Фото: Pixabay / CC0, общественное достояние
В 2030-х годах миссия по доставке образцов горных пород и почвы с Марса в лаборатории на Земле «Марсианская миссия по возвращению образцов (MSR)» будет проводиться под руководством НАСА при участии Европейского космического агентства (ЕКА). Эта миссия позволит учёным использовать лучшие лабораторные инструменты на Земле, чтобы определить, существовала ли на Марсе микробная жизнь миллиарды лет назад.
Итак, что же произойдет с образцами, когда они прибудут на Землю?
Марсоход NASA «Персеверанс» уже выполняет тяжёлую работу по сбору образцов. С момента посадки в феврале 2021 года марсоход исследует марсианскую местность, известную как кратер Езеро. По пути он с помощью бура извлекает керны — цилиндрические образцы горных пород — из марсианских пород и помещает их в пробирки на дне кратера.
Считается, что в настоящее время уровень космической радиации на поверхности Марса слишком высок, чтобы там могла существовать жизнь. Однако миллиарды лет назад условия могли быть более благоприятными для жизни, и именно эти потенциальные следы древней жизни и должен был искать Perseverance.
В сентябре 2023 года независимая комиссия по проверке сочла бюджет и график MSR «нереалистичными» и заявила, что это потенциально может отложить запуск миссии до 2028 года. Это побудило НАСА искать альтернативные подходы к выполнению миссии.
Космическое агентство опубликовало запрос на идеи от представителей отрасли и в настоящее время изучает два предложения. Но с точки зрения общей механики, что-то — марсоход или небольшой вертолёт — должно будет собирать пробирки с образцами и доставлять их на транспортное средство. Затем это транспортное средство взлетит с поверхности Марса.
Капсула с марсианскими образцами в конечном итоге войдёт в атмосферу Земли и на парашюте приземлится на правительственном объекте в штате Юта, США. Предполагается, что всё это произойдёт в 2030-х годах.
Как только образцы из кратера Езеро будут доставлены на Землю, их проанализируют с помощью чувствительных приборов, которые слишком велики и сложны, чтобы отправлять их на Марс на марсоходе. В этом и заключается суть MSR: чтобы однозначно идентифицировать любые следы древней марсианской жизни, учёным нужно будет провести несколько экспериментов и воспроизвести результаты.
Другими словами, отдельные и независимые научные группы должны будут показать, что они могут получить такие же результаты в ходе этих экспериментов.
Научное сообщество до сих пор делает новые открытия с помощью 380 кг лунных камней и грунта, доставленных на Землю шестью миссиями «Аполлон» более 50 лет назад. В эпоху «Аполлона» учёным пришлось разработать план, чтобы сохранить образцы лунных пород в первозданном виде, чтобы их могли изучать последующие поколения учёных.
Они решили поместить их в «перчаточные боксы» — герметичные контейнеры, которые позволяют пользователям манипулировать содержимым с помощью длинных перчаток, которые проходят от внешней стороны бокса к внутренней. В таких «перчаточных боксах» содержится сухой азот, который защищает образцы от химических изменений. Это хорошо сработало с лунными камнями: образцы «Аполлона-11-17» можно увидеть и изучить в Космическом центре имени Джонсона НАСА в Хьюстоне.
Для примерно 500 г тщательно отобранных марсианских камней и почвы потребуется более сложный план. В помещениях, где они будут храниться, необходимо будет тщательно контролировать такие факторы, как влажность и температура. Также необходимо будет предотвратить загрязнение образцов земными микробами.
Требования к управлению марсианскими образцами определяются организацией под названием «Комитет по космическим исследованиям» (Cospar). Под руководством Cospar MSR определяется как миссия по возвращению образцов на Землю категории V.
Хотя учёные, как правило, не ожидают, что марсианские образцы будут содержать современную жизнь, требования означают, что с образцами будут обращаться так, как если бы они содержали жизнь, до тех пор, пока эта возможность не будет исключена. Коспар говорит: «Программа обнаружения жизни и тестирования на биологическую опасность или проверенный процесс стерилизации должны быть выполнены в качестве обязательного предварительного условия для контролируемого распространения любой части образца».
Таким образом, важной частью планирования MSR является проектирование и строительство центра приёма образцов (SRF) — здания, в котором будут проводиться первичные анализы горных пород и почвы. Работа будет проводиться в соответствии со строгими правилами биологической безопасности, что означает, что учёные будут использовать оборудование и следовать процедурам, обычно применяемым в самых безопасных лабораториях мира, предназначенных для изучения вредных бактерий и вирусов, таких как Эбола и вирус Марбург. Такая ситуация сохранится до тех пор, пока не будет проведена «оценка безопасности образцов».
Эта оценка безопасности позволит определить, можно ли изучать образцы при более низких уровнях биологической защиты. Только после этого этапа и следующего, который называется «базовая характеристика», когда учёные проводят первоначальное исследование минералов и химического состава пород, образцы будут постепенно представлены более широкому научному сообществу.
Одной из проблем миссии является сложность и стоимость SRF, которая, как ожидается, составит сотни миллионов долларов или евро. Во многом это связано с необходимостью не только соблюдать правила Cospar, но и использовать ряд микроскопов и спектрометров, необходимых для анализа.
Большая часть причин задержек в реализации общей программы MSR связана с затратами, поэтому в настоящее время предпринимаются усилия по снижению стоимости. На этом фоне НАСА и ЕКА созвали группу по определению измерений, состоящую из учёных, которые определят, какие анализы необходимы в рамках SRF. Полученный отчёт будет опубликован в ближайшее время.
Параллельно с этим реализуется программа по разработке и созданию новой технологии для MSR, которая позволяет как изолировать биологические образцы, так и анализировать минералы в марсианских образцах. ЕКА совместно с НАСА финансирует разработку безопасных камер, называемых многобарьерными изоляционными шкафами, внутри которых можно изучать марсианские камни и почву.
В этих шкафах также будет представлен ряд различных научных инструментов, необходимых для проведения базовой экспертизы. Они могут включать мощные микроскопы и рамановский спектрометр.
Сочетание требований к хранению и анализу таким образом может не только сократить время, необходимое для передачи образцов научному сообществу, но и существенно снизить затраты на SRF и, таким образом, помочь всей программе MSR.