كانت إحدى الإنجازات العظيمة لبعثات أبولو هي إعادة مئات الكيلوجرامات من صخور القمر إلى الوطن. فجأة ، حصل الجيولوجيون على عينات من القمر مدى الحياة تم التقاطها من عدة مواقع مختلفة عبر القمر. تخضع هذه الصخور والغبار لتحليل مستمر منذ عودة رواد فضاء أبولو 11 إلى الوطن منذ أكثر من 50 عامًا.
وما زالوا يقومون باكتشافات.
العلماء لديهم عينات من الرياح الشمسية للشمس ، وجسيمات من ذيل مذنب ، وبضعة جرامات من كويكب ، والمزيد قريبًا.
ولكن هناك عالم واحد ، وهو محور الكثير من الدراسات العلمية ، والذي لم يتم إرجاع عينة منه أبدًا: كوكب المريخ.
وضعت وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية خططًا لإحضار عينة من المريخ إلى الوطن لعقود ، والآن ، يمكن للبعثات أن تطير في السنوات القليلة المقبلة ، وأخيراً جلبت جزءًا من الكوكب الأحمر إلى الأرض حتى نتمكن من الدراسة مباشرة.
تاريخ بعثات عودة العينات
يتم استكشاف الفضاء على مراحل. تبدأ أولاً برحلة استكشافية ، حيث تسير المركبة الفضائية في مسار سريع عبر العالم ، وتوفر مجموعة أولية من الصور والبيانات. فكر في جولة فوييجر الكبرى عبر النظام الشمسي ، أو جولة نيو هورايزونز التي تزور بلوتو.
رسم توضيحي لمسبار كاسيني. تسمح قياسات كتلة حلقات زحل التي أخذتها كاسيني للعلماء بتقدير عمر الحلقات. الصورة: NASA / JPL-Caltech
ثم تعود بمركبة مدارية ، وهي مركبة فضائية يمكن أن تبقى في مكانها لسنوات ، وتدرس سطح العالم بتفصيل كبير. تأمل في المركبة الفضائية كاسيني ، التي كانت تدور في مداراتها زحل 294 مرة ، التقط أكثر من 450.000 صورة ، وغيرت فهمنا للكواكب الحلقية إلى الأبد.
ثم تأتي مركبات الإنزال والروفر. بالطبع ، أفضل مثال على ذلك هو كوكب المريخ ، باستخدام Spirit و Opportunity ، بالإضافة إلى Curiosity ، التي التقطت معًا مئات الآلاف من الصور ، وحفرت الصخور ، وعثرت على أدلة على وجود مياه في الماضي على سطح المريخ.
صورة ذاتية تم التقاطها بواسطة Curiosity Rover التابع لناسا على سطح المريخ. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
ثم تأتي بعثات العودة عينة. هذه هي المرحلة التي جربتها وكالات الفضاء عدة مرات فقط.
بصرف النظر عن مهمة أبولو ، كانت أول مركبة فضائية تجلب عينات من الفضاء إلى الأرض هي مهمة لونا السوفيتية. في عام 1970 ، أحضر Luna 16 إلى المنزل 101 جرامًا من الثرى القمري ، تليها Luna 20 و Luna 24. على الرغم من أنهم أحضروا جزءًا بسيطًا من المواد التي أعادتها بعثات Apollo ، إلا أنها كانت من مواقع مختلفة على القمر.
كانت المركبة الفضائية التالية لإرجاع عينة إلى المنزل مهمة جينيسيس التابعة لوكالة ناسا . تم إطلاقه في عام 2001 لجمع عينات من الرياح الشمسية للشمس وإعادتها إلى الأرض.
تحطمت كبسولة إرجاع العينة من سفر التكوين في صحراء يوتا. الائتمان: ناسا / مختبر الدفع النفاث
فتحت جامعي العينات في 1 أبريل 2004 ، ثم عادت إلى الأرض في سبتمبر من نفس العام. لسوء الحظ ، فشلت مظلتها في الفتح بشكل صحيح ، وتحطمت المركبة الفضائية بقوة في صحراء يوتا.
على الرغم من الهبوط الصعب ، تمكن العلماء من استعادة عينات قابلة للاستخدام ، مما ساعدهم على اكتشاف أن الأرض ربما تكونت من مواد سديم شمسي مختلفة عن الشمس.
ثم جاء مهمة ستاردست التابعة لوكالة ناسا ، التي حلقت عبر ذيل Comet Wild 2 في يناير 2004 ، ثم أعادت كبسولة التجميع إلى الأرض بعد ذلك بعامين. أظهر تحليل هذه الجسيمات للعلماء أن المذنبات تحتوي على جسيمات طردت من الشمس في وقت مبكر من تاريخها ، وربما كان لها طريقة تشكيل مختلفة عما توقعه علماء الفلك.
آخر مهمة عودة عينة كانت مهمة Hayabusa التابعة لـ JAXA ، والتغلب على جميع أنواع الصعوبات ، بما في ذلك التعرض المباشر للوهج الشمسي ، وفقدان عجلات رد الفعل ، والفشل في نشر قافز الهبوط. ولكن بشكل لا يصدق ، تمكن مراقبو المهمة من إعادة المركبة الفضائية إلى المنزل ، مع وجود بضعة ميكروغرامات من مادة الكويكب على متنها.
مسار MASCOT عبر سطح الكويكب Ryugu. تم إعادة إنشاء المسار باستخدام بيانات من الروبوت ومن مسبار الأم Hayabusa2. يظهر ظل Hayabusa2 في أسفل اليمين. حقوق الصورة: DLR / JAXA
هناك بعثات في الوقت الحالي: Hayabusa 2 و OSIRIS-REx والتي ستجلب المزيد من عينات الكويكبات إلى الوطن لدراستها. حتى أن وكالة جاكسا تخطط للقيام بمهمة لإعادة عينة من أقمار المريخ.
إذن ماذا عن عينة مهمة العودة إلى المريخ نفسه؟
ما الذي يمكن أن نتعلمه من مهمة إرجاع عينة إلى المريخ؟
لقد تعلمنا في الواقع القليل جدًا عن جيولوجيا المريخ وغلافه الجوي نظرًا لوجود أجزاء من الكوكب الأحمر هنا على الأرض. تم تحطيمهم من المريخ من قبل اصطدام كويكب عملاق منذ ملايين السنين ، وطفوا في الفضاء ، وفي النهاية ضربوا الأرض ونجوا بشكل لا يصدق من رحلة عبر الغلاف الجوي.
منظر كريوسيتي لجبل شارب على سطح المريخ ، وهو حفرة أثرية قديمة تكشف تاريخ المريخ من خلال طبقاته الرسوبية. الائتمان: ناسا / مختبر الدفع النفاث
العلماء لديهم قطع عشوائية من المريخ ، لكنهم الآن يريدون عينة من اختيارهم. وهذا يعني إرسال عينة من مهمة الإرجاع مباشرة.
تخطط ناسا بالفعل لمهمة عودة عينة إلى المريخ منذ أوائل السبعينيات ، حتى قبل إطلاق مركبة الفضاء فايكنغ.
ال أهداف مهمة العودة سيشمل البحث عن الحياة ، ليس فقط الحياة اليوم ، ولكن الحياة الماضية ، وحتى السلائف الكيميائية للحياة.
من خلال إعادة عينات نقية من المريخ إلى الوطن ، يمكن للعلماء إجراء جميع أنواع التجارب على الثرى المريخي ، وتعريضه للماء والغلاف الجوي السميك والمغذيات لمعرفة ما إذا كان هناك أي بكتيريا نشطة. تمت محاولة هذه التجربة مع Viking ، لكن النتائج كانت غير حاسمة ولا يزال علماء الأحياء الكوكبية يجادلون بشأنها.
يمكنهم تحليل العينات تحت المجاهر القوية ، والبحث عن أي أحافير مجهرية ، أو أي مؤشر آخر على وجود حياة هناك.
قرر علماء ناسا أن المحيط البدائي على المريخ كان يحتوي على كمية من الماء أكثر من المحيط المتجمد الشمالي للأرض وأن الكوكب الأحمر قد فقد 87 في المائة من تلك المياه في الفضاء. الائتمان: NASA / GSFC
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للعلماء فهم تاريخ سطح المريخ ، وكيف تأثر بالمياه على مدى ملايين السنين.
يمكن إرجاع العينات من بعض المواقع الأكثر إثارة للاهتمام ، مثل رواسب البحيرات والرواسب حول الفتحات الحرارية المائية ودلتا الأنهار القديمة.
يمكنهم إحضار عينات من ضربات النيزك الحديثة والقديمة ، والانفجارات البركانية ، والمناطق التي تعرضت للرياح لفترة طويلة.
يمكنهم أيضًا دراسة التاريخ طويل المدى للمريخ على مدى مليارات السنين ، لمحاولة فهم متى حدثت تغيرات كبيرة في الكواكب لجعل الكوكب باردًا وجافًا. متى استقر قصف الكويكب؟
يمكنهم حتى أخذ عينات من النيازك التي تناثرت على سطح المريخ ، وأخذ عينات من عوالم أخرى في نفس الوقت.
نيزك حديدي على سطح المريخ. الائتمان: ناسا / مختبر الدفع النفاث
من الأفضل إرسال هذه العينات إلى المنزل قبل أن تطأ قدم الإنسان الأول على سطح المريخ. نحن نعلم بالفعل أن هناك مواد كيميائية سامة في الثرى المريخي ، ولكن ماذا عن الغبار الذي يترسب من الغلاف الجوي؟ هل ستكون مخاطرة إذا استنشقها رواد الفضاء؟ ماذا عن المواد التي هي أعمق تحت السطح؟
من خلال دراسة هذه المادة ، سيتمكن العلماء أيضًا من فهم مدى جودة حياة رواد الفضاء على الأرض. لاستخدام الثرى لمواد البناء وزراعة النباتات. وكذلك تكسيرها كيميائيا لمختلف الخامات.
هل أجزاء مختلفة من المريخ أكثر فائدة من غيرها؟
خطط مهمة عودة عينة المريخ
واحدة من أولى الخطط لعينة مهمة العودة إلى المريخ كانت تسمى جمع العينات للتحقيق في المريخ (أو SCIM) . ستكون هذه مهمة غير مكلفة نسبيًا من فئة الاستطلاع والتي من شأنها أن تطير عبر الغلاف الجوي للمريخ بارتفاع يصل إلى 40 كم ، وتجمع الغبار والغازات الجوية.
سيكون هذا مرتفعًا بدرجة كافية حتى لا يتم التقاط المركبة الفضائية بواسطة المريخ. ثم ستعيد العينات إلى الأرض. من خلال دراسة هذه العينات ، يمكن للعلماء مطابقة عينة الغلاف الجوي مع الغازات الموجودة في صخور المريخ للتأكد من أنها جاءت من الكوكب الأحمر. سيكونون قادرين على دراسة غبار المريخ عن قرب ، كما تعلمون ، الغبار الذي يمكن أن يشكل عواصف على مستوى الكوكب قادرة على إنهاء مهمات المركبة الجوالة ، ويمكن أن تشكل خطرًا على رواد الفضاء في المستقبل.
صور مقارنة للمريخ التقطها هابل (على اليسار) وتظهر عاصفة ترابية عالمية اجتاحته (على اليمين). وجد علماء الفلك الذين يدرسون العواصف الترابية في منطقة Aonia-Solis-Valles Marineris على مدى ثماني سنوات تواترًا مميزًا في حدوثها. حقوق الصورة: ناسا
تم تقديم الاقتراح في عام 2001 ، لمهمة من شأنها أن تطير في عام 2007 وتعود عينات بحلول عام 2010 ، لكنها لم تبدأ على الإطلاق.
لكن في عام 2009 ، بدأت وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية في وضع خطط جادة لإعادة قطعة من المريخ إلى الوطن ، وأعلنا رسميًا عن تعاونهما في مهمة.
توقعًا لمهمة عودة العينة المستقبلية ، قامت كل من وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ببناء مركباتهما الجوالة القادمة لتكون المرحلة الأولى في إرسال المواد إلى الوطن.
انطباع الفنان عن مركبة الفضاء الأوروبية ExoMars (في المقدمة) ومنصة علوم السطح الثابتة الروسية (الخلفية) على سطح المريخ. انطباع الفنان عن مركبة الفضاء الأوروبية ExoMars (في المقدمة) ومنصة علوم السطح الثابتة الروسية (الخلفية) على سطح المريخ. الائتمان: ESA / ATG medialab
بينما يزحف عبر سطح الكوكب الأحمر ، روفر مارس 2020 التابع لوكالة ناسا سيجمع عينات مثيرة للاهتمام ثم يسقطها على السطح كما هو. وستقوم المركبة روفر روزاليند فرانكلين التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، والتي من المقرر إطلاقها أيضًا في عام 2020 ، بجمع وتخزين عينات من سطح المريخ في عبوات بحجم القلم ، والتي ستكون جاهزة للاستلام.
تتكون مهمة العودة من ثلاثة أجزاء.
أولاً ، ستكون هناك مركبة تجلب سريعة الحركة أنشأتها وكالة الفضاء الأوروبية لجمع عينات للدراسة. ثم مركبة ناسا للصعود ستنقل العينات إلى مدار المريخ. وأخيرًا ، مهمة تدور في مدار من وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) من شأنها استرداد العينات وإعادتها إلى الأرض.
نموذج Fetch Rover من ESA ستكون مركبة خفيفة الوزن نسبيًا ، لا يزيد وزنها عن 120 كيلوجرامًا. ستحتاج إلى أن تكون قادرة على السفر من 20 إلى 30 كيلومترًا لمسافة 200 متر في اليوم ، وتوجيهها بشكل مستقل حول المخاطر في طريقها. على مدار هذه الفترة ، ستلتقط عشرات العينات التي تركت على السطح بحلول مارس 2020 أو روزاليند فرانكلين ، واختار 30 عينة أو أكثر شيوعًا من الناحية العلمية لإرسالها إلى الوطن.
بعد عدة أشهر من جمع العينات ، سيصل Fetch Rover إلى مسبار استرجاع عينات المريخ. هذه مركبة فضائية لها العديد من أوجه التشابه مع المركبة الفضائية Curiosity و Mars 2020 التابعة لوكالة ناسا.
ستستخدم قذيفة حرارية ثم المظلة عند دخولها الغلاف الجوي للمريخ ، وأخيراً تخفض صاروخ الصعود إلى سطح المريخ. سيبقى على سطح المريخ لمدة تصل إلى 150 يومًا ، في انتظار عينات من Fetch Rover.
عندما تم تحميل العينات على متنها ، ستطلق مركبة الصعود محركها الصاروخي الهجين أو الصلب ، وتحمل العينات إلى مدار بارتفاع 350 كم.
ثم يتم اعتراضها من قبل مركبة ESA's Earth Return Orbiter ، مما يجعل موعدًا ذاتيًا تمامًا على بعد ملايين الكيلومترات من الأرض. ستستخدم بعد ذلك محركًا أيونيًا يعمل بالطاقة الشمسية والكهرباء للقيام برحلة طويلة إلى الأرض.
وبعد ذلك ، في فترة ما في ثلاثينيات القرن الحالي ، سيضع العلماء أيديهم على حوالي 500 جرام من المواد من سطح المريخ.
في أوائل عام 2019 ، قام البيت الأبيض بتضمين أموال في ميزانيته المقترحة لمهمة عودة عينة المريخ ، والتي يمكن إطلاقها بشكل مثالي بحلول عام 2026. على الرغم من اقتراح مهمة مثل هذه عدة مرات من قبل ، فهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تقديم التمويل الفعلي اجلس جانبا. منحت وكالة ناسا 109 ملايين دولار في عام 2020 للعمل على 'أنشطة المريخ المستقبلية' والتي هي أساسًا مهمة عودة العينة.
والآن ، بعد ما يقرب من 50 عامًا من التخطيط ، يجري العمل على مهمة جادة للعودة إلى المريخ.
احصل على النشرة الإخبارية الأسبوعية عبر البريد الإلكتروني:
مرة في الأسبوع ، أجمع كل أخبار الفضاء الخاصة بي في رسالة إخبارية واحدة عبر البريد الإلكتروني وأرسلها. إنه يحتوي على صور ، وإضاءات مختصرة حول القصة ، وروابط حتى تتمكن من معرفة المزيد. اذهب إلى universetoday.com/newsletter للتسجيل.