O plano maluco de trazer para casa um pouco da atmosfera de Vênus

Se você tem acompanhado as notícias espaciais recentemente, provavelmente já ouviu falar sobre o Retorno de Amostras de Marte – o ambicioso plano da NASA de coletar amostras de rochas marcianas e trazê-las de volta à Terra para estudo. Essa missão está programada para ser lançada ainda nesta década, mas levará anos e será um processo extremamente caro para coletar e recuperar essas amostras.

Mas Marte não é o único planeta a uma curta distância. Por que não pulamos para nosso outro vizinho planetário, Vênus, e coletamos uma amostra de lá também?

Isso é exatamente o que está sendo proposto por um grupo de pesquisadores de Vênus. Conversamos com o líder do grupo de propostas para saber mais.

Uma velha ideia cujo tempo chegou

Os cientistas têm discutido os méritos de tentar obter uma amostra de Vênus por décadas, com conceitos de missão estudados desde a década de 1980. Embora Marte tenha sido o planeta que mais atenção recebeu nos últimos anos, há um forte interesse na ciência planetária comunidade em aprender mais sobre Vênus - principalmente porque poderia nos ajudar a entender mais sobre outros planetas fora do nosso sistema solar sistema.

Agora isso pode estar mudando, já que a NASA inicia o década de Vênus com um par de missões definidas para visitar lá, junto com uma missão da Agência Espacial Européia, todas programadas para a próxima década.

As missões anteriores de amostras de Vênus nunca decolaram por alguns motivos: o foco em Marte acabou Vênus, a falta de tecnologia para viabilizar uma operação tão complexa e a inospitalidade essencial de Vênus. Vênus é quente, com uma atmosfera extremamente densa, criando um ambiente muito hostil para a operação de eletrônicos.

Tentando voar para Vênus, enviar uma sonda para a superfície, coletar uma amostra, colocá-la de volta em órbita e então devolvê-lo à Terra seria proibitivamente caro e exigiria melhorias tecnológicas significativas desenvolvimentos.

É por isso que um grupo de pesquisadores franceses tem uma abordagem diferente. Em vez de tentar coletar um pedaço da superfície de Vênus, devemos tentar capturar um pouco de sua atmosfera. A missão Venus Atmospheric Sample Return ou VATMOS-SR é um conceito de missão de um grupo do Instituto de Física Planetária de Paris, que está tentando angariar apoio para sua ideia.

A grande vantagem desta abordagem é a sua relativa simplicidade. Não há necessidade de pousar nada na superfície ou voltar à órbita. Em vez disso, você poderia enviar uma espaçonave em um caminho para longe da Terra e em direção a Vênus, onde entraria na atmosfera e encheria garrafas com cerca de quatro litros de gás. Então continuaria viajando de volta à Terra.

A espaçonave não teria instrumentos e não faria leituras. Seria apenas um veículo de coleta. Isso o torna mais seguro, fácil e barato, explicou o pesquisador-chefe Guillaume Avice à Digital Trends.

“Você apenas percorre a atmosfera em uma trajetória balística”, disse Avice. “Portanto, leva apenas um ano para ir até lá, coletar sua amostra e voltar à Terra.”

Planejamento a longo prazo

Hoje em dia, as missões científicas planetárias normalmente envolvem o envio de instrumentos (como os dos rovers de Marte) para um local e fazer com que eles façam medições. Essa abordagem defende a coleta de material e seu retorno à Terra, onde temos instrumentos muito mais capazes e variados para investigar.

E com uma amostra preciosa de outro planeta, um pouco vai longe. Uma amostra de vários litros de gás poderia manter os cientistas ocupados por anos.

“O que é realmente legal é que você obtém muito gás e pode medi-lo, não para sempre, mas por muito tempo na Terra”, explicou Avice. “Se você pensar bem, pode preservar um pouco dessa amostra. Talvez em uma década tenhamos um novo espectrômetro na Terra que será útil para esta amostra”.

Esse planejamento para o futuro faz sentido quando você observa como a NASA abordou as amostras lunares coletadas durante as missões Apollo à lua. Algumas amostras foram analisadas assim que retornaram à Terra, mas outras foram armazenadas com base no fato de que a tecnologia futura permitiria que fossem analisadas em nova profundidade. E essa abordagem de longo prazo valeu a pena, com uma amostra de 50 anos inaugurado no ano passado e revelando informações sobre a geologia e a história da lua.

Se pudéssemos obter uma amostra semelhante da atmosfera de Vênus, grande parte dela também poderia ser armazenada a longo prazo. E os pesquisadores se beneficiariam com apenas um punhado de átomos de uma amostra de gás, então uma amostra de vários litros seria suficiente para fornecer materiais de pesquisa para toda a comunidade de Vênus.

Uma próxima missão a Vênus chamada Davinci planeja fazer medições semelhantes da atmosfera, mas, neste caso, há uma crise de tempo real. A missão envolve o lançamento de uma esfera de amostra na atmosfera, de modo que as amostras devem ser coletadas e processadas em apenas uma hora.

Isso causou problemas com missões anteriores a Vênus nas décadas anteriores, o que resultou em descobertas distorcidas, provavelmente devido a calibrações incorretas ou aberturas de ventilação entupidas. Os engenheiros fazem o possível para antecipar possíveis problemas com a amostragem, mas isso é difícil de fazer quando há tantas incógnitas sobre o ambiente em que a missão está entrando.

Se uma amostra for trazida de volta à Terra, no entanto, haverá muito tempo para calibrar os instrumentos e verificar novamente os resultados, tornando as descobertas mais confiáveis.

Existem algumas complexidades na obtenção de uma amostra em velocidades muito altas. Ocorre um processo chamado fracionamento que pode dividir uma amostra em diferentes partes quando é coletada tão rapidamente, mas deve ser possível corrigir isso.

Como funcionaria a missão de amostragem atmosférica

Existem boas razões para que ninguém tenha tentado uma missão de retorno de amostra de Vênus antes. Porque não é fácil.

O paralelo óbvio com uma missão de retorno de amostra de Vênus seria a missão de retorno de amostra de Marte, uma próxima joint venture entre a NASA e a Agência Espacial Européia, que está programada para ser lançada no final 2020. Este plano para coletar uma amostra de Marte envolve vários rovers, landers ou helicópteros, está sendo elaborado há décadas e tem um orçamento crescente que preocupa até mesmo os entusiastas de Marte.

E Vênus é ainda mais inóspito que Marte, com sua espessa atmosfera, nuvens de ácido sulfúrico e pressão comparável às profundezas do oceano. Uma tentativa de devolver uma amostra da superfície de Vênus seria um “pesadelo”, disse Avice, e “provavelmente ainda mais cara do que em Marte”.

É por isso que o grupo de Avice está propondo coletar uma amostra da atmosfera do planeta. “É superbarato”, disse ele, relativamente falando: o grupo estima o custo dessa missão em 100 milhões de euros (US$ 110 milhões), em comparação com o Estimativas atuais de US$ 8 a US$ 9 bilhões para o Retorno de Amostra de Marte.

Mesmo com a relativa facilidade de uma amostra atmosférica, no entanto, nenhum pedaço antigo da atmosfera servirá. Em altitudes muito altas, a atmosfera é extremamente fina e algumas moléculas são separadas pela gravidade. Então, para obter uma amostra representativa, você precisa ir abaixo de um nível chamado homopausa, abaixo do qual a atmosfera está suficientemente bem misturada para conter todas as diferentes moléculas presentes.

Em Vênus, a homopausa fica a cerca de 110 km (70 milhas) da superfície, então a missão precisa chegar abaixo desse nível. Mas quanto mais fundo você vai, mais difícil a missão se torna. “Portanto, o objetivo é ficar logo abaixo da homopausa, com alguma margem de segurança”, disse Avice. “Se formos mais fundo, torna-se muito mais desafiador e caro.”

Os desafios

Até mesmo atravessar a atmosfera do planeta é difícil, no entanto. Um grande desafio é manter a espaçonave a salvo do tremendo calor que se acumula devido ao atrito na atmosfera.

Naves espaciais que entrarão na atmosfera de um planeta - seja visitando outro planeta como Marte ou uma espaçonave retornando para a Terra através da atmosfera do nosso próprio planeta - tem um escudo de calor grosso que protege os componentes delicados dentro do muito alto temperaturas.

Entregar um rover a Marte, por exemplo, envolve envolver o rover em um escudo térmico e, em seguida, selar a coisa toda – rover e escudo térmico juntos, junto com propulsores e outras peças da espaçonave - no nariz de um foguete para lançamento. Uma vez no espaço, a espaçonave é implantada e viaja para Marte, então o escudo térmico protege o rover enquanto ele passa pela atmosfera para pousar.

Para uma missão de amostragem atmosférica, no entanto, você precisaria de um escudo térmico para funcionar duas vezes – tanto durante a amostragem em Vênus quanto novamente ao retornar a amostra para a Terra. Não está claro se a tecnologia atual de escudo térmico seria capaz de proteger uma espaçonave por meio de duas dessas exposições.

Conseguir que um escudo térmico funcione duas vezes é “algo que realmente não sabemos como fazer”, disse Avice. E pode exigir anos de desenvolvimento para funcionar, se é que é possível.

O que fazer com a amostra quando ela estiver de volta à Terra

Outro desafio é surpreendente. Você pode pensar que coletar uma amostra é a parte mais difícil, e analisá-la quando voltar à Terra seria fácil. Mas acontece que trabalhar com amostras de gás é mais difícil do que você imagina.

A atmosfera de Vênus está cheia de substâncias que evaporam facilmente, chamadas voláteis. Estes incluem gases nobres e compostos, incluindo nitrogênio, hidrogênio, carbono e enxofre. Estudá-los é a chave para entender a atmosfera de Vênus, mas não são fáceis de transportar ou estudar.

Para prender adequadamente um volátil em um frasco de amostra, você precisa de uma válvula muito boa - tanto para que nenhum dos amostra escapa e para que nenhum dos gases de outros ambientes, como a atmosfera da Terra, vaze. Este foi um problema para a missão Hayabusa2 que conseguiu devolver uma amostra de um asteróide, mas experimentou um vazamento na atmosfera da Terra provavelmente causado pelo choque da abertura do pára-quedas durante seu retorno à Terra.

Mesmo que a amostra volte para a Terra completamente intacta, sem nenhum vazamento, você ainda precisa se mover rapidamente para transferir a amostra de sua garrafa para um recipiente mais seguro. Mesmo as válvulas mais apertadas irão vazar um pouco ao longo de meses, então você precisa de um sistema de múltiplos recipientes que podem capturar qualquer coisa que vaze da amostra e preservar o máximo possível possível.

Os pesquisadores estão desenvolvendo sistemas de vácuo para extrair e analisar gases, incluindo aqueles usado para a amostra Hayabusa2, mas esta ainda é uma nova área de tecnologia que precisa ser desenvolvida para que uma missão de retorno de amostras atmosféricas seja totalmente eficaz.

O futuro da ciência planetária: in situ vs. amostra de retorno

A missão de amostragem atmosférica ainda está firmemente em fase de conceito, e o grupo espera que seja escolhida na próxima rodada de propostas para a Agência Espacial Européia ou talvez para a NASA.

É um plano ambicioso, mas não é um conceito tão bizarro como seria há alguns anos. “Décadas atrás, a devolução de amostras era apenas um sonho e nada sério”, disse Avice. missões como Hayabusa2 e missões futuras como Mars Sample Return, está se tornando uma possibilidade real.

E há o potencial de mostrar que o retorno da amostra pode ser feito de forma relativamente rápida e barata, devido às trajetórias possíveis. entre a Terra e Vênus e porque uma espaçonave não teria que desacelerar, chegar à superfície e voltar à órbita antes de retornar ao Terra.

A missão poderia ser um rápido chicote para frente e para trás, retornando uma amostra dentro de um ano.

“O que é realmente legal é que obteríamos uma amostra da atmosfera de Vênus antes de obter amostras de Marte”, disse Avice. “Então essa seria a primeira amostra de outro planeta.”

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