ExoMars – probabil cea mai importantă misiune pe Marte

Am putea spune că Marte e o doamnă crudă, dacă îmi permiteți să-l parafrazez pe Robert Heinlein. Una din două sonde interplanetare trimise spre ea nu au ajuns la destinație, sau, dacă au ajuns, nu au mai comunicat cu noi din varii motive. Primul eșec a fost cel al misiunii rusești Phobos-Grunt din 2011, când sonda a rămas pe orbita terestră, prăbușindu-se în cele din urmă înapoi pe Pământ. Iar cel mai recent îl reprezintă prăbușirea landerului Schiaparelli pe solul marțian.

Trebuie totuși să recunoaștem că, în ultimul timp, misiunile spre Marte și-au mărit rata de succes. De această dată, europenii, la braț cu rușii, au încercat o nouă aventură marțiană, sub numele de ExoMars. Profitând de alinierea fericită dintre Pământ și Marte, care are loc la fiecare doi ani și permite astfel sondelor să fie echipate cu mai multe instrumente științifice și mai puțin combustibil, ExoMars are două faze.

Prima a pornit la drum la mijlocul lui martie 2016 – dar nu îmi propun acum să fac un review al desfășurării „ostilităților”. Iar cea de-a doua lansare urmează să aibă loc peste doi ani și să transporte spre Marte a doua parte a misiunii. Să vedem cum a fost pregătită prima parte a ExoMars și ce așteptări aveau specialiștii de la această misiune.

NOI ȘI MARTE

Unii ar putea spune că astăzi știm mai multe lucruri despre Marte decât despre adâncurile oceanului planetar terestru. Este adevărat că Marte este cea mai studiată planetă, după Pământul nostru, și încă de la începuturile explorării spațiului cosmic a reprezentat o atracție cu totul deosebită.

Nu numai pentru inginerii de astăzi: Giovanni Schiaparelli se uită în 1877 printr-un telescop și-i descoperă continentele și mările uscate, dar și celebrele canale care alimentează imaginația bogată a lui Percival Lovell și H.G. Wells. Ne-am lămurit între timp că celebrele canale ale lui Schiaparelli nu sunt locuite de marțieni, dar astăzi continuăm să căutăm marțieni în solul sau subsolul planetei.

Dar și răspunsuri la întrebările care ne macină, din momentul în care am înțeles că Pământul nu e centrul universului: suntem singuri? De unde venim? Este posibil ca omenirea de astăzi să provină din forme de viață marțiene, ajunse pe Pământ acum miliarde de ani, printr-un accident cosmic, la bordul unor meteoriți marțieni? Și, dacă așa stau lucrurile, ne vom găsi vreodată strămoșii marțieni, chiar și dacă aceștia sunt astăzi niște bacterii adaptate mediului aspru de acolo?

Marte este o planetă vecină, oarecum similară cu Pământul nostru și care, în trecut, a fost și mai asemănătoare, cu mări și oceane și o atmosferă ospitalieră. Ce s-a întâmplat cu Marte, de ce a devenit un uriaș deșert și se poate repeta acest scenariu și cu Pământul nostru? Astăzi știm că, dintr-un motiv nu foarte clar, câmpul magnetic al lui Marte a dispărut.

Nucleul din fier topit a încetat să se mai rotească, așa cum se întâmplă astăzi în cazul Pământului. Fără scutul magnetic al planetei generat de un dinam planetar, vânturile solare au spulberat încet, dar sigur, atmosfera, mai ales că gravitația marțiană, mai slabă decât cea de pe Pământ, nu a putut opune prea multă rezistență. Fără atmosferă, apa de la suprafață se evaporă sau sublimează și planeta devine un întreg deșert rece, unde temperaturile ajung la peste 20 de grade Celsius doar în jurul ecuatorului, în lunile de vară, însă presiunea atmosferică este de 100 de ori mai rarefiată decât pe Pământ.

Știm toate acestea și multe altele datorită senzorilor de la bordul sondelor interplanetare trimise spre Planeta Roșie. În prezent avem nu mai puțin de 6 sonde care roiesc în jurul planetei și care au instrumentele științifice îndreptate spre suprafața marțiană și antenele spre Pământ:

• 2001 Mars Odyssey — în prezent cea mai longevivă sondă marțiană
• Mars Express — sonda europeană lansată în 2003 și care încă este funcțională
• Mars Reconnaissance Orbiter — lansată în 2005 și care continuă să ne încânte cu imagini de înaltă rezoluție ale suprafeței marțiene
• Mangalyaan — sonda indiană lansată în 2013
• MAVEN — sondă marțiană americană, ajunsă pe orbita lui Marte tot în 2013, dedicată studiului atmosferei planetei
• TGO — cel mai nou satelit european, ajuns pe orbita lui Marte în octombrie 2016

Pe lângă aceste sonde, mai avem și doi roboți aflați în mișcare pe suprafața lui Marte:

• Opportunity — venerabilul rover lansat în 2003, care continuă să funcționeze în ciuda condițiilor meteo nefavorabile
• Curiosity — un rover mai mare, mai modern, practic un laborator mobil aflat pe planeta Marte.

EXOMARS, ÎNTRE NASA ȘI ROSCOSMOS

Prezența europeană pe Marte este una modestă. În afară de Mars Express (venit pe Marte împreună cu Beagle-2, care însă, odată ajuns pe suprafața planetei, a refuzat să mai comunice), europenii nu au alte unelte pentru investigarea independentă a Planetei Roșii. Așa s-a născut necesitatea unei misiuni europene, dar, pentru că expertiza, lansatoarele și fondurile europene erau limitate, au fost căutați parteneri pentru această nouă misiune marțiană.

În prima fază a proiectului, un rover și un lander (o platformă staționară) urmau să fie lansate în 2011 cu ajutorul unei rachete rusești Soyuz. ESA se reorientează ulterior spre NASA, cu care se semnează un acord de colaborare în 2009. Misiunea este regândită pentru a se potrivi cu noile lansatoare Atlas V care urmau să fie folosite. Peste trei ani însă, NASA se retrage și ESA își regândește misiunea pentru a putea fi folosit lansatorul european Ariane 5.

Dar între timp se reorientează spre Rusia, care este dispusă să ofere două lansatoare Proton-M pentru cele două faze ale misiunii, dar și o serie de instrumente, lărgind astfel spectrul științific al misiunii. Actuala configurație a misiunii a fost stabilită în 2012 și reprezintă varianta finală la care s-a ajuns, în urma unui acord între ESA, parteneri ai acesteia din Europa și structuri de cercetare din Rusia.

Misiunea din 2016 consta dintr-un satelit (Trace Gas Orbiter — TGO), care urma să se plaseze pe o orbită eliptică în jurul lui Marte, respectiv un lander (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module — EDM, denumit și Schiaparelli), urmând ca în 2018 să ajungă și un rover, capabil să foreze câțiva centimetri în solul marțian, dotat însă și cu instrumente dedicate căutării formelor de viață trecute sau prezente pe Planeta Roșie.

Proton este un lansator rusesc de calibru greu, capabil să lanseze pe orbită terestră joasă peste 20 de tone (sau 6 tone spre orbita geostaționară), comparabil cu Ariane 5, dar cu câteva tone mai prejos decât Delta IV Heavy. Derivat din racheta intercontinentală UR-5000 (capabilă să transporte încărcături de 100 megatone pe distanțe de peste 10.000 km), Proton este folosit ca propulsor, într-o formă sau alta, din 1965, existând trei iterații: Proton, Proton-K și, cea mai recentă, Proton-M, folosită din 2001.

Proton-K a fost retrasă din uz în 2012. Din peste 360 de lansări, Proton a suferit 47 de eșecuri, având parte de patru lansări eșuate în ultimii 5 ani. Însă Proton a fost calul de cursă lungă pentru programul spațial sovietic și rusesc, urcând pe orbită stațiile Salyut 6 și Salyut 7 și contribuind din greu la asamblarea MIR și a Stației Spațiale Internaționale, la cea din urmă lucrând cot la cot alături de naveta spațială americană.

Înaltă de 53 de metri, Proton-M constă din trei trepte, toate cu combustibil lichid. Eforturile pentru construirea noului lansator rusesc Angara au încetinit dezvoltarea în continuare a rachetei Proton, care probabil va fi retrasă din uz în anii 2020, după ce Angara se va dovedi o variantă mai versatilă și mai ieftină. Pentru ExoMars a fost folosită varianta Proton-M cu treapta superioară Briz-M, una dintre cele mai folosite variante în ultima perioadă.

ATMOSFERA MARȚIANĂ ȘI METANUL

Interesul satelitului european TGO ținea în primul rând de metanul prezent în atmosfera marțiană. Asta pentru că sateliții aflați deja pe orbita lui Marte au detectat zone în care concentrația de metan variază sezonier, iar acesta este un fapt surprinzător. MAVEN, cea mai recentă sondă NASA care a ajuns pe orbita lui Marte, investighează și ea aceste concentrații variabile de metan.

Metanul aflat în atmosfera marțiană nu poate supraviețui prea mult: el se descompune sub acțiunea radiației ultraviolete provenite de la Soare și, conform modelelor pe care le avem în prezent, metanul din atmosfera lui Marte nu ar trebui să reziste mai mult de 600 de ani, ceea ce reprezintă un interval de timp foarte scurt dacă îl privim prin perspectiva scării geologice.

Asta înseamnă că există mecanisme care alimentează cu metan atmosfera marțiană. Una din ipotezele luate în lucru ar fi anumite procese metabolice, cu atât mai mult cu cât variațiile metanului sunt sezoniere. Iată că, pe lângă locurile bogate în apă, un important punct de plecare în căutarea vieții marțiene o reprezintă și zonele bogate în metan.

În 1976, două sonde Viking identice au ajuns pe Marte pentru a căuta urme de viață. Mai precis, pentru a căuta compuși organici în solul marțian. Din cele trei experimente derulate pe suprafața planetei, unul a oferit rezultate care sunt dezbătute și astăzi. Nu a oferit un rezultat pozitiv clar, dar nici unul negativ, care să infirme prezența compușilor organici în probele analizate. Din varii motive: ori experimentul a mers prost din motive tehnice; ori a avut loc o contaminare de pe Pământ; ori substanțele organice aparent identificate nu au legătură cu viața; ori viața pe Marte există, dar, înainte să afirme acest lucru, oamenii de știință au nevoie de dovezi mult mai solide. ExoMars speră să poată rezolva acest mister, care dăinuie de 30 de ani.

Aici, viitoarele rovere ar putea găsi bacterii care elimină metan în urma proceselor metabolice sau, în cel mai pesimist caz, roci marțiene care, în anumite condiții, pot elimina suficient metan în atmosferă pentru a fi detectat de pe orbită. Dacă pe Pământ există bacterii descoperite la câțiva kilometri adâncime, de ce nu ar fi supraviețuit astfel de forme de viață și pe Marte?

Dar există și posibilitatea (mult mai plictisitoare, ce-i drept) ca metanul găsit în regiuni precum Terra Sabae, Nili Fossae sau Syrtis Major să fie produs în urma proceselor chimice din roci, prin oxidarea fierului, prin reacția Sabatier sau din vechii vulcani marțieni, metan acumulat timp de milioane de ani în pungi subterane, care își găsește în prezent drumul spre atmosferă.

Pe Pământ, unul din markerii vieții îl reprezintă izotopii ușori de carbon din metan, pentru că viața preferă carbon-12 sau carbon-13 din cauza energiei mai scăzute pentru a forma legături chimice complexe. Dacă am măsura suficient de exact raportul izotopic din metanul găsit pe Marte și rezultatul ar fi similar cu cel de pe Pământ, am putea spune că există șanse suplimentare pentru ca originea lui să fie biologică.

TRACE GAS ORBITER (TGO)

Obiectivele științifice ale satelitului sunt în număr de trei, din care cel mai important este caracterizarea detaliată a atmosferei marțiene prin prisma compoziției acesteia. Trebuie notat că instrumentele de la bord sunt de câteva ordine de mărime mai sensibile decât cele trimise până acum spre Marte, așa că rezultatele vor fi cu adevărat spectaculoase prin calitatea acestora.

Vor fi în primul rând detectate gazele nobile din atmosfera marțiană și apoi cartografiată compoziția acesteia în funcție de anotimpuri. Un aspect important al acestui obiect va fi și identificarea aerosolilor, a vaporilor de apă și a ozonului prezent în atmosferă, ceea ce va permite echipei de cercetători să își îmbunătățească modelele de dinamică atmosferică, pentru a putea găsi mai precis originea la suprafața planetei a anumitor compuși din atmosferă (metan, în primul rând).

Un al doilea obiectiv este identificarea pe suprafața planetei a structurilor geologice care au legătură cu emisiile de metan și alte gaze, iar acest lucru se va realiza prin cartografiere. Al treilea obiectiv își propune detectarea rezervelor de apă cu o rezoluție de zece ori mai bună decât s-a reușit până acum.

Două dintre cele patru instrumente de la bordul satelitului care a ajuns în octombrie pe orbita marțiană sunt contribuții ale Rusiei. Este vorba despre ACS (Atmospheric Chemistry Suite) — un set de trei spectrometre în infraroșu pentru studiul structurii atmosferei marțiene, respectiv FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector) — un spectrometru cu neutroni care va cartografia distribuția hidrogenului pe suprafață până la adâncimi de un kilometru, punând astfel în evidență rezervele de apă subterană de pe Marte.

Celelalte două instrumente de la bord sunt colaborări internaționale: NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) — un instrument compus din trei spectrometre, două în infraroșu și unul în ultraviolet, pentru identificarea compușilor din atmosferă, în special pentru detectarea metanului, respectiv CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) — o cameră de înaltă rezoluție pentru cartografierea lui Marte, pentru a corela datele obținute de NOMAD și ACS cu regiunile corespunzătoare de la suprafața planetei.

LANDERUL SCHIAPARELLI

Entry Descent and Landing Demonstrator (EDM sau Schiaparelli) a fost un lander de 600 de kilograme, care a călătorit împreună cu TGO. Cu trei zile înainte de a ajunge pe orbită, acesta s-a decuplat de TGO și a plonjat cu 21.000 km/h prin atmosfera lui Marte, spre suprafața planetei. La o altitudine de 11 kilometri, o parașută trebuia să frâneze landerul, a
cărui viteză urma să fi scăzut deja la 1.650 km/h.

Alături de parașută urma să fie activat și un sistem retroprolusor care, la 2 metri de sol și o viteză de 11 km/h, după ce radarul de la bord ar fi identificat un loc unde să poată avea loc amartizarea, trebuia să fie dezactivat pentru a permite landerului să atingă solul. Din păcate, acest sistem retropropulsor nu a funcționat corect, iar Schiaparelli a căzut liber, de la circa 2 kilometri și cu 300 km/h, spre suprafața planetei, marcând astfel un eșec.

TGO trebuia să intermedieze comunicația dintre Schiaparelli și echipa de pe Terra pentru cel mult 4 zile marțiene, cât era prevăzut să funcționeze. Spre deosebire de roverele americane, Schiaparelli nu avea nici panouri solare și nici sursă radioactivă pentru a genera electricitate, ci trebuia să folosească doar bateriile din dotare, care nu erau prevăzute cu un mecanism de încărcare, deci ele ar fi determinat perioada de timp în care landerul trebuia să fie activ.

Trebuie notat că nu era vorba despre un rover, Schiaparelli fiind gândită doar ca o platformă staționară, imobilă, care să colecteze date din locul în care ajungea și se voia doar un precursor al unei misiuni viitoare mult mai ambițioase, undeva după 2020, care își propune să colecteze probe de pe Marte și să le aducă înapoi pe Pământ. A fost a doua tentativă europeană (nereușită) de a plasa controlat un lander pe Marte, după nefericita misiune Beagle-2.

Cu toate că nu era prevăzut pentru a funcționa prea mult timp, Schiaparelli avea câteva instrumente științifice la bord și urma să profite la maximum de perioada petrecută pe Marte. Astfel, DREAMS (Dust Characterisation, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface) se spera că va fi o adevărată stație meteorologică și că va măsura, printre altele, viteza și direcția vântului, umiditatea, temperatura, presiunea atmosferică, precum și alți parametri atmosferici.

EXOMARS, PARTEA A II-A

În 2018 va fi lansată spre Marte a doua parte a misiunii ExoMars, tot la bordul unei rachete rusești Proton. Un rover european și o platformă staționară vor călători 9 luni spre Marte și vor folosi pentru a comunica cu Pământul satelitul TGO, care se va afla tot pe orbita Planetei Roșii. Amartizarea va avea loc într-o zonă aleasă în urma datelor culese în acești doi ani de satelitul TGO, care își va încheia misiunea științifică până atunci și va fi folosit din 2018 doar ca un releu de comunicație între sondele de la suprafață și Pământ.

Platorma staționară, dezvoltată în totalitate de cercetătorii ruși, va fi folosită pentru a evalua condițiile de la suprafața planetei din regiunea amartizării și va fi dotată cu nu mai puțin de 17 instrumente științifice. Roverul european este prevăzut cu 9 instrumente științifice, dar și o foreză care va putea preleva probe de la o adâncime de până la 2 metri, o premieră în analizele efectuate in-situ pe Marte, cercetătorii sperând să găsească mai multe indicii despre prezența vieții la această adâncime, unde eventualele microorganisme sunt ferite de radiațiile cosmice și razele ultraviolete de la suprafața planetei.

MARTE, TRECUT ȘI VIITOR

ExoMars este o misiune ambițioasă, chiar dacă travaliul în urma căruia s-a concretizat a fost unul lung și anevoios, iar prima parte s-a soldat cu un eșec (ce-i drept, pe jumătate). Este important că, până la urmă, o astfel de misiune europeană a prins contur și a plecat la drum pentru a ne oferi un răspuns pe care omenirea îl caută de când a început să-și pună întrebări: suntem singuri în Univers?

Nu știm dacă ExoMars va găsi viață pe Marte, nu știm dacă urmele de viață vor indica prezența acesteia în trecutul geologic al planetei sau viața se încăpățânează să reziste în condițiile extreme prezente pe planeta vecină. Ce știm cu siguranță este că ExoMars reprezintă încă un pas în direcția explorării ultimei frontiere și eu mă bucur că această misiune este în principal una europeană.

Iar, dacă nu va mai întâmpina probleme, va fi probabil cea mai importantă misiune de explorare din istoria omenirii de până acum.

Claudiu Tănăselia

Claudiu Tănăselia este fizician, doctor în fizică din 2014 (titlu obținut la Universitatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca), cercetător științific la INCDO INOE2000 ICIA Cluj-Napoca și pasionat al explorării spațiului cosmic, contribuind lunar, din 2011,  la rubrica de spațiu a revistei Știință&Tehnică. Prin site-ul său (parsec.ro), newslettere, podcasturi și sute de prezențe în emisiuni radio și TV, el încearcă să aducă spațiul cosmic mai aproape de Pământ și să povestească oricui este dispus să-l asculte despre ce se întâmplă pe orbita Pământului și dincolo de ea, pe Lună, pe Marte, sau în galaxii îndepărtate.