Buiten in de kou, lege leegte buiten de aarde, NASA's nieuwste Mars-missie raast op 43, 000 mijl per uur in de richting van de Rode Planeet. De missie, maart 2020, passeerde de helft van zijn reis in oktober 2020 en zal naar verwachting op 18 februari op vaste grond landen.

De missie is het eerste deel van een gedurfd plan om iets te doen wat de mensheid nog nooit eerder heeft gedaan:een stukje van een andere planeet terugbrengen naar de aarde. (NASA heeft stenen van de maan opgehaald, maar het wordt niet als een planeet beschouwd.) Dit plan, bekend als Mars Sample Return, zal drie missies omvatten die een decennium beslaan.

Voor Ken Farley, Caltech's W. M. Keck Foundation hoogleraar Geochemie en projectwetenschapper van de missie, Mars 2020 is het hoogtepunt van jarenlang dromen en zorgvuldig plannen.

"Het idee om een ​​monster terug te brengen van Mars gaat tientallen jaren terug, "zegt hij. "We bevinden ons nu in een positie waarin, als alles volgens plan verloopt, samples komen in 2031 terug naar de aarde. Dat klinkt als een lange tijd, maar dit werkelijkheid worden is altijd 10 jaar weg geweest sinds ik op de grad school zat. Nu doen we het echt."

Zodra de missie veilig aankomt, het zal twee voertuigen inzetten:de Ingenuity-helikopterdrone en de Perseverance-rover. Vindingrijkheid zal ons vermogen testen om vliegtuigen te gebruiken op een planeet met een atmosfeer die minder dan 1 procent zo dicht is als die van de aarde. Perseverance zal zich bezighouden met een taak die potentieel paradigmaveranderende beloningen biedt:boren in het rotsachtige oppervlak van Mars om de mogelijkheid te onderzoeken van tekenen van leven die daar ooit hebben bestaan.

Op veel manieren, de Perseverance rover lijkt veel op de vorige rover-missies die NASA en JPL, die Caltech beheert voor NASA, naar Mars hebben gestuurd. Die eerdere rovers, waaronder Opportunity (2004), Geest (2004), Bijwoner (1997), en nieuwsgierigheid (2012), zijn ontworpen om metingen te doen van de atmosfeer en het oppervlak van de planeet en deze naar ons terug te zenden. Lijkt qua uiterlijk op Curiosity, maar groter, zwaarder, en met een monstercachingsysteem in plaats van een ingebouwd laboratorium, Perseverance zal gesteentemonsters verzamelen om ze voor te bereiden op hun terugkeer naar de aarde.

Het zal dat doen aan de rand van Jezero Crater, dat naar men aanneemt ooit een meer ter grootte van Lake Tahoe bevatte toen Mars miljarden jaren geleden nog vloeibaar water op het oppervlak had. Farley zegt dat een belangrijke attractie van Jezero een goed bewaarde rivierdelta is, een geologisch kenmerk dat ontstaat wanneer een rivier grote hoeveelheden sediment laat vallen terwijl het uitmondt in een meer of oceaan. Op aarde, rivierdelta's zijn productieve plaatsen waar het leven bloeit, dus de gedachte is dat als er ooit ergens op Mars leven zou ontstaan, het kan ook overvloedig zijn geweest in de eigen delta's van de Rode Planeet.

"Jezero zou een bewoonbare plaats zijn geweest, "zegt Farley. "Het leven zoals we het kennen had in dat meer kunnen leven, en de modder van een delta is echt goed in het behouden van de biosignaturen van het leven."

Wanneer Perseverance aankomt op een gebied dat veelbelovend lijkt voor het onderzoeksteam, het zal een monster nemen met een boor die een cilindervormige kern snijdt tijdens het boren in de rots. Dergelijke kernen zijn waardevol voor onderzoekers omdat ze een dwarsdoorsnede geven van de lagen en andere kenmerken van het gesteente. De rover boort ongeveer 40 kernen uit de grond, elk ongeveer zo groot als een krijtje, en sluit ze af in monsterbuizen. Op een gegeven moment, de rover zal ze op het oppervlak van Mars plaatsen om ze later op te halen.

"Nadat we ze hebben geboord, we doen iets dat gek lijkt:we zetten ze op de grond in wat we een cache noemen, ' zegt Farley. 'In de volgende twee delen van het programma, we gaan ze halen en brengen ze terug."

De tweede fase van het monsterretourprogramma zal een Sample Retrieval Lander naar de Rode Planeet lanceren in 2026 of 2028. Aan boord van de lander zal een rover en raket worden vervoerd, de Mars Ascent Vehicle. Na de landing op de Jezero-krater, de rover haalt de cache met kernen op die door Perseverance zijn achtergelaten en plaatst ze in de raket. Met de kernen op hun plaats, de raket zal vanaf het oppervlak lanceren en een container ter grootte van een basketbal plaatsen die de monsters in een baan rond Mars houdt.

De laatste stap van de monsterretour zal een ander ruimtevaartuig sturen dat dezelfde lange tocht naar de Rode Planeet zal maken, maar als het aankomt, het zal niet landen. In plaats daarvan, de Earth Return Orbiter haalt de in een baan om de aarde draaiende cache van rotsmonsters op en gaat terug naar de aarde. NASA en de European Space Agency zullen elk componenten leveren voor de Sample Retrieval Lander-missie en de Earth Return Orbiter-missie, met terugkeer naar de aarde gepland in de vroege jaren 2030.

Het is een lange tijdlijn; De ontwikkeling van Mars 2020 begon in 2013, en de planetaire monsters zullen pas ten minste 18 jaar later worden teruggegeven. Maar, Farley zegt, er zijn goede redenen om het op die manier te doen.

"Het is gewoon te ingewikkeld om alles in één keer te verzenden, "zegt hij. "En het is heel logisch om het over meerdere jaren te spreiden, zodat de hoeveelheid geld die je in een jaar nodig hebt niet te veel is. Ook, je hebt veel talent nodig om de nieuwe dingen uit te vinden en te bouwen die elk onderdeel van deze missie nodig heeft. Door ze over een langere periode te ontwikkelen, daar kunnen we genoeg ingenieurs voor hebben."

Wat zijn de voordelen van het terugbrengen van Martiaanse rotsen naar de aarde?

Voor een, omdat de levensvormen die 3,5 miljard jaar geleden op aarde bestonden veel primitiever waren dan nu, er zijn geen fossiele botten te vinden. De veelbetekenende tekenen van de microben die toen bestonden, die eenvoudig en zacht waren, zijn veel moeilijker te identificeren dan een stuk van een dinosaurus. Er zijn zeer gevoelige instrumenten nodig om die tekenen van leven te identificeren - apparatuur die gewoon te groot en te zwaar is om op een raket te zetten en de ruimte in te lanceren.

"Sommige van de instrumenten die we zullen gebruiken om te testen, zijn zo groot als een auto, " zegt Farley. "Zoiets kan je gewoon niet vliegen, dus als we ooit een kwantitatieve geschiedenis van Mars en duidelijk bewijs voor potentieel Marsleven gaan krijgen, we moeten monsters terugbrengen. En de bewijslast om te zeggen dat er leven op Mars was, is erg hoog. Je moet zeker zijn, en de beste manier voor ons om zeker te zijn, is door deze monsters in laboratoria hier op aarde te onderzoeken."

Ondanks het feit dat Mars momenteel te koud en droog is voor enige bekende vorm van leven om daar nu te bestaan, om veiligheidsredenen zullen de kernen worden opgeslagen in een beveiligde faciliteit totdat kan worden bevestigd dat ze geen levende Mars-organismen bevatten.

Als alles goed gaat, en NASA brengt met succes monsters terug, de kennis die we over Mars opdoen kan enorm zijn, Farley zegt, en zou ook inzicht kunnen geven in onze eigen afkomst.

"Het leven bloeide 3,5 miljard jaar geleden op deze planeet in ondiepe meren en zeeën, " zegt hij. "Jezero is een 3,5 miljard jaar oud ondiep meer op Mars, dus wat is het verschil tussen dat meer en de oude meren en zeeën op aarde? Was er leven in Jezero? Als je een bewoonbare omgeving bouwt, verschijnt het leven altijd? Of is er iets magisch aan onze planeet?"

"Het antwoord op deze vraag is diepgaand, " voegt hij eraan toe. "Het laatste decennium heeft onthuld dat de melkweg gevuld is met miljarden planeten, en veel daarvan zijn waarschijnlijk bewoonbaar. Hoeveel van hen leefden of leefden in de haven?"