Kozmikus szuvenírek a Naprendszer legkülönbözőbb pontjairól

Csillagvizsgáló Svábhegyi

A Perseverance július 30-i indulásával úton van az első küldetés a Marsra, mely kőzetmintákat fog nekünk visszaküldeni a Földre. Ha minden a tervek szerint halad, a Perseverance (kitartás, vagy állhatatosság magyarul) nevű rover  2021. február 18-án fog landolni a Jezero-kráterben. A marsjáró ide-oda közlekedik majd a vörös bolygón, mintákat gyűjt, amiket egy másik, kisebb rover szed majd össze és röpít vissza hozzánk. Ezek lesznek az első kőzetminták, melyeket valaha hazajuttatunk a Marsról a Földünkre.

A Földre érkezve egy páratlan kozmikus gyűjtemény részei lesznek, melyeket az űrkorszak megkezdése óta gyűjtöget az emberiség változatos égitestekről. Az Apollo űrhajósainak holdkőzetmintáitól kezdve egy távoli aszteroida darabkáiig, a más világokról szerzett mintáink újra és újra átalakítják a Naprendszerünk kutatását.  Bolygóközi missziók nélkül kizárólag a Földre hullott meteoritokból tudunk más égitesteket tüzetesebben megvizsgálni. Habár jóval olcsóbb lenne csak várni, hogy leessenek a minták hozzánk, annyira ritkák, hogy erre nem lehetne valódi tudományt alapozni – így hát időt és energiát nem kímélve gyűjtünk holdi, marsi és más mintákat. A földi laboratóriumok egyik nagy előnye, hogy olyan berendezésekkel vizsgálódhatunk, melyeket lehetetlen volna egy űreszközre beépíteni, akár a méretük vagy a súlyuk miatt. A gyűjtések során azt is tudjuk, pontosan honnan érkezik a minta, ami felbecsülhetetlen geológiai kontextust biztosít (egy meteoritról gyakorlatilag lehetetlen kideríteni, hogy az adott égitesten belül honnan származik).

Mivel jelenleg két aszteroidán is mintát gyűjtünk, illetve útra kelt a Mars 2020 rovere is, tekintsük át, hogy eddig honnan sikerült egy marékra való szuvenírt gyűjtenünk a Naprendszerünkben.

A Hold
Az első és legnagyobb mintagyűjtési expedíció a Holdon zajlott. 1969 és 1972 között a NASA egy tucat Apollo űrhajóst juttatott kísérőnkre, akik összesen 382 kg holdi kőzetet gyűjtöttek össze és hoztak vissza a Földre. Ezen minták vizsgálata egészen újraírta a Naprendszerről alkotott tudományos elképzeléseinket.

Mikor az Apollo 11 landolt a Holdon, úgy gondoltuk, hogy kísérőnk hidegen alakult ki. A holdkőzetek vizsgálatából azonban kiderült, hogy éppen ellenkezőleg, a Hold nagyon is forró volt kezdetekben. Mintegy 4, 5 milliárd évvel ezelőtt olvadt kőzetóceánok boríthatták a felszínét. Az Apollo mintáiból pedig azóta is születnek újabb és újabb tudományos eredmények.

Az Apollo 17 küldetés során begyűjtött holdkőzet (JSC/NASA)

A szovjet Luna missziók is összegyűjtöttek egy kevés holdi regolitot 1970 és 1976 között. A tervezett kínai Chang’e 5 küldetés, melynek indítását az idei év vége felé tervezik, szintén mintákat fog gyűjteni. Ezzel pedig a Chang’e 5 lesz az első, amely az 1970-es évek mintagyűjtése óta ismét hazahoz nekünk egy darabkát a Holdból. A NASA 2024 végére tervezi az Artemis misszió indítását, melynek során újra emberek lépnek majd sápadt kísérőnkre, és hoznak haza annyi mintát, amennyit csak elbírnak.

Aszteroidák
A Japán Űrügynökség (JAXA) az egyetlen egyelőre, amelyik aszteroidáról gyűjtött anyaggal tért vissza. 2010-ben a Hayabusa űrszonda a krumpli formájú Itokawa aszteroidáról szerzett mintákat – habár elsőre nem volt biztos, hogy sikerült-e a küldetés. Mikor visszaérkezett a Földre és a JAXA munkatársai felnyitották, több, mint 1500 szemcsényi felbecsülhetetlen aszteroidaporra leltek benne.

Ezek olyan aprócska porszemcsék voltak, amelyek kisebbek egy emberi hajszál átmérőjénél. Földi laboratóriumokban viszont még ilyen pici mintával is óriási eredményeket lehet elérni. Többek között meghatározták az Itokawa anyagában megőrződött víz izotópos összetételét, amelyet a berendezéshez szükséges hely miatt nem lehetne az űrben elvégezni. Az Itokawa szemcséinek vizsgálata megerősítette például azt is, hogy a Földre hulló leggyakoribb meteorittípus (közönséges kondritok) olyan szilikátokban gazdag aszteroidákból származnak, mint például az Itokawa. A szemcsékből továbbá ki tudták mutatni azt is, hogy valamikor a múltban felhevültek és sokkolódtak, ami arra utal, hogy az aszteroida övben számos kozmikus ütközésen mentek keresztül.

A Bennu aszteroida a mintagyűjtő küldetések célpontjainak egyike, melyről a NASA OSIRIS-REx missziója fog egy darabot hazahozni nekünk. (NASA/Goddard/University of Arizona/Lockheed Martin/Science Photo Library)

Hamarosan pedig két újabb aszteroidáról érkezik minta, ha minden a tervek szerint halad. A JAXA második mintagyűjtő akciója, a Hayabusa-2 decemberben fog leérkezni Ausztráliában. Ha minden jól sikerült, legalább néhány gramm mintát hoz magával a szénben gazdag Ryugu aszteroidáról, amely a Föld és a Mars pályája között kering. A NASA OSIRIS-REx űrszondája pedig jelenleg kering a Bennu körül, ahonnan októberben tervez mintát venni, a Földre pedig 2023-ban fog visszatérni.

Üstökös
A NASA Stardust (csillagpor) űreszköze 2004-ben száguldott keresztül a Comet Wild 2 üstökös csóváján, hatszor gyorsabban, mint egy kilőtt puskagolyó – eközben pedig összegyűjtötte a valaha szerzett egyetlen üstökösből származó anyagmintát, amit a Földre visszajuttatott. Ebben is rengeteg meglepetés rejtőzött.
A NASA azért nevezte el Stardust-nak a küldetést, mert úgy vélték, hogy az üstökös jegében más csillagokból származó por rejtőzhet évmillárdok óta fagyottan; ez az elmélet is egészen tévesnek bizonyult. Az üstökösport megvizsgálva kiderült, hogy anyaga a Naphoz közel, elképesztően forró hőmérsékleteken alakult ki. Ez megmutatta, hogy a forró anyag az egész Naprendszeren belül tudott közlekedni és valahogy beleépült egy üstökös jeges takarójába.

Az űrben repülve a küldetés legalább 7 csillagközi térből származó szemcsét is összegyűjtött. Ezek meglepően különböztek egymástól, köztük kettőn olyan kristályos ásványokat találtak, melyekről nem gondolták, hogy a csillagközi térben előfordulhatnak.

Napszél
A Stardust 2004-es nagy sikerének ellenére ez az év nem volt a legjobb mintagyűjtés szempontjából. Miután két éven át gyűjtögette a napszelet alkotó töltött részecskéket, a NASA Genesis űreszköze belecsapódott a sivatagba. Ahogy visszatért a Földre, a légkörbe való belépéskor nem nyíltak ki az ejtőernyői, a szonda pedig 300 km/h sebességgel csapódott a földbe, ami teljesen szétzúzta az eszközt.
A mérnökök még így is képesek voltak az értékes napszélrészecskéket tartalmazó mintatárolók egy részét megmenteni. Ezekből is rengeteget tanultunk, például azt, hogy a napszél – és így a Nap is – magasabb arányban tartalmaz oxigén izo tópokat a Földnél, ami épp ellentmondott a korábbi elméleteknek.

Mars
A Marsról mintákat szerezni nagyobb kihívás, mint eddig bármelyik másik küldetés volt. Messzebb van a Holdnál, a gravitációs vonzása pedig erősebb, mint egy aszteroidának vagy üstökösnek, így nehezebb elszökni a felszínéről és visszaindulni a Földre.

A NASA Perseverance rovere legalább 30 marsi kőzetmintát gyűjt majd fúrójával, melyeket gondosan és precízen fog eltárolni. A NASA és az ESA hosszú távú terveiben szerepel, hogy egy második marsjáró összegyűjtse ezeket a kémcsöveket, Mars körüli pályára állítsa őket, ahol egy harmadik űreszköz összeszedi és hazarepíti őket a Földre a tervek szerint 2031-re.

Reményeink szerint a következő évtizedekben marsi kőzet és talajmintát is vizsgálhatunk földi laboratóriumokban. (NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Lehet azonban, hogy az első marsi mintagyűjtés versenyét mégis a JAXA fogja megnyerni valamennyire. A JAXA MMX küldetése a Mars legnagyobb holdjára, a Phobosra indul, ahonnan mintát fog gyűjteni és tervek szerint 2029 tájékán visszaérkezni vele a Földre. Az MMX lenne az első küldetés így, ami a marsi rendszerből hoz mintát a Földre. Egy tavaly publikált tanulmány szerint a Phobos felszínén feltehetőleg sok olyan por lehet, amely eredetileg a Marsról származik (meteorbecsapódások során kidobódott anyag, amely a Phobosra tapadt). Ha ez így van, az MMX legalább 100 olyan szemcsét gyűjthet össze a Phobosról, amely eredetileg a Marsi felszíntakaró részét képezte.

Minden egyes szemcse pedig információt hordoz arról, hogy az az anyag milyen idős, milyen mágneses és kémiai tulajdonságokkal bír, valamint geokémiai információkat az akkori marsi felszíni viszonyokról, melynek idején az adott szemcse keletkezett. Minél több marsi szemcsét analizálunk részletesen, annál tisztább képet kaphatunk arról, hogyan változott a Mars felszíni környezete az évmilliók során.

Forrás: Nature

Szerző: Pál Bernadett, Tudományos segédmunkatárs / Bemutató csillagász
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet / Svábhegyi Csillagvizsgáló

📸 Borító: A Bennu aszteroida a mintagyűjtő küldetések célpontjainak egyike, melyről a NASA OSIRIS-REx missziója fog egy darabot hazahozni nekünk. (NASA/Goddard/University of Arizona/Lockheed Martin/Science Photo Library)