PHOBOS-HADMŰVELET

Helyi idő szerint október 20-án este egy érdekes űreszköz indult útjára a Japán Űrkutatási Ügynökség (JAXA) Tanegashima Űrközpontjából. Az autó méretű objektum célpontja a Mars rendszere, és amikor megérkezik oda, körberepüli a bolygót, majd leszáll a fölötte lebegő, egyenetlen felszínű szikladarabra. És ekkor kezdődik az igazi dráma. Az űrkutatás jelenlegi időszakát a „rablások” korszakának is nevezhetnénk, hiszen az elmúlt években az Egyesült Államok és Japán több aszteroidáról is gyűjtött anyagot „fogd és vidd” típusú küldetések keretében. Kína is mintákat hoz jövőre egy aszteroidáról, miután nemrég végrehajtotta az első mintavételt a Hold túlsó oldalán.

Japán 350 millió dolláros Mars-holdakat kutató MMX-küldetése azonban még ennél is merészebb: elrepül a Phoboshoz, a Mars két kicsi, viharvert holdjának egyikéhez, és nem is egyszer, hanem kétszer száll le a városnyi égitesten. Két újszerű mintavételi eszköz segítségével az MMX több evőkanálnyi anyagot tervez gyűjteni, majd 2031-ben visszajuttatja ezeket a Földre.

– mondja Matija Cúk, a SETI Intézet kutatója.

Már néhány grammnyi anyag is megoldhatja a Phobos eredetének rejtélyét – és potenciálisan a kicsiny társa, a Deimos eredetének kérdéseit is. A szakértők megosztottak abban a kérdésben, hogy a holdak befogott aszteroidák-e, vagy egy réges-rég történt marsi becsapódás során az űrbe repült anyagokból álltak össze. Eredetüktől függetlenül az MMX kutatói szerint valószínű, hogy magukhoz vettek kis mennyiséget a Mars anyagából is. „Így ez nem csupán egy Phobos-mintavételi küldetés lesz, hanem a Phobosról és a Marsról is szól” – mondja Kris Zacny, a Honeybee Robotics alelnöke, amely az MMX egyik mintavételi eszközét gyártotta.

Az MMX által összegyűjtött anyag talán 1%-a származik majd a Marsról, mondja Kiyoshi Kuramoto, a Hokkaido Egyetem bolygókutatója, a küldetés több tucat szakértőből álló nemzetközi csapatának vezetője. A marsi anyag bepillantást kínál a bolygó évmilliárdokkal ezelőtti aranykorába, amikor még melegebb és nedvesebb volt. És ha a csapatnak rendkívüli szerencséje lesz, akár az életre utaló bizonyítékokat is tartalmazhatnak a minták. „Fennáll a lehetősége, hogy a talajminták biológiai aktivitás kémiai nyomait is tartalmazzák” – mondja Kuramoto.

A Phoboshoz való eljutás ugyanakkor nem lesz könnyű. Oroszország három ezirányú kísérlete is kudarccal végződött, Japán egyetlen korábbi Mars-küldetése pedig szintén sikertelen volt, mivel az űreszköz meghibásodott, és elmulasztotta a bolygóval való találkozást. Ha ehhez hozzávesszük a Phobos szinte elhanyagolható gravitációját, a bizonytalan terepet és a mintavétel veszélyeit, egyértelmű, hogy az MMX a JAXA eddigi legambiciózusabb és legveszélyesebb küldetése. „Egy új világba indulunk, ami meghaladja a képzeletünket” – mondja Yuichi Tsuda, az Űr- és Űrhajózási Tudományos Intézet (ISAS) főigazgató-helyettese, amely irányítja és működteti a küldetést.

A múlt falatkái

Wataru Fujiya, az Ibaraki Egyetem kozmokémikusa, szeretettel emlékszik vissza arra a pillanatra, amikor a Tokiói Egyetemen először fogott a kezében egy meteoritot: egy 4,6 milliárd éves ereklyét, amely olyan régi, mint maga a Föld. „Nagyon lenyűgöző és megható volt” – mondja. A meteoritok kétségkívül csodálatosak, de tökéletlen hírvivők, amelyeket a légkörön keresztüli tűzforró zuhanás és a földi szennyeződések is befolyásolnak. A szakértők ezért tisztább mintákat szeretnének, közvetlenül a legtöbb meteorit forrásából: az aszteroidákról, amelyek gyakorlatilag a Naprendszer hajnalának időkapszulái.

A JAXA már bizonyította, hogy képes ilyen űrkövületeket beszerezni. 2010-ben és 2020-ban az ügynökség Hayabusa szondái voltak az elsők, amelyek aszteroidamintákat juttattak vissza a Földre, apró mennyiségeket gyűjtve az Itokawa és a Ryugu kisbolygókról. Az MMX mintavizsgáló csapatának vezetőjeként Fujiya még grandiózusabb terveket dédelget. Azt reméli, hogy öt év múlva egy sterilizált laboratóriumban egy idegen holdról származó szemcséket tanulmányozhat. Milyen történeteket rejtenek majd ezek a szemcsék? Fujiya legnagyobb reménye, hogy választ adnak a Phobos eredetére.

Sem a Phobos, sem a Deimos nem különösebben vonzó célpont laikus szemmel nézve. A torz alakú égitestek átmérője mindössze 22, illetve 12 kilométer, és napjaik meg vannak számlálva. A Deimos apránként elszökik a Mars gravitációjából, míg a Phobos egyre közelebb kerül hozzá. Körülbelül 100 millió év múlva az árapályok széttépik a Phobost, és csak egy poros gyűrűrendszer marad a helyén. De szakértőket már a holdak puszta léte is lenyűgözi. „Miért van a Marsnak két ilyen furcsa kis holdja?” – kérdezi Tom Statler, a NASA MMX-küldetésben résztvevő kutatója.

Az egyik elmélet szerint az égitestek a Föld Holdjához hasonlóan keletkeztek. A feltevés szerint valamikor a múltban egy nagy aszteroida csapódott a Marsba, és törmeléket lökött ki az űrbe, amelynek egy része a pályán összeállt, és így keletkezett a Phobos és a Deimos. Ehhez egy több száz kilométer átmérőjű becsapódó test elegendő lehetett, és ilyen az ütközések a Naprendszer viharos korai napjaiban gyakoriak voltak. És egyes kutatóknak még erősebb érvük is van: ugyanaz a hatalmas becsapódás, amely a Mars kiterjedt északi alföldjét kivájta, létrehozhatta azokat a törmelékdarabokat is, amelyekből a holdak keletkeztek.

Nem világos azonban, hogy miért két kis hold lett belőle, ahelyett, hogy egy nagyobb alakult volna ki, mint a Föld esetében történt. Amikor az 1970-es években a NASA Viking űrszondája az első közeli felvételeket készítette a Phobosról és a Deimosról, felszínük kémiai összetétele inkább bizonyos aszteroidák felszínéhez tűnt hasonlónak, mint a Holdéhoz.

De ez is elég furcsa lenne, mondja Olivier Barnouin, a Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriumának (JHUAPL) bolygókutatója, a küldetés résztvevője. A Föld tömegének csupán egytizedével rendelkező Marsnak nem lett volna egyszerű befogni egy gyorsan mozgó aszteroidát, ami egyébként a rendelkezésre álló adatok alapján a Földnek és a Vénusznak sem sikerült.

A befogott aszteroidák pályája valószínűleg olyan dőlésszögű lenne, amely megfelel annak, amellyel először elrepültek a Mars mellett. Ehelyett a marsi holdak szinte kör alakú pályán keringenek a Mars egyenlítője körül, ami sokkal valószínűbbé teszi, hogy egy óriási becsapódás következményeiről van szó. „Minden pénzemet és a házamat is feltenném rá, hogy ezek nem befogott aszteroidák” – mondja Cúk. Kuramoto viszont nevetve megjegyzi, hogy igyekszik semleges maradni: „Úgy vélem, hogy 50–50 százalék az esélye annak, hogy a befogási elmélet helyes.”

Versengő elméletek

Egyes kutatók a főbb hipotéziseken finomítanak, hogy hihetőbb verziókat dolgozzanak ki. Jacob Kegerreis, az Imperial College London bolygókutatója szimulációkkal próbálja igazolni, hogy egy aszteroida ahelyett, hogy sértetlenül befogódna, a Mars gravitációja nyomán darabokra szakadna, és törmelékgyűrűvé alakulhatna. Ennek darabjai aztán ugyanolyan rendezett, egyenlítői pályákra állnának be, mint amit az ütközési hipotézis előre jelez.

Cúk és mások többszöri széttépődést képzelnek el, ami magyarázatot adhatna a Phobos kis méretére. Ebben a forgatókönyvben egy nagyobb ősi hold – amely egy befogott aszteroidából vagy becsapódási törmelékből származhatott – túl közel sodródott a Marshoz, és törmelékgyűrűvé szakadt szét. Egy része a Marsra hullott, míg a többi egy kisebb holddá formálódott. Ez a ciklus többször is megismétlődhetett. „Folyamatosan újrahasznosult egyre kisebb és kisebb holdakká” – mondja Cúk. Ha így van, a Phobos felszínének fiatalnak kell lennie, amely alig hordozza a kőzeteket átalakító kozmikus sugárzásnak való hosszú távú kitettség jeleit.

– mondja Abigail Fraeman, a NASA Sugárhajtású Laboratóriumának bolygókutatója, az MMX-csapat tagja. Az igazság kiderítésének egyetlen módja, ha odamegyünk, és mintákat veszünk a Phobosról, teszi hozzá a szakértő. A két eredetelmélet nagyon eltérő előrejelzéseket ad arra vonatkozóan, hogy mit találhat az MMX.

„Ha a Phobos egyértelműen nagyrészt marsi anyagból áll, akkor alapvetően óriási becsapódásról lehetett szó” – mondja Kegerreis. Egy ilyen ütközés során az illékony anyagok, például a víz, elpárologtak volna, a kőzetek pedig villámgyorsan megolvadtak volna. Ebben az esetben az MMX egy kiszáradt, üvegszerű lávadarabot fog találni, amely potenciálisan gazdag bazaltos ásványokban, például olivinben, piroxénban és plagioklászban.

A proto-Phobos kilökődött anyaga valószínűleg olyan ásványokat is tartalmaz, amelyek szélsőséges hőmérséklet és nyomás hatására kristályosodtak, ami lehetővé teheti a kutatók számára, hogy rekonstruálják az ütközés kaotikus körülményeit. Az eredeti becsapódó test töredékei is belekeveredhettek az anyagba. Ezek megtalálása felfedheti, hogy a kozmikus „támadó” egy kőzetaszteroida vagy egy jeges üstökös volt. Az ütközés során formálódott ásványokban található radioaktív elemek pedig óraként szolgálhatnak, amelyek segítségével meghatározható az ütközés ideje.

Ezzel szemben, ha a Phobos korábban aszteroida volt, az eredeti forrás nagyon messze lesz a Marstól, mondja Mizuho Koike, a Hirosimai Egyetem kozmokémikusa, aki az MMX-mintaelemző csapatának tagja. Külső megjelenése alapján sok szakértő azt mondja, hogy a Phobos egy szénben gazdag kondritra hasonlít, azaz egy olyan szénben gazdag meteorittípusra, amely a Naprendszer legprimitívebb aszteroidáinak egy részét képviseli. Ha így van, az MMX agyagot, karbonátokat és szerves anyagokat találhat. Az élet szempontjából fontos vegyületek, köztük cukrok, karbonsavak és aminosavak is kimutathatók lehetnek az anyagában.

A Mars tükre

Egy a Naprendszer külső részéből érkező aszteroida vélhetően illékony anyagokat is magával hozott volna, köztük deutériumot tartalmazó vizet, amely a hidrogén egy ritka izotópja. Mivel a deutérium és a hidrogén aránya a Naprendszer különböző részein eltérő, ennek mérése a Phobos-mintákban felfedheti a hold eredetét – és talán fényt deríthet arra is, hogyan jutott el a víz és a prebiotikus anyagok a földszerű bolygókra.

Ellentétben a Föld saját vízében található arányokkal – amelyeket az évezredek során geológiai és biológiai folyamatok megváltoztattak –, a Phobos ilyen szempontból viszonylag érintetlen lehet, így tisztább képet nyújthat a bolygók ősi vízének forrásairól. A belső és a külső Naprendszer közötti átmeneti zónában elhelyezkedő Mars-holdak bizonyítékot nyújtanak arra, hogy milyen anyagok tehették meg ezt az utat, mondja Yasuhiro Kawakatsu, az ISAS MMX-projektjének vezetője.

Ma kis aszteroidák rendszeresen bombázzák a bolygót, konfettiszerű darabokat lövellve az űrbe. Ezek néha a Phobosra is lehullanak, mivel a hold mindössze 6000 kilométerre kering a bolygó felszíne felett – ez kevesebb, mint a Föld körül keringő GPS-műholdak távolságának egyharmada. Az idők folyamán a kisebb aszteroida-becsapódások valószínűleg új, marsi „festékréteget” adtak a Phobosnak. Ez a réteg tartalmazhat több milliárd évvel ezelőtti marsi anyagokat, amikor a Mars éghajlata mérsékeltebb és vízben gazdagabb volt, mondja Fujiya , és amelyek így fényt deríthetnek a Mars fejlődésére, talán az élet múltbeli jelenlétére is.

Ez az MMX-et egyfajta „kiskapus” megoldássá teszi: a szonda alacsony költségű módszert jelenthet a marsi minták visszahozatalára, a Marsra való tényleges leszállás nélkül. 2021 óta a NASA Perseverance rovere gondosan kiválogatott kőzetmintákat gyűjt és tárol, hogy azokat végül egy másik küldetés keretében visszahozhassák a Földre. A NASA ambiciózus, 11 milliárd dolláros terve azonban, amelynek célja ezeknek a mintáknak a visszahozatala volt, technikai és pénzügyi nehézségekbe ütközött. Az idei év elején a NASA gyakorlatilag törölte a programot, így egyre kevésbé valószínű, hogy a közeljövőben megvalósulhat.

Bár a Phoboson talált marsbeli szemcséknél hiányozni fog a Perseverance-minták kontextusa, az MMX-csapat talán képes lesz a legfiatalabb anyagok egy részét a Mars néhány viszonylag friss becsapódási kráteréhez visszavezetni, mondja Kuramoto. A becsapódások pedig a mélyebb rétegekből is előhozhattak anyagokat, a Mars múltjából. Ha a Marson valaha volt élet, az talán föld alatti menedékekbe húzódott vissza, amikor a bolygó kiszáradt, és sugárzással terhelt, fagyos pusztasággá vált. Lily Zhao, a JHU frissen végzett doktorandusza számára ez a forgatókönyv egy izgalmas lehetőséget vet fel: vajon a becsapódások nemcsak marsi anyaggal, hanem a marsi élet nyomával is megszórhatták a Phobost?

Hogy kiderítse, túlélhetnének-e a mikrobák egy ilyen utazást, Zhao a Deinococcus radiodurans nevű, kiszáradásnak és intenzív sugárzásnak is ellenálló, szívós baktériumot vetette alá egy aszteroida-becsapódás okozta lökéshullámnak. Két acéllemezt lőtt meg egy lövedékkel, összenyomva azokat – és a köztük elhelyezett mikrobákat – olyan nyomással, amely egy aszteroida-becsapódáshoz hasonló. Arra számított, hogy a baktériumok megsemmisülnek.

De néhányuk mégis túlélte, még a legmélyebb óceáni árok alján uralkodó nyomásnál is 30-szor nagyobb csúcsnyomás mellett is. Végül a kísérleti ágyú hamarabb szétesett, minthogy a mikrobákat kiirtotta volna. Ha az ősi becsapódások valóban kiszorítottak bármilyen, a marsi kéreg mélyén menedéket kereső mikrobát, azok túlélhették a váratlan utazást a Phobosra, ahol talán a mai napig is eltemetve maradtak. „Ha minden feltétel megfelelő, szerintem ez teljesen lehetséges” – mondja a szakértő.

Komplex menetrend

Az MMX egyéves utazás után éri el a Marsot, majd leválasztja hajtóműmodulját. Ezt követően a felfedezőmodul egy sajátos, kvázi-műholdas pályára áll a Phobos körül, és távolról fogja felmérni azt. Egy lézeres magasságmérő feltérképezi a felszínét, míg egy infravörös spektrométer feltárja az ásványokat, és szerves vegyületeket, valamint vizet keres.

Egy másik műszer, a MEGANE – amelyet a JHUAPL és a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium kutatói fejlesztettek ki – korai nyomokat keres a hold eredetéről. A MEGANE – amely a Mars-moon Exploration with GAmma rays and NEutrons rövidítése, ami japánul szemüveget jelent – a mindenütt jelen lévő galaktikus kozmikus sugárzásra támaszkodik. Ezek a töltött részecskék, amelyek a robbanó csillagokból száguldanak ki, szétszakítják az atommagokat, amikor egy felületnek ütköznek, mondja David Lawrence (JHUAPL), a MEGANE vezető kutatója. A szétrobbant atommagok neutronokat és gamma-sugarakat bocsátanak ki, amelyek messziről is észlelhetők, és energiájuk, valamint gyakoriságuk tükrözi a felszín elemi összetételét.

A hidrogén, nátrium és klór bőséges jelenléte azt jelentheti, hogy a Phobos illékony anyagokat tartalmaz – ami egy befogott aszteroida jellegzetes tulajdonsága. Ezzel szemben, ha a MEGANE alacsony vas-szilícium arányt észlel – ami bizonyos marsi meteoritokban is megfigyelhető –, az egy óriási becsapódásra utalhat.

És akkor még ott vannak a kamerák. A japán közszolgálati műsorszolgáltatóval, az NHK-val együttműködésben kifejlesztett két szuperfelbontású kamera 4K-s és 8K-s minőségben fogja rögzíteni a Phobost, annak minden látható sajátosságát rendkívüli részletességgel tárva fel. „Szeretnénk, ha az emberek úgy láthatnák a marsi holdakat és a Marsot, ahogyan még soha nem látták őket, és úgy éreznék, hogy velünk együtt tették meg ezt az utazást” – mondja Kawakatsu.

A részletesebb felvételeket az MMX kisebb kísérője, az Idefix fogja készíteni. Mielőtt az MMX leszállna, közel repül a holdhoz, kinyit egy nyílást, és leengedi a 25 kilogrammos rovert, amelyet a JAXA francia és német partnerei fejlesztettek ki. „Ez egy nagy, guruló mikrohullámú sütő” – viccelődik Julien Baroukh, az Idefix projektvezetője a CNES-nél, a francia nemzeti űrügynökségnél. Természetesen ennél sokkal többről van szó: a jármű kamerákkal, ásványokat feltáró spektrométerrel és autonóm vezetési képességekkel van felszerelve. Feladata, hogy az MMX előtt felderítse a terepet, megítélje, hogy kemény vagy laza, sima vagy veszélyes-e a felszín, és azonosítsa a geológiai szempontból érdekes helyszíneket.

Ehhez először is a rovernek sikeresen le kell szállnia. Az MMX kevesebb mint 100 méterrel a felszín felett engedi el az Idefixet, és hagyja, hogy lezuhanjon. A Phobos gyenge gravitációja – amely a földinek kevesebb mint 0,1%-a – azzal jár, hogy a zuhanás szelíd lesz, de éppen az alacsony gravitáció nehezíti meg a rover számára, hogy megdőlés vagy pattogás nélkül érjen földet.

– mondja Kawakatsu.

Ha a landolás nem sikerül jól, az ezzel járó mélyedés a hold felszínén szintén információkat kínálhat annak tulajdonságairól – így ez egyfajta vigaszdíj lehet. Ha az Idefix túléli a manővert, és mobilis marad, körülbelül 100 napot fog a Phobos felfedezésével tölteni, segítve a JAXA-t annak a döntésnek a meghozatalában, hogy hová szálljon le az MMX.

A felszín rejtélyei

A választás nem csupán arról szól, hogy elkerüljék azokat a veszélyes terepeket, amelyek megsérthetik vagy felboríthatják az MMX-et. A Phobos felszíne nem egyenletes: bizonyos spektrális szűrőkön keresztül nézve foltos mintázatok láthatók rajta, vöröses és kékes régiókkal, amelyek összetétele eltérő lehet. Ez a kettősség meteoritbecsapódások, űridőjárási hatások vagy a Phobos formálódása során kialakult ásványi eltérések eredménye lehet.

Hosszas mérlegelés után a JAXA úgy fogja irányítani az MMX-et, hogy az négy landolólábár kinyújtva, kecses siklással közelítse meg a felszínt. Ha ezt a bravúrt kétszer is sikerül végrehajtani, az MMX-nek lehetősége nyílik különböző típusú régióból mintát venni. A két leszállás egy másik különbséget is feltárhat: mivel a Phobos mindig ugyanazzal az oldalával néz a Mars felé, a holdra hulló marsi törmelék mennyisége a Mars felé néző féltekén nagyobb lehet.

A landolás előtt egy szenzor és egy robotkar is megvizsgálja a felszínt, hogy ellenőrizze, az tényleges alkalmas-e a becsapódáshoz. A leszállás ugyanis maga is mintagyűjtési célt szolgál. A kozmikus sugárzás és a mikrometeorit-becsapódások által koptatott felszíni anyaga homokszerű lehet, az alatta lévő réteg viszont valószínűleg keményebb. Ahhoz, hogy ezt elérjék, lendület kell.

Hiroki Kato, a JAXA mérnöke, aki ezt a belső mintavételi, vagyis C-csapatot vezeti, elmondása szerint ez különösen nehéz fázis lesz. Egy lapáttal valószínűleg nem lehet megbontani a kívánt réteget, és a fúrók is eltörhetnek. Ezért a sok éves tervezés során egyfajta mintavevő fecskendőt fejlesztettek ki, amely remélhetőleg be tud hatolni a holdba, és anyagot vesz belőle. A C-mintavevő minden leszállás során egyetlen kísérletet tesz körülbelül 10 gramm anyag begyűjtésére. Három tartálya van, így a küldetés során lesz egy tartalék próbálkozása is.

Akár sikerrel jár a magfúró, akár kudarcot vall, a JAXA-nak van egy másik módszere is az anyaggyűjtésére, bár ezzel csak a felszínről származó laza homokot tudják begyűjteni: a Honeybee Robotics által kifejlesztett pneumatikus mintavevő, vagyis a P-mintavevő. „Ez lényegében egy porszívó” – mondja Zacny. Gázsugarakat fúj a felszínre, felkavarva a laza anyagot, és egy gyűjtőtartályba terelve azt. A P-mintavevő már bizonyított az űrben: egy változata 2025-ben repült a Firefly Aerospace Blue Ghost holdi leszállóegységén. De ez is kockázatokkal jár. A gázsugarak kibocsátása felboríthatja az űreszközt. ezért a műszer felfelé is gázt bocsát ki, hogy stabil maradjon.

Ha az MMX túléli az első leszállást és mintavételt, a JAXA valószínűleg másodszor is kockáztatni fog. Az MMX felszáll, majd „visszadriftel” a légkörben, hogy újra leszálljon a Phobos egy másik részén. Ezután, a Phobos-szilánkokkal a fedélzetén, az MMX felemelkedik, hogy elvégezze a Mars-rendszerben való utolsó megfigyeléseit, beleértve a Deimos többszöri megközelítését is. 2030-ban aztán az űreszközről leválasztják a leszállótámaszokat és a felfedező modul műszereit. És a hajtóművek révén a visszatérő modul megkezdi az egyéves utat hazafelé.

Ha minden jól megy, 2031-ben Ausztráliában landolhatnak a minták, ahonnan egy laborba szállítják őket, hogy egy hipertiszta helyiségben óvatosan kinyissák a kapszulát. A küldetés tudományos hozadéka hatalmas lehet. A Phobos eredete mellett a Marsról is kiderülhet rengeteg minden, akár az is, hogy hordozott-e valaha életet. Az izgalmak tehát nem érnek véget a Földre való visszaéréssel.