Zoals miljoenen mensen over de hele wereld, David Shuster en zijn 7-jarige dochter juichten wild toe toen de Perseverance-rover op 18 februari door een luchtkraan naar het oppervlak van Mars werd neergelaten om een ​​jarenlange verkenning te beginnen. Maar voor hem en een deel van het wetenschappelijke team van Mars 2020, echte bevrediging zal worden uitgesteld.

Shuster is een van de 15 leden van het team dat zich richt op het retourneren van monsters, wat betekent dat zij - of hun opvolgers van afgestudeerde studenten - de komende 10 jaar geen echte Mars-rotsen in handen zullen krijgen, op zijn vroegst. NASA en de European Space Agency zullen twee extra missies lanceren om de rotsen te verzamelen die Perseverance opzij legt en ze terug naar de aarde te raketten, liefst in 2031.

Hoe dan ook, Shuster, een professor in aard- en planetaire wetenschap aan de Universiteit van Californië, Berkeley, en een specialist in het dateren van oude rotsen, is niet beroerd. Hij heeft zelf maanstenen bestudeerd die meer dan 50 jaar geleden door astronauten uit het Apollo-tijdperk zijn meegebracht en voelt een speciale affiniteit met de wetenschappers die deze kostbare monsters beschermden ten behoeve van degenen die daarna kwamen. Hij, te, zal een nieuwe generatie wetenschappers helpen.

"Een van de dingen die me motiveert aan deze missie is het feit dat ik heb geprofiteerd van die Apollo-monsters die werden verzameld voordat ik werd geboren. Ik weet uit de eerste hand hoe het is om te profiteren van het echt harde werk, niet alleen tijdens de eigenlijke missies en door de astronauten zelf, maar door wetenschappers die al deze monsters hebben samengesteld en gedocumenteerd, "zei Shuster. "Ik waardeer meteen de waarde daarvan, maar ook het belang om dat zorgvuldig te doen voor de Mars-monsterretourmissie. Met alle wetenschap die op deze monsters zal worden gedaan, het maakt uit welke monsters we verzamelen. Niet zomaar een oud gesteente werkt voor de dingen die we hier in het lab doen."

Voor hem, de belangrijkste vragen zijn:Hoe oud is Jezero Crater, waar volharding landde, en wanneer bestond er vloeibaar water op het oppervlak en zette het de sedimenten af ​​en vormde het de alluviale kenmerken die duidelijk zichtbaar waren in de krater? Schattingen van de leeftijd van de krater, die zijn gebaseerd op het aantal kleinere inslagkraters in de grotere Jezero-krater, variëren van 1,7 miljard jaar tot meer dan 3 miljard jaar, hij zei.

"Een van de aantrekkelijke dingen van deze landingsplaats is dat het vrij duidelijk lijkt dat op een bepaald moment in het verleden - het is niet bekend wanneer - Jezero Crater een meer was, en het deponeerde sediment, zoals deze prachtig bewaard gebleven waaier, " hij zei.

Terwijl instrumenten aan boord van Perseverance rotsen en sediment kunnen testen op chemische samenstelling en mineralogie, ze kunnen de leeftijd niet bepalen. De radioactieve isotoopmetingen die nodig zijn om de leeftijd precies te bepalen, kunnen alleen in laboratoria op aarde worden gedaan.

"Proberen antwoorden op die vragen kwantitatief te krijgen, gebaseerd op geochemische metingen, is niet triviaal - dit is zelfs op aarde moeilijk te doen, " zei Shuster, die voornamelijk gebruik maakt van de wereldklasse, ultramoderne apparatuur in het onafhankelijke Berkeley Geochronology Center.

De analyse compliceren, de retoursamples - slechts 28, als alles goed gaat - zal klein zijn, elk zo groot als een stuk schoolbordkrijt. Wetenschappers zijn van plan ze te analyseren met elke beschikbare chemische en mineralogische techniek. terwijl we zoveel mogelijk van de monsters voor de toekomst bewaren, in de hoop op verbeterde analysetechnieken. Gelukkig, hoewel geochronologische analyse gesteente vernietigt om de leeftijd te bepalen, het proces vereist slechts kleine stukjes.

"De grote vraag is:als we enig bewijs vinden voor vorig leven op Mars - wat een grote motivatie achter deze missie is - zal de volgende vraag zijn:'Wanneer was dat?', Shuster zei. "We moeten weten 'wanneer' in absolute zin, want de volgende vraag die we gaan stellen is:'Wat gebeurde er op dat moment op aarde, en hoe verhouden deze twee zich tot elkaar?'"

'Een onbaatzuchtige missie'

Terwijl Shuster van plan is in de buurt te zijn om een ​​deel van die analyse uit te voeren, zijn afgestudeerde student, Andrew "Drew" Gorin, is klaar om de vruchten te plukken, te.

"Veel van de mensen die verantwoordelijk zijn voor de missie zullen met pensioen gaan tegen de tijd dat de monsters terugkomen - ik ben onder de indruk dat zo'n enorm team van wetenschappers aan zo'n onbaatzuchtige missie zou beginnen, " zei Gorin, die vorig jaar naar UC Berkeley kwam en sinds zijn aankomst geen voet in een campuslab heeft gezet. "Mensen wijden hier de laatste 10 jaar van hun carrière aan en kunnen de resultaten misschien niet zelf ontwikkelen. Dus, het is spannend om als afstudeerder bij het proces betrokken te zijn."

Shuster, een 1996 UC Berkeley alumnus in de geologie, heeft uitgebreid werk verricht, niet alleen op maanrotsen, maar ook rotsen van Mars:stenen die door een meteoorinslag vanaf het oppervlak van Mars werden gegooid en uiteindelijk door het zonnestelsel in de baan van de aarde terechtkwamen en als vallende sterren de atmosfeer binnengingen. Er zijn meer dan 100 van dergelijke meteorieten van Mars geïdentificeerd, maar hun gewelddadige geschiedenis, gecombineerd met waarschijnlijke veranderingen bij het verlaten van Mars en vallen naar de aarde, maak ze slechte vertegenwoordigers van hoe rotsen op Mars zijn.

"Er zijn enkele belangrijke beperkingen aan het bestuderen van meteorieten van Mars:er is geen geologische context, omdat je niet weet waar het vandaan komt; je weet niet wat de oriëntatie van de rots was toen hij op de planeet was, die je nodig hebt voor paleomagnetische studies; en niet alle materialen zijn sterk genoeg om het proces van uitgeworpen worden te overleven en een rotsachtig materiaal te blijven, " zei hij. "Dit zijn allemaal redenen waarom het verzamelen van monsters op de planeet zelf enorm voordelig is. Het vereenvoudigt al die dingen, het zorgt ervoor dat veel van deze problemen gewoon verdwijnen."

De monsterretourmissie is bedoeld om de eerste materialen van een andere planeet terug te brengen, niet alleen stukjes maan of een asteroïde of ruimtestof. Terwijl de Perseverance-rover rond de Jezero-krater navigeert en interessante ontsluitingen onderzoekt, Shuster en andere leden van het wetenschapsteam voor monsterteruggave zullen wekelijks bijeenkomen, zo niet dagelijks, om te beslissen welke rotsen het waard zijn om te worden bemonsterd voor terugkeer naar de aarde. Doorzettingsvermogen zal dan een kern boren, bewaar het hermetisch in capsules en draag ze rond totdat het voldoende is opgehoopt om op het oppervlak te cachen. Er zijn minstens twee caches gepland:één in de krater en één buiten, terwijl de rover van het jongere kraterbinnenland naar de vermoedelijk oudere rots beweegt waarin Jezero is ingebed.

"Onze rol is om expertise te bieden en advies te geven over hoe we het beste kunnen verzamelen en welke monsters we moeten verzamelen, " hij zei, opmerkend dat het team voorlopige plannen heeft die zullen evolueren naarmate de rover het landschap in de gaten houdt. "De beslissingen zullen gebaseerd zijn op alle informatie die we hebben, en die informatie evolueert door de tijd heen."

Meteoorkraters tellen

Voordat u kernen gaat boren, het monsterretourteam moet beslissen welke stenen de antwoorden zullen geven die ze nodig hebben. Vulkanisch, of stollings, rotsen bieden de beste radiometrische data, zei Gorin. Hij hoopt dat Perseverance stenen zal oppikken die zullen helpen bij het kalibreren van de standaardtechniek - kratertelling - die nu wordt gebruikt om de leeftijd van de oppervlakken van planeten en manen te schatten. Deze techniek is gebaseerd op correlaties tussen kratertellingen en radiometrische datering van gesteenten op de maan, met de veronderstelling dat de meteoorpopulatie in de asteroïdengordel vergelijkbaar is rond de maan en Mars, met enige accommodatie voor de verschillende zwaartekracht en atmosfeer op Mars.

"Het idee is, stel je voor dat je een plat oppervlak hebt dat in de loop van de tijd wordt gebombardeerd met impactoren in een bekend tempo, "zei hij. "Op basis daarvan, als je de grootteverdeling van kraters meetelt, je kunt erachter komen hoe lang het geleden is dat dat oppervlak ooit helemaal vlak was. We hebben enkele ankerpunten die we van de maan hebben verzameld:basalt- of lavastromen, waarvan we ons kunnen voorstellen dat het ooit het oppervlak volledig heeft afgevlakt. Lavastromen zijn echt uitstekend geschikt voor radiometrische datering."

Gorin is belast met het beoordelen van welke rotsen waarschijnlijk een datum geven die nauwkeurig genoeg is om het aantal meteoren op Mars te kalibreren.

"We willen een monster vinden van een gemakkelijk te dateren materiaal in Jezero Crater, waar we deze techniek voor het tellen van kraters kunnen toepassen en ook iets radiometrisch kunnen dateren. vergelijk die en gebruik dat om het ankerpunt te verschuiven, waardoor we beter kunnen begrijpen hoe het systeem op Mars werkt, " hij zei.

Shuster merkte op dat zijn monsterretourteam kudde moet rijden op andere leden van het wetenschappelijke team om ervoor te zorgen dat Perseverance de tijd heeft om belangrijke monsters te verzamelen en in de cache op te slaan om ze op te halen in het licht van de nieuwsgierigheid gedreven wens om elk interessant hoekje en gaatje te verkennen in de Jezero-krater.

"Deze missie is heel anders dan eerdere Marsrover-missies omdat we een bepaalde datum hebben, aan het einde waarvan we deze monsters die we gaan verzamelen op een vaste locatie moeten hebben, "zei hij. "Dus, we hebben een tempo op deze missie dat onmiskenbaar is."

Gorin zal zijn Ph.D. tegen de tijd dat de rotsen van Mars naar de aarde terugkeren, maar hij hoopt dat zijn werk aan de missie - waarvan hij zei dat het een verbazingwekkende samenwerking is tussen jongere en oudere wetenschappers - hem daarna zal helpen toegang te krijgen. En het was allemaal toevallig. Zijn masterscriptie aan het Boston College betrof het gebruik van geochemie om klimaatverandering over de hele geschiedenis van de aarde te onderzoeken, daarom vroeg hij om met Shuster te werken toen hij solliciteerde bij UC Berkeley. Hij was verrast toen Shuster vroeg of zijn rol bij de Mars-monsterretourmissie, wat veel van zijn tijd zou kosten, zou een dealbreaker zijn voor Gorin.

"Toen hij me vroeg of ik interesse had om dat soort werk te doen, Ik was zo van, 'Wie zou daar nee tegen zeggen?'' zei Gorin. 'Dat klinkt geweldig. Werken aan de Mars-missie gaat terug op die kinderlijke opwinding voor de wetenschap die we allemaal hebben."

"Ik voel me echt gelukkig dat ik de kans heb gekregen om bij te dragen aan zo'n belangrijke missie, " voegde hij eraan toe. Het is ook gemakkelijker om zijn werk uit te leggen aan niet-wetenschappers. "Ik werk al een tijdje aan onderzoek naar klimaatverandering, wat ik even belangrijk vind, " hij zei, "maar het is een stuk makkelijker om mensen voor dit werk te interesseren."