Mežonīgais plāns atnest mājās mazliet Venēras atmosfēras

Ja nesen sekojāt jaunumiem kosmosā, droši vien esat dzirdējuši par Marsa paraugu atgriešanos — NASA ambiciozo plānu savākt Marsa iežu paraugus un nogādāt tos atpakaļ uz Zemi izpētei. Šo misiju ir plānots uzsākt vēlāk šajā desmitgadē, taču šo paraugu savākšanai un iegūšanai tas būs gadiem ilgs un ārkārtīgi dārgs process.

Bet Marss nav vienīgā planēta apmeklējuma attālumā. Kāpēc gan mums nepārkāpt pie otras planētas kaimiņienes Venēras un nepaņemt paraugu arī no turienes?

Tieši to ierosina Venēras pētnieku grupa. Mēs runājām ar priekšlikumu grupas vadītāju, lai uzzinātu vairāk.

Sena ideja, kurai ir pienācis laiks

Zinātnieki vairākus gadu desmitus ir apsprieduši mēģinājumus iegūt paraugu no Venēras, un misijas koncepcijas tika pētītas jau pagājušā gadsimta astoņdesmitajos gados. Lai gan Marss ir bijusi planēta, kurai pēdējos gados pievērsta vislielākā uzmanība, pastāv liela interese par planētu zinātni kopienai, lai uzzinātu vairāk par Venēru, jo īpaši tāpēc, ka tas varētu mums palīdzēt saprast vairāk par citām planētām ārpus mūsu Saules sistēma.

Tagad tas varētu mainīties, jo NASA sāk darbu Venēras desmitgade ar pāris misijām, kuras ir paredzēts apmeklēt tur, kā arī Eiropas Kosmosa aģentūras misiju, kas paredzētas nākamajā desmitgadē.

Iepriekšējās Venēras parauga misijas nekad netika uzsāktas dažu iemeslu dēļ: koncentrēšanās uz Marsu ir beigusies Venēra, tehnoloģiju trūkums, lai nodrošinātu tik sarežģītu darbību, un būtiska neviesmīlība Venera. Venēra ir karsta, ar ārkārtīgi blīvu atmosfēru, radot ļoti skarbu vidi elektronikas darbībai.

Mēģiniet lidot uz Venēru, nosūtiet zondi uz virsmu, savāciet paraugu, nogādājiet to atpakaļ orbītā un tad tās atgriešana uz Zemi būtu gan pārmērīgi dārga, gan prasītu ievērojamas tehnoloģiskas attīstību.

Tāpēc franču pētnieku grupai ir atšķirīga pieeja. Tā vietā, lai mēģinātu savākt Veneras virsmas gabalu, mums vajadzētu mēģināt satvert daļu no tās atmosfēras. Venēras atmosfēras parauga atgriešanas misija jeb VATMOS-SR ir Parīzes Planētu fizikas institūta grupas misijas koncepcija, kas cenšas panākt atbalstu savai idejai.

Šīs pieejas lielā priekšrocība ir tās relatīvā vienkāršība. Nav nepieciešams kaut ko nolaist virspusē vai atgriezties orbītā. Tā vietā jūs varētu nosūtīt vienu kosmosa kuģi pa ceļu prom no Zemes un uz Venēru, kur tas iekļūtu atmosfērā un piepildītu pudeles ar aptuveni četriem litriem gāzes. Tad tas turpinātu ceļot atpakaļ uz Zemi.

Kosmosa kuģim nebūtu instrumentu un tas nenolasītu. Tas būtu tikai savākšanas transportlīdzeklis. Tas padara to drošāku, vienkāršāku un lētāku, vadošais pētnieks Guillaume Avice skaidroja Digital Trends.

"Jūs vienkārši izkļūstat atmosfērā pa ballistisko trajektoriju," sacīja Avice. "Tāpēc ir nepieciešams tikai viens gads, lai tur nokļūtu, paņemtu paraugu un atgrieztos uz Zemi."

Plānošana ilgtermiņā

Mūsdienās planētu zinātnes misijās parasti tiek nosūtīti instrumenti (piemēram, tie, kas atrodas uz Marsa roveriem) uz noteiktu vietu un veiktu mērījumus. Šī pieeja atbalsta materiālu vākšanu un tā vietā to nogādāšanu atpakaļ uz Zemi, kur mums ir daudz efektīvāki un daudzveidīgāki instrumenti, ar kuriem izmeklēt.

Un ar vērtīgu paraugu no citas planētas mazliet iet tālu. Vairāku litru gāzes paraugs zinātniekiem varētu būt aizņemts gadiem ilgi.

"Patiesi forši ir tas, ka jūs saņemat daudz gāzes un varat to izmērīt nevis mūžīgi, bet ilgu laiku uz Zemes," skaidroja Avice. "Ja padomājat, jūs varat nedaudz saglabāt šo paraugu. Varbūt pēc desmit gadiem mums uz Zemes būs jauns spektrometrs, kas būs noderīgs šim paraugam.

Šī nākotnes plānošana ir jēga, ja paskatās uz to, kā NASA ir tuvojusies Mēness paraugiem, kas savākti Apollo misiju laikā uz Mēnesi. Daži paraugi tika analizēti, tiklīdz tie tika atgriezti uz Zemes, bet citi tika glabāti, pamatojoties uz to, ka nākotnes tehnoloģijas ļaus tos analizēt jaunā dziļumā. Un šī ilgtermiņa pieeja ir atmaksājusies ar 50 gadus vecu paraugu atvērts tikai pagājušajā gadā un atklāj informāciju par Mēness ģeoloģiju un vēsturi.

Ja mēs varētu paņemt līdzīgu Venēras atmosfēras paraugu, lielu daļu no tā varētu uzglabāt arī ilgtermiņā. Un pētnieki gūtu labumu no pat tikai nedaudziem gāzes parauga atomiem, tāpēc ar vairāku litru paraugu pietiktu, lai nodrošinātu izpētes materiālus visai Venēras kopienai.

Gaidāmā misija uz Venēru, ko sauc par Davinci, plāno veikt līdzīgus atmosfēras mērījumus, taču šajā gadījumā pastāv reāla laika krīze. Misija ietver parauga sfēras izmešanu caur atmosfēru, tāpēc paraugi ir jāņem un jāapstrādā tikai vienas stundas laikā.

Tas ir radījis problēmas ar iepriekšējām Venēras misijām iepriekšējās desmitgadēs, kā rezultātā tika iegūti izkropļoti atklājumi, iespējams, nepareizas kalibrēšanas vai aizsērējušu ventilācijas atveru dēļ. Inženieri dara visu iespējamo, lai paredzētu iespējamās problēmas ar paraugu ņemšanu, taču to ir grūti izdarīt, ja ir tik daudz nezināmo par vidi, kurā nonāk misija.

Tomēr, ja paraugs tiek nogādāts atpakaļ uz Zemi, ir pietiekami daudz laika instrumentu kalibrēšanai un rezultātu dubultai pārbaudei, padarot konstatējumus ticamākus.

Ar paraugu ņemšanu ļoti lielā ātrumā ir dažas sarežģītības. Notiek process, ko sauc par frakcionēšanu, kas var sadalīt paraugu dažādās daļās, kad tas tiek savākts tik ātri, taču vajadzētu būt iespējai to labot.

Kā darbotos atmosfēras paraugu ņemšanas misija

Tomēr ir pamatoti iemesli, kāpēc neviens iepriekš nav mēģinājis veikt Venēras parauga atgriešanās misiju. Jo tas nav viegli.

Acīmredzamā paralēle Venēras parauga atgriešanas misijai būtu Marsa parauga atgriešanas misija, an gaidāmais NASA un Eiropas Kosmosa aģentūras kopuzņēmums, kuru plānots palaist vēlākā laikā 2020. gadi. Šis plāns parauga ievākšanai no Marsa ietver vairākus roverus, desantus vai helikopterus, tiek izstrādāts gadu desmitiem, un tam ir liels budžets, kas satrauc pat dedzīgus Marsa entuziastus.

Un Venera ir vēl neviesmīlīgāka nekā Marss ar savu biezo atmosfēru, sērskābes mākoņiem un spiedienu, kas salīdzināms ar okeāna dziļumiem. Mēģinājums atgriezt paraugu no Veneras virsmas būtu "murgs," sacīja Avice, un "iespējams, pat dārgāk nekā uz Marsa".

Tāpēc Avice grupa tā vietā ierosina ņemt paraugu no planētas atmosfēras. "Tas ir ļoti lēti," viņš teica, salīdzinoši runājot: grupa lēš, ka šādas misijas izmaksas ir 100 miljoni eiro (110 miljoni ASV dolāru), salīdzinot ar Pašreizējās aplēses no 8 līdz 9 miljardiem dolāru Marsa parauga atgriešanai.

Tomēr, pat ja atmosfēras paraugs ir relatīvi viegli, neviens vecais atmosfēras fragments nederēs. Ļoti lielā augstumā atmosfēra ir ārkārtīgi plāna, un dažas molekulas tiek atdalītas gravitācijas ietekmē. Tātad, lai iegūtu reprezentatīvu paraugu, jums ir jāsamazina līmenis, ko sauc par homopauzi, zem kura atmosfēra ir pietiekami labi sajaukta, lai saturētu visas dažādās klātesošās molekulas.

Venērā homopauze atrodas aptuveni 110 km (70 jūdzes) no virsmas, tāpēc misijai ir jāsasniedz zem šī līmeņa. Bet, jo dziļāk iedziļināties, jo grūtāka kļūst misija. "Tātad mērķis ir atrasties tieši zem homopauzes ar zināmu drošības rezervi," sacīja Avice. "Ja mēs ejam dziļāk, tas kļūst daudz grūtāk un dārgāk."

Izaicinājumi

Tomēr pat vienkārši izkļūt cauri planētas atmosfērai ir grūti. Viens liels izaicinājums ir jautājums par kosmosa kuģa drošību no milzīgā karstuma, kas uzkrājas atmosfēras berzes dēļ.

Kosmosa kuģis, kas ieies planētas atmosfērā — neatkarīgi no tā, vai tas apmeklēs citu planētu, piemēram, Marsu, vai kosmosa kuģis, kas atgriežas uz Zemi caur mūsu pašu planētas atmosfēru — ir biezs siltuma vairogs, kas aizsargā iekšpusē esošās smalkās sastāvdaļas no ļoti augstas temperatūras.

Piemēram, rovera nogādāšana uz Marsu ir saistīta ar tā iesaiņošanu siltuma vairogā un pēc tam visas lietas aizzīmogošanu - roveris un siltuma vairogs kopā ar dzinējiem un citām kosmosa kuģu daļām — palaišanai paredzētas raķetes priekšgalā. Nokļūstot kosmosā, kosmosa kuģis tiek izvietots un dodas uz Marsu, pēc tam siltuma vairogs aizsargā roveru, kad tas šķērso atmosfēru, lai nolaistos.

Tomēr atmosfēras parauga misijai jums būs nepieciešams viens siltuma vairogs, kas darbotos divreiz — gan paraugu ņemšanas laikā Venērā, gan vēlreiz, atgriežot paraugu uz Zemi. Nav skaidrs, vai pašreizējā siltuma vairoga tehnoloģija būtu piemērota kosmosa kuģa aizsardzībai, izmantojot divas šādas iedarbības.

Siltuma vairoga iedarbināšana divreiz ir "kaut kas, ko mēs īsti nezinām, kā to izdarīt", sacīja Avice. Un tas var prasīt vairākus gadus ilgu attīstību, ja tas pat ir iespējams.

Ko darīt ar paraugu, kad tas atkal būs uz Zemes

Vēl viens izaicinājums ir pārsteidzošs. Varētu domāt, ka parauga vākšana ir grūts uzdevums, un to analizēt, kad tas atgriezīsies uz Zemes, būtu viegli. Bet izrādās, ka strādāt ar gāzes paraugiem ir grūtāk, nekā jūs varētu iedomāties.

Venēras atmosfēra ir pilna ar vielām, kas viegli iztvaiko, ko sauc par gaistošām vielām. Tie ietver cēlgāzes un savienojumus, tostarp slāpekli, ūdeņradi, oglekli un sēru. To izpēte ir svarīga, lai izprastu Venēras atmosfēru, taču tos nav viegli transportēt vai pētīt.

Lai pareizi notvertu gaistošo vielu parauga pudelē, ir nepieciešams ļoti labs vārsts — abi, lai neviens no tiem paraugs izplūst, un neviena no gāzēm no citām vidēm, piemēram, Zemes atmosfēras, nenoplūst. Tā bija problēma Hayabusa2 misijai, kurai izdevās atgriezt paraugu no asteroīda, taču tā piedzīvoja Zemes atmosfēras noplūde iespējams, izraisīja trieciens izpletņa izvietošanas laikā, kad tas atgriežas uz Zemes.

Pat ja paraugs atgriežas uz Zemi pilnīgi neskartu, bez jebkādām noplūdēm, jums joprojām ir jāpārvietojas ātri, lai paraugu pārvietotu no pudeles uz drošāku konteineru. Pat visciešākie vārsti mēnešu laikā nedaudz iztecēs, tāpēc jums ir nepieciešama vairāku sistēmu sistēma konteineri, kas var uztvert visu, kas noplūst no parauga, un saglabāt tik daudz parauga iespējams.

Pētnieki attīstās vakuuma sistēmas gāzu ekstrakcijai un analīzei, ieskaitot tos izmanto Hayabusa2 paraugam, taču šī joprojām ir jauna tehnoloģiju joma, kas ir jāizstrādā, lai atmosfēras paraugu atgriešanas misija būtu pilnībā efektīva.

Planētu zinātnes nākotne: in situ vs. parauga atgriešana

Atmosfēras paraugu ņemšanas misija joprojām stingri atrodas koncepcijas stadijā, un grupa cer, ka tā tiks iekļauta nākamajā priekšlikumu kārtā Eiropas Kosmosa aģentūrai vai, iespējams, NASA.

Tas ir ambiciozs plāns, taču tas nav tik dīvains, kā tas būtu bijis pirms dažiem gadiem. "Pirms gadu desmitiem parauga atgriešana bija tikai sapnis un nebija īsti nopietna," sacīja Avice, bet tagad ar iepriekšējo tādas misijas kā Hayabusa2 un gaidāmās misijas, piemēram, Marsa parauga atgriešanās, tā kļūst par reālu iespēju.

Un pastāv iespēja parādīt, ka paraugu atgriešana var tikt veikta salīdzinoši ātri un lēti iespējamo trajektoriju dēļ starp Zemi un Venēru un tāpēc, ka kosmosa kuģim nav jāsamazina ātrums, jānokļūst uz virsmas un jāatgriežas orbītā pirms atgriešanās Zeme.

Misija, iespējams, varētu būt ātra pātaga uz priekšu un atpakaļ, atgriežot paraugu gada laikā.

"Patiesi forši ir tas, ka mēs iegūtu Venēras atmosfēras paraugu, pirms mēs iegūstam paraugus no Marsa," sacīja Avice. "Tātad tas būtu pirmais paraugs no citas planētas."

Redaktoru ieteikumi

• Lūk, kāpēc zinātnieki domā, ka dzīvība varētu būt uzplaukusi uz “elles planētas” Veneras
• Vera C iekšpusē. Rubīnas observatorija, pasaulē lielākās digitālās kameras mājvieta
• Rocket Lab plāno nosūtīt pirmo privāto misiju uz Venēru
• MIT pētnieki sīki izstrādā plānus privātām misijām, lai meklētu dzīvību uz Venēras
• NASA video parāda, kā ir ienirt Venēras atmosfērā