OPERACIJA FOBOS

Zvečer 20. oktobra po lokalnem času je iz vesoljskega središča Tanegašima japonske vesoljske agencije JAXA poletela zanimiva vesoljska sonda. Objekt, velik kot avtomobil, je namenjen v Marsov sistem; ko bo prispel, bo obkrožil planet, nato pa pristal na nad njim lebdečem skalnatem telesu z neravno površino. In tam se bo začela prava drama. Današnje obdobje raziskovanja vesolja bi lahko imenovali tudi doba »ropanja«, saj sta ZDA in Japonska v zadnjih letih z več asteroidov zbrali material v misijah tipa »zgrabi in beži«. Tudi Kitajska bo prihodnje leto z asteroida prinesla vzorce, potem ko je pred kratkim opravila prvo vzorčenje na oddaljeni strani Lune.

Japonska misija MMX za raziskovanje marsovih lun, vredna 350 milijonov dolarjev, pa je še drznejša: poleti k Fobosu, eni od dveh majhnih, razjedenih Marsovih lun, in to ne enkrat, ampak dvakrat pristane na nebesnem telesu, velikem kot mesto. Z dvema novima napravama za vzorčenje namerava MMX zbrati več žlic materiala in ga leta 2031 vrniti na Zemljo.

pravi Matija Cúk z inštituta SETI.

Že nekaj gramov materiala lahko razreši uganko izvora Fobosa, morda pa tudi vprašanja o izvoru njegovega manjšega spremljevalca Deimosa. Strokovnjaki so glede tega, ali sta luni ujeta asteroida ali sta nastali iz snovi, ki je bila ob davnem trku na Marsu izstreljena v vesolje, neenotni. Ne glede na izvor naj bi po mnenju raziskovalcev misije MMX vsebovali tudi majhno količino marsovega materiala. »To torej ne bo zgolj misija vzorčenja Fobosa, ampak se bo nanašala tudi na Mars,« pravi Kris Zacny, podpredsednik podjetja Honeybee Robotics, ki je izdelalo eno od naprav za vzorčenje misije MMX.

Morda približno 1 % materiala, ki ga bo zbral MMX, izvira z Marsa, pravi Kiyoshi Kuramoto, planetolog z univerze Hokkaido in vodja mednarodne ekipe več deset strokovnjakov v misiji. Marsov material ponuja vpogled v zlato dobo planeta pred milijardami let, ko je bil še toplejši in vlažnejši. Če bo imela ekipa izjemno srečo, lahko vzorci vsebujejo celo dokaze o življenju. »Obstaja možnost, da talni vzorci vsebujejo tudi kemične sledi biološke aktivnosti,« pravi Kuramoto.

Pot do Fobosa pa ne bo lahka. Tri ruske poskuse v to smer so spremljali neuspehi, tudi edina prejšnja japonska misija na Mars ni uspela, saj se je sonda pokvarila in ni dosegla srečanja s planetom. Če temu dodamo skoraj zanemarljivo težnost Fobosa, negotov teren in nevarnosti vzorčenja, je jasno, da je MMX doslej najbolj ambiciozna in najnevarnejša misija agencije JAXA. »Odpravljamo se v nov svet, ki presega našo domišljijo,« pravi Yuichi Tsuda, namestnik generalnega direktorja inštituta za vesoljsko in astronavtsko znanost (ISAS), ki misijo vodi in izvaja.

Grižljaji preteklosti

Wataru Fujiya, kozmokemik z univerze Ibaraki, se z ljubeznijo spominja trenutka, ko je na univerzi v Tokiu prvič držal v rokah meteorit: relikt, star 4,6 milijarde let, torej tako star kot sama Zemlja. »Bilo je zelo očarljivo in ganljivo,« pravi. Meteoriti so nedvomno čudoviti, vendar nepopolni sporočevalci, saj nanje vplivata ognjeni padec skozi ozračje in zemeljska onesnaženost. Strokovnjaki zato želijo čistejše vzorce, in to neposredno iz vira večine meteoritov: z asteroidov, ki so v bistvu časovne kapsule zore osončja.

JAXA je že dokazala, da je takšne vesoljske fosile sposobna pridobiti. Leta 2010 in 2020 sta bili njeni sondi Hayabusa prvi, ki sta na Zemljo vrnili vzorce asteroidov, majhne količine z asteroidov Itokawa in Ryugu. Kot vodja ekipe za analizo vzorcev MMX Fujiya goji še veličastnejše načrte. Upa, da bo čez pet let v sterilnem laboratoriju preučeval zrnca s tuje lune. Kakšne zgodbe bodo skrivala? Fujiyeva največja želja je, da bodo odgovorila na vprašanje izvora Fobosa.

Ne Fobos ne Deimos laiku nista posebej privlačna cilja. Telesi nepravilnih oblik imata premer le 22 oziroma 12 kilometrov, njuni dnevi pa so šteti. Deimos se postopoma izmika Marsovi gravitaciji, Fobos pa se planetu vse bolj približuje. Čez približno 100 milijonov let bodo plimske sile Fobos raztrgale, na njegovem mestu pa bo ostal le prašen obroč. A strokovnjake očara že sam obstoj lun. »Zakaj ima Mars dve tako nenavadni majhni luni?« se sprašuje Tom Statler, raziskovalec agencije NASA, ki sodeluje v misiji MMX.

Ena od teorij pravi, da sta telesi nastali podobno kot Zemljina Luna. Po tej domnevi je v preteklosti v Mars treščil velik asteroid in v vesolje izvrgel drobce, od katerih so se nekateri v orbiti zbrali in tvorili Fobos in Deimos. Za to bi zadostovalo trkalno telo s premerom nekaj sto kilometrov, takšni trki pa so bili v viharni zgodnji dobi osončja pogosti. Nekateri raziskovalci imajo še močnejši argument: isti ogromni trk, ki je izdolbel obsežno Marsovo severno nižino, bi lahko ustvaril tudi drobce, iz katerih sta nastali luni.

Ni pa jasno, zakaj sta nastali dve majhni luni in ne ena večja, kot se je zgodilo pri Zemlji. Ko je sonda Viking agencije NASA v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja posnela prve posnetke Fobosa in Deimosa od blizu, je bila kemična sestava njune površine bolj podobna površini nekaterih asteroidov kot Luninemu površju.

A tudi to bi bilo precej čudno, pravi Olivier Barnouin, planetolog z laboratorija za uporabno fiziko univerze Johns Hopkins (JHUAPL), ki sodeluje v misiji. Mars z desetino Zemljine mase ne bi zlahka ujel hitro gibajočega se asteroida, kar po razpoložljivih podatkih ni uspelo niti Zemlji niti Veneri.

Tir ujetih asteroidov bi verjetno imel naklon, ki ustreza tistemu, s katerim so prvotno preleteli Mars. Marsovi luni pa namesto tega krožita po skoraj krožni orbiti okoli Marsovega ekvatorja, zaradi česar je veliko verjetneje, da gre za posledice velikanskega trka. »Stavil bi ves svoj denar in hišo, da nista ujeta asteroida,« pravi Cúk. Kuramoto se nasmeje in pove, da se trudi ostati nevtralen: »Menim, da je možnost, da je teorija o ujetju pravilna, 50-odstotna.«

Tekmovalne teorije

Nekateri raziskovalci glavni hipotezi izpopolnjujejo, da bi oblikovali verjetnejše različice. Jacob Kegerreis, planetolog z Imperial College London, s simulacijami skuša dokazati, da bi se asteroid, namesto da bi bil ujet nepoškodovan, zaradi Marsove težnosti razlomil na kose in se spremenil v obroč drobirja. Njegovi kosi bi se nato znašli na enako urejenih ekvatorialnih orbitah, kot jih napoveduje hipoteza o trku.

Cúk in drugi si predstavljajo večkratno raztrganje, ki bi lahko pojasnilo majhnost Fobosa. V tem scenariju se je večja prvotna luna, ki je lahko izvirala iz ujetega asteroida ali trkalnega drobirja, preveč približala Marsu in se razletela v obroč drobirja. Del je padel na Mars, preostanek pa se je preoblikoval v manjšo luno. Ta cikel se je lahko ponovil večkrat. »Nenehno se je reciklirala v vse manjše in manjše lune,« pravi Cúk. Če je tako, mora biti površina Fobosa mlada in komaj kaže znake dolgotrajne izpostavljenosti kozmičnemu sevanju, ki spreminja kamnine.

pravi Abigail Fraeman, planetologinja z Laboratorija za reaktivni pogon agencije NASA in članica ekipe MMX. Edini način, da pridemo do resnice, je, da odpotujemo tja in vzamemo vzorce Fobosa, dodaja strokovnjakinja. Obe teoriji o izvoru dajeta zelo različne napovedi o tem, kaj bi lahko našel MMX.

»Če bi se pokazalo, da je Fobos večinoma iz marsovega materiala, bi šlo v osnovi za velikanski trk,« pravi Kegerreis. Pri takšnem trku bi hlapljive snovi, kot je voda, izhlapele, kamnine pa bi se v trenutku stalile. V tem primeru bo MMX našel izsušen, steklast kos lave, ki je potencialno bogat z bazaltnimi minerali, kot so olivin, piroksen in plagioklaz.

Izvrženi material proto-Fobosa verjetno vsebuje tudi minerale, ki so kristalizirali pri skrajnih temperaturah in tlakih, kar bi raziskovalcem lahko omogočilo rekonstrukcijo kaotičnih razmer trka. V material so se lahko zmešali tudi drobci prvotnega trkalnega telesa. Če jih najdemo, se lahko pokaže, ali je bil kozmični »napadalec« kamniti asteroid ali ledeni komet. Radioaktivni elementi v mineralih, nastalih ob trku, pa lahko služijo kot ura, s katero je mogoče določiti čas trka.

Če pa je bil Fobos prej asteroid, bo prvotni vir zelo daleč od Marsa, pravi Mizuho Koike, kozmokemičarka z univerze Hirošima in članica ekipe MMX za analizo vzorcev. Po videzu mnogi strokovnjaki menijo, da Fobos spominja na ogljikov hondrit, torej vrsto meteoritov, bogato z ogljikom, ki predstavlja nekatere najprimitivnejše asteroide v osončju. Če je tako, lahko MMX najde glino, karbonate in organske snovi. V njegovem materialu bi bilo mogoče odkriti tudi spojine, pomembne za življenje, med njimi sladkorje, karboksilne kisline in aminokisline.

Marsovo ogledalo

Asteroid iz zunanjega dela osončja bi verjetno s seboj prinesel tudi hlapljive snovi, med njimi vodo z devterijem, redkim izotopom vodika. Ker se razmerje med devterijem in vodikom v različnih delih osončja razlikuje, lahko njegova meritev v vzorcih Fobosa razkrije izvor lune, morda pa tudi osvetli, kako sta voda in predbiotične snovi prispeli na zemeljske planete.

Za razliko od razmerij v Zemljini vodi, ki so jih geološki in biološki procesi skozi tisočletja spremenili, je Fobos v tem pogledu lahko razmeroma neokrnjen in tako ponuja jasnejšo sliko virov prvotne vode planetov. Marsovi luni v prehodnem pasu med notranjim in zunanjim osončjem ponujata dokaz, kakšne snovi so lahko prepotovale to pot, pravi Yasuhiro Kawakatsu, vodja projekta MMX pri ISAS.

Danes planet redno obstreljujejo majhni asteroidi in v vesolje mečejo drobce, podobne konfetom. Ti občasno padejo tudi na Fobos, saj luna kroži le 6000 kilometrov nad površjem planeta, kar je manj kot tretjina razdalje satelitov GPS okoli Zemlje. Manjši trki asteroidov so sčasoma Fobosu verjetno dodali novo marsovo »plast barve«. Ta plast lahko vsebuje marsove snovi izpred več milijard let, ko je bilo Marsovo podnebje milejše in bogatejše z vodo, pravi Fujiya, in lahko tako osvetli razvoj Marsa, morda pa tudi nekdanjo prisotnost življenja.

To MMX naredi nekakšna »stranska vrata«: sonda je lahko poceni način za vrnitev marsovih vzorcev, ne da bi dejansko pristali na Marsu. Od leta 2021 vozilo Perseverance agencije NASA skrbno izbira in shranjuje vzorce kamnin, da bi jih nazadnje v okviru druge misije vrnili na Zemljo. Ambiciozen, 11 milijard dolarjev vreden načrt agencije NASA za vrnitev teh vzorcev pa je naletel na tehnične in finančne težave. Letos zgodaj je NASA program dejansko odpravila, zato je vse manj verjetno, da bi se v bližnji prihodnosti uresničil.

Čeprav bo marsovim zrncem, najdenim na Fobosu, manjkal kontekst vzorcev vozila Perseverance, bo ekipa MMX morda lahko del najmlajšega materiala izsledila do nekaj razmeroma svežih Marsovih udarnih kraterjev, pravi Kuramoto. Trki so lahko iz globljih plasti izvrgli tudi material iz Marsove preteklosti. Če je na Marsu kdaj bilo življenje, se je morda umaknilo v podzemna zatočišča, ko je planet presahnil in postal z obsevanjem obremenjena, zmrznjena puščava. Za Lily Zhao, pravkar diplomirano doktorando na univerzi Johns Hopkins, ta scenarij odpira vznemirljivo možnost: so trki Fobos morda posuli ne le z marsovim materialom, ampak tudi s sledmi marsovskega življenja?

Da bi ugotovila, ali bi mikrobi takšno potovanje lahko preživeli, je Zhao bakterijo Deinococcus radiodurans, trdoživo in odporno proti izsušitvi ter intenzivnemu sevanju, izpostavila udarnemu valu ob trku asteroida. S projektilom je izstrelila dve jekleni plošči in ju stisnila skupaj z vmes položenimi mikrobi, in sicer s tlakom, podobnim tistemu ob trku asteroida. Pričakovala je, da bodo bakterije uničene.

A nekatere so vendarle preživele, celo pri vršnem tlaku, 30-krat večji od tlaka na dnu najgloblje oceanske jame. Na koncu se je poskusni top razletel prej, kot bi uničil mikrobe. Če so davni trki res izvrgli kakšne mikrobe, ki so iskali zavetje globoko v marsovi skorji, so lahko preživeli nenadno potovanje na Fobos, kjer so morda do danes ostali zakopani. »Če so vsi pogoji ustrezni, se mi zdi to povsem mogoče,« pravi strokovnjakinja.

Zapleten urnik

MMX bo Mars dosegel po enoletnem potovanju, nato pa bo odvrgel modul s pogonom. Raziskovalni modul bo nato zavzel posebno, navidezno satelitsko orbito okoli Fobosa in ga izmeril na daljavo. Laserski višinomer bo kartiral njegovo površino, infrardeči spektrometer pa bo razkril minerale ter iskal organske spojine in vodo.

Drug instrument, MEGANE, ki so ga razvili raziskovalci JHUAPL in Nacionalnega laboratorija Lawrence Livermore, išče zgodnje sledi izvora lune. MEGANE, kratica za Mars-moon Exploration with GAmma rays and NEutrons, kar je tudi japonsko ime za očala, se opira na vseprisotno galaktično kozmično sevanje. Ti nabiti delci, ki švigajo iz eksplodirajočih zvezd, ob trku ob površino razbijejo atomska jedra, pravi David Lawrence (JHUAPL), vodilni raziskovalec instrumenta MEGANE. Razletela jedra oddajajo nevtrone in žarke gama, ki jih je mogoče zaznati od daleč, njihova energija in pogostost pa odražata elementarno sestavo površja.

Obilje vodika, natrija in klora lahko pomeni, da Fobos vsebuje hlapljive snovi, kar je značilnost ujetega asteroida. Če pa MEGANE zazna nizko razmerje med železom in silicijem, ki ga opazimo tudi v nekaterih marsovih meteoritih, lahko to nakazuje velikanski trk.

In potem so tu še kamere. Dve kameri izjemne ločljivosti, razviti v sodelovanju z japonsko javno radiotelevizijo NHK, bosta Fobos posneli v kakovosti 4K in 8K ter razkrili vse njegove vidne posebnosti v izjemnih podrobnostih. »Želimo, da bi ljudje videli marsovi luni in Mars, kot ju še niso videli, in da bi čutili, da so to pot opravili skupaj z nami,« pravi Kawakatsu.

Podrobnejše posnetke bo naredil manjši spremljevalec misije MMX, Idefix. Preden bo MMX pristal, bo priletel blizu lune, odprl loputo in spustil 25-kilogramsko vozilo, ki so ga razvili francoski in nemški partnerji agencije JAXA. »To je velika mikrovalovna pečica na kolesih,« se pošali Julien Baroukh, vodja projekta Idefix pri CNES, francoski nacionalni vesoljski agenciji. Seveda je to veliko več: vozilo je opremljeno s kamerami, spektrometrom za raziskovanje mineralov in zmožnostmi avtonomne vožnje. Njegova naloga je, da pred MMX izvidi teren, oceni, ali je površje trdo ali rahlo, gladko ali nevarno, in prepozna geološko zanimive lokacije.

Za to mora vozilo najprej uspešno pristati. MMX bo Idefix izpustil manj kot 100 metrov nad površjem in ga pustil, da pade. Šibka težnost Fobosa, ki znaša manj kot 0,1 % zemeljske, pomeni, da bo padec blag, a prav zaradi nizke težnosti je vozilu težko pristati, ne da bi se nagnilo ali odskakovalo.

pravi Kawakatsu.

Če pristanek ne bo uspešen, lahko vdolbina, ki pri tem nastane na površini lune, prav tako ponudi informacije o njenih lastnostih, zato je to nekakšna tolažilna nagrada. Če bo Idefix manever preživel in ostal gibljiv, bo približno 100 dni raziskoval Fobos in agenciji JAXA pomagal pri odločitvi, kam naj pristane MMX.

Skrivnosti površja

Izbira ni le v tem, da se izognejo nevarnim terenom, ki bi lahko poškodovali ali prevrnili MMX. Površje Fobosa ni enakomerno: skozi nekatere spektralne filtre je videti lisasto, z rdečkastimi in modrikastimi območji, katerih sestava se lahko razlikuje. Ta dvojnost je lahko posledica trkov meteoritov, vesoljskega vremena ali mineralnih razlik, ki so nastale ob oblikovanju Fobosa.

Po dolgem premisleku bo JAXA MMX usmerila tako, da se bo površju približal z iztegnjenimi štirimi pristajalnimi nogami v elegantnem drsenju. Če bo ta podvig uspel dvakrat, bo MMX lahko vzel vzorce iz različnih vrst območij. Dva pristanka lahko razkrijeta še eno razliko: ker je Fobos vedno z isto stranjo obrnjen proti Marsu, je količina marsovega drobirja, ki pada na luno, lahko večja na polobli, obrnjeni proti Marsu.

Pred pristankom bosta površje preiskala senzor in robotska roka, da preverita, ali je dejansko primerno za trk. Pristanek sam namreč služi tudi zbiranju vzorcev. Površinski material, ki ga brusita kozmično sevanje in udari mikrometeoritov, je lahko podoben pesku, plast pod njim pa je verjetno trša. Da bi jo dosegli, je potrebna gibalna količina.

Hiroki Kato, inženir agencije JAXA, ki vodi to ekipo za notranje vzorčenje, imenovano ekipa C, pravi, da bo to še posebej zahtevna faza. Z lopato verjetno ni mogoče predreti želene plasti, tudi svedri se lahko zlomijo. Zato so v večletnem načrtovanju razvili nekakšno vzorčno brizgo, ki naj bi prodrla v luno in iz nje vzela material. Vzorčevalnik C bo ob vsakem pristanku naredil en poskus zbiranja približno 10 gramov materiala. Ima tri posode, tako da bo v misiji imel tudi rezervni poskus.

Ne glede na to, ali bo jedrni sveder uspel ali ne, ima JAXA še eno metodo zbiranja materiala, čeprav z njo lahko zajame le rahel pesek s površja: pnevmatski vzorčevalnik, ki ga je razvilo podjetje Honeybee Robotics, imenovan vzorčevalnik P. »To je v bistvu sesalnik,« pravi Zacny. Piha curke plina na površje, dvigne rahel material in ga usmeri v zbirno posodo. Vzorčevalnik P se je v vesolju že izkazal: ena od različic je leta 2025 poletela na lunarnem pristajalniku Blue Ghost podjetja Firefly Aerospace. A tudi to ni brez tveganj. Izpuščanje curkov plina lahko prevrne plovilo. Zato instrument plin izpušča tudi navzgor, da ostane stabilen.

Če bo MMX prvi pristanek in vzorčenje preživel, bo JAXA verjetno tvegala še drugič. MMX se bo dvignil, nato pa se v ozračju »odplavil nazaj«, da ponovno pristane na drugem delu Fobosa. Potem se bo z drobci Fobosa na krovu dvignil, da opravi zadnja opazovanja v Marsovem sistemu, med drugim večkrat preleti Deimos. Leta 2030 bodo od plovila odklopili pristajalne opore in instrumente raziskovalnega modula. S pomočjo motorjev bo povratni modul začel enoletno pot proti domu.

Če bo vse po sreči, bodo vzorci leta 2031 pristali v Avstraliji, od koder jih bodo odpeljali v laboratorij, kjer bodo v ultračisti sobi previdno odprli kapsulo. Znanstveni donos misije je lahko ogromen. Poleg izvora Fobosa se bo morda razkrilo tudi marsikaj o Marsu, tudi to, ali je kdaj gostil življenje. Vznemirjenja se torej z vrnitvijo na Zemljo ne bodo končala.