Anda memerlukan katup yang sangat baik — keduanya sehingga tidak ada sampel lolos, dan agar tidak ada gas dari lingkungan lain seperti atmosfer bumi yang bocor. Ini adalah masalah bagi misi Hayabusa2 yang berhasil mengembalikan sampel dari asteroid tetapi mengalaminya bocornya atmosfer bumi kemungkinan disebabkan oleh kejutan penyebaran parasut saat kembali ke Bumi.

Bahkan jika sampel berhasil kembali ke Bumi dalam keadaan benar-benar murni, tanpa kebocoran apa pun, Anda tetap harus bergerak cepat untuk memindahkan sampel dari botolnya ke wadah yang lebih aman. Bahkan katup yang paling rapat pun akan bocor sedikit selama berbulan-bulan, jadi Anda memerlukan sistem ganda wadah yang dapat menangkap apa pun yang bocor dari sampel dan mengawetkannya sebanyak mungkin mungkin.

Peneliti sedang berkembang sistem vakum untuk mengekstraksi dan menganalisis gas, termasuk itu digunakan untuk sampel Hayabusa2, tetapi ini masih merupakan bidang teknologi baru yang perlu dikembangkan agar misi pengembalian sampel atmosfer dapat sepenuhnya efektif.

Masa depan ilmu planet: in situ vs. pengembalian sampel

Misi pengambilan sampel atmosfer masih dalam tahap konsep, dan kelompok tersebut berharap dapat diambil dalam proposal putaran berikutnya untuk Badan Antariksa Eropa atau mungkin NASA.

Ini adalah rencana yang ambisius, tetapi itu bukan konsep yang aneh seperti beberapa tahun yang lalu. “Beberapa dekade yang lalu, pengembalian sampel hanyalah mimpi dan tidak terlalu serius,” kata Avice, Tapi sekarang dengan sebelumnya misi seperti Hayabusa2 dan misi yang akan datang seperti Mars Sample Return, itu menjadi kemungkinan nyata.

Dan ada potensi untuk menunjukkan bahwa pengembalian sampel dapat dilakukan dengan relatif cepat dan murah, karena lintasan yang memungkinkan antara Bumi dan Venus dan karena pesawat ruang angkasa tidak perlu melambat, naik ke permukaan, dan kembali ke orbit sebelum kembali ke Bumi.

Misi tersebut berpotensi menjadi cambuk cepat bolak-balik, mengembalikan sampel dalam waktu satu tahun.

“Yang benar-benar keren adalah kami mendapatkan sampel atmosfer Venus sebelum kami mendapatkan sampel dari Mars,” kata Avice. “Jadi itu akan menjadi sampel pertama dari planet lain.”

Rekomendasi Editor

• Inilah mengapa para ilmuwan berpikir bahwa kehidupan mungkin berkembang pesat di 'planet neraka' Venus
• Di dalam Vera C. Observatorium Rubin, rumah bagi kamera digital terbesar di dunia
• Rocket Lab berencana mengirim misi pribadi pertama ke Venus
• Peneliti MIT merinci rencana misi pribadi untuk mencari kehidupan di Venus
• Video NASA menunjukkan kepada Anda bagaimana rasanya terjun melalui atmosfer Venus