Robotit valtaavat Marsin

Seuraavien vuosien kuluessa Marsiin suuntaa aivan uusi robottien sukupolvi, joka porauslaitteiden ja liikkuvien laboratorioiden avulla tutkii planeetan viimeisetkin kolkat ja selvittää lopullisesti, onko Marsissa elämää vai ei.

Seuraavien vuosien kuluessa Marsiin suuntaa aivan uusi robottien sukupolvi, joka porauslaitteiden ja liikkuvien laboratorioiden avulla tutkii planeetan viimeisetkin kolkat ja selvittää lopullisesti, onko Marsissa elämää vai ei.

NASA & ESA

Marsin valloituksen seuraava vaihe alkaa helmikuussa 2021.

Silloin seitsemän kuukautta avaruudessa kulkenut alus syöksyy naapuriplaneettamme kaasukehään reippaalla 20 000 kilometrin tuntinopeudella. Kaasukehä jarruttaa aluksen lentoa niin, että kun se on päässyt 11 kilometrin etäisyydelle Marsin pinnasta, vauhtia on enää 1 500 kilometriä tunnissa.

Silloin aluksesta avautuu laskuvarjo, joka hillitsee aluksen putoamistahtia lisää. Samalla aluksen tutka seuraa, miten nopeasti planeetan pinta lähestyy, ja kamera kuvaa pintaa. Kameran kuvia verrataan ennalta satelliittikuvien perusteella laadittuun karttaan.

Näin varmistetaan, että alla on juuri se kohta, joka on valittu laskeutumispaikaksi, jotta kallis kuorma eli reilun tonnin painoinen Nasan Mars 2020 -mönkijä ei rysähdä rikki esimerkiksi kallionrinteeseen.

Kun alus on sopivaksi määritetyllä korkeudella, aluksen ylin kuori ja sen mukana laskuvarjo irtoavat. Sitten alus jatkaa matkaansa vapaassa putoamisessa noin 280 kilometrin tuntinopeudella.

Silläkin vauhdilla törmäys Marsin pintaan tuhoaisi niin aluksen kuin kuormankin. Aluksessa on onneksi kahdeksan jarrurakettia, jotka hidastavat loppumatkan 2,7 kilometriin tunnissa.

Vaikka nopeus ei enää ole päätä huimaava, yksi riskialtis vaihe on vielä edessä. Itse mönkijä pitää laskea pinnalle ja varmistaa, ettei laskeutumisalus putoa sen päälle.

Sitä varten aluksessa on nosturi, jonka vaijerin varassa Mars 2020 taittaa matkan viimeisen osuuden. Sitten vaijeri irtoaa ja jarruraketit paiskaavat laskeutumisaluksen turvallisen välimatkan päähän.

Tässä vaiheessa aluksen saapumisesta Marsin kaasukehään on kulunut seitsemän minuuttia.

© NASA / Thomas Arnoldi

Turvallisesti pinnalle

Mars 2020:n laskeutumista varmistavat seitsemän kameraa ja uusi laskuvarjon irrotusmekanismi.

Mars 2020 on parannettu versio Nasan Curiosity-mönkijästä, joka on tutkinut punaista planeettaa vuodesta 2012 lähtien. Mars 2020 saa työkaluikseen uudet kehittyneemmät tutkimuslaitteet, ja sen laskeutumisaluksen uusi navigointijärjestelmä auttaa laskemaan mönkijän juuri siihen paikkaan, jota sen on määrä tutkia.

Mars 2020:n lisäksi vuoden 2020 puolessavälissä Marsia kohti lähtee kaksi muutakin mönkijää: Euroopan avaruusjärjestön Esan ExoMars ja kiinalainen pienempi marskulkija.

Uutisia Marsista kuullaan kuitenkin jo paljon aikaisemmin. Marraskuussa 2018 Marsiin saapuu Nasan InSight-luotain, joka etsii uutta tietoa Marsin sisuksista. Sillä on mukanaan porauslaite, joka vie Marsin pinnan alle lämpömittarin, ja seismometrillä kuulostellaan Marsin geologista aktiivisuutta ja meteoriittien törmäyksiä.

Mönkijä möyrii pintaa syvemmältä

Mars on taas tutkijoiden innostuneen kiinnostuksen kohteena. Siihen on ennen kaikkea kaksi syytä. Tutkijat haluavat saada lopultakin vastaukseen kysymykseen, onko Marsissa joskus ollut elämää. Toisaalta Marsiin kaavaillaan vakavissaan miehitettyä lentoa ja tukikohtia.

Nykyisellään Mars on jääkylmä ja rutikuiva, mutta reilut kolme miljardia vuotta sitten sen pinnalla velloi vettä niin järvissä ja joissa kuin todennäköisesti valtamerissäkin.

Nestemäinen vesi on yksi elämän synnyn edellytyksistä – ainakin Maassa. Yksi biologian suurista kysymyksistä onkin se, sattuivatko kemialliset yhdisteet reagoimaan vedessä niin, että tuloksena oli elämää, vain maapallolla, vai onko sama sattunut muinoin muillakin Aurinkokunnan taivaankappaleilla.

Niinpä myös nyt rakenteilla olevien uusien Mars-mönkijöiden päätehtävänä on elämän merkkien etsiminen. Aikaisemmat Marsia kaivelleet luotaimet ja sitä kiertoradalta tähyilevät satelliitit ovat varmistaneet, että naapuriplaneetallamme on lämmin ja kostea menneisyys. Nyt mönkijöiden on määrä antaa lopullinen tuomio siitä, onko Marsissa ollut elämää vai ei.

Jos Marsissa on joskus ollut elämää, sitä voi olla siellä edelleen. Uudet mönkijät saavat edeltäjiään huomattavasti paremmat työkalut tehtävänsä suorittamiseen. Ne varustetaan uuden sukupolven instrumenteilla, jotka on varta vasten suunniteltu tunnistamaan eliöiden aikaansaamia yhdisteitä.

Lisäksi nyt päästään etsimään eloperäisiä aineita kahden metrin syvyydestä, kun
tähän asti luotaimet ja mönkijät ovat lähinnä rapsutelleet Marsin pintaa.

Pora ja laboratorio samassa paketissa

/ 6

Viisi aurinkopaneelia tuottaa sähköä

Mönkijä saa sähkönsä viidestä aurinkopaneelista, joista neljä on avaruuslennon ajan kokoon taitettuina. Yöllä sähkö saadaan litiumioniakuista, joihin sitä varastoidaan päivällä.

1

Minilaboratorio analysoi poran näytteet

Poran ottamat näytteet tutkitaan saman tien. Laboratorion laitteistoon kuuluu mikroskoopin ohella joukko erilaisia spektrometreja, jotka kertovat näytteiden koostumuksen.

2

Pora painuu kahden metrin syvyyteen

Pora on suunniteltu ottamaan kolmen sentin pituisia näytteitä eri syvyyksistä. Poran ylin osa on 70 senttiä pitkä, ja sen sisällä on laite, joka analysoi näytteet suoraan porausaukossa. Poraa voidaan pidentää kolmella puolimetrisellä lisäosalla.

3

Kamera kuvaa kiveä

Lähikuvia varten kehitetyllä CLUPI-kameralla tutkitaan kallioita sekä poran nostamia pöly- ja kivinäytteitä. Kuvista etsitään viitteitä siitä, millaisessa ympäristössä kivi on syntynyt, ja mahdollisia merkkejä elämästä.

4

Kaksi skanneria katsoo pinnan alle

WISDOM-tutka ja neutroni-ilmaisin Adron skannaavat Marsin maaperää aina 10 metrin syvyyteen asti. Ne etsivät muun muassa jääesiintymiä, joista voidaan sitten porata näytteitä.

5

Kamera tähyilee tutkittavia kiviä

ExoMarsin maston päässä on kaksi laajakulmakameraa ja yksi teräväpiirtokamera, jotka tarkkailevat maisemaa spektrometrin kanssa ja etsivät kiviä, joissa on veden jälki

6
© NASA

Happea hiilidioksidista

Retkikuntia Marsiin suunnitellaan täyttä päätä, ja suunnitelmissa on myös pysyvä tukikohta. Vielä on kuitenkin selvittämättä, mihin Marsissa tukikohta kannattaa sijoittaa ja miten planeetan luonnonvaroja voidaan käyttää hyväksi.

Tukikohta kannat taa rakentaa sinne, missä on saatavissa vettä vaikkapa jääesiintymiä sulattamalla. Hengitysilmaa taas voidaan tehdä erottamalla happea kaasukehän hiilidioksidista. Maan ilmakehästä 21 prosenttia on happea, mutta Marsin kaasukehä koostuu 96-prosenttisesti hiilidioksidista ja happea siinä on vain 0,13 prosenttia.

Toisaalta hiilidioksidi koostuu hiilestä ja hapesta. Mars 2020:n mukana onkin laite, jolla testataan, voiko hiilidioksidin hapen ottaa talteen ja käyttää hengitysilman valmistukseen. Testilaite on nimeltään MOXIE. Se toimii periaatteessa samalla tavalla kuin yhteyttävät kasvit Maassa.

23 silmää syynää Marsin pintaa

/ 5

Sääasemassa mukana suomalaistekniikkaa

Sääasema MEDA seuraa kaasu-kehän pölyn määrää, tuulen nopeutta ja suuntaa, lämpötilaa, kosteutta ja painetta. Paine- ja kosteusanturit toimittaa Suomen Ilmatieteen laitos.

1

Stereokamera tuottaa 3d-kuvaa

Mönkijän mastossa on Mastcam-Z-kamera, joka ikuistaa Marsin maisemat kolmiulotteisena panoraama-kuvana. Siitä voidaan määrittää välimatka kiinnostaviin kiviin ja kallioihin.

2

Lasersäde polttaa kiven kaasuksi

SuperCam lähettää voimakkaan lasersäteen, joka saa kallion pinnan kaasuuntumaan. Kaasusta etsitään merkkejä yhdisteistä, jotka ovat lähtöisin muinaisista eliöistä.

3

Tutka katsoo alaspäin

RIMFAX-tutkan säteet ulottuvat 10 metriä Marsin pinnan alapuolelle. Norjalaisvalmisteinen tutka selvittää, onko planeetan pinnan alla vain kiveä ja hiekkaa vai myös jäätä ja vettä.

4

Robottikäsi vie työkalut lähietäisyydelle

Kaksi metriä pitkän konekäden päässä on pora, kamera ja SHERLOC ja PIXL. Kaksi viimeksi mainittua instrumenttia tekevät poran esiin tuomille mineraaleille kemiallisen analyysin.

5
© NASA

Tosin se ei yhteytä vaan hajottaa hiilidioksidin sähkövirran avulla hapeksi ja hiilimonoksidiksi. Tutkijat toivovat, että laite tuottaisi 10 grammaa happea tunnissa. Määrä ei riitä pitämään ihmistä hengissä, mutta se riittäisi osoittamaan, että tekniikka toimii. Mars-retkikunnan tarpeisiin tarvittaisiin ainakin sata kertaa niin suuri laite kuin MOXIE. MOXIE on suunnilleen auton akun kokoinen

Vesijäätä Marsissa on paljon. Molempia napoja peittävät paksut jääkerrokset. Talvella navoille syntyy metrien paksuinen kerros jäätynyttä hiilidioksidia, mutta kesällä etenkin pohjoisnavalla vesijäät ovat melko helposti saavutettavissa.

Hieman lähempänä päiväntasaajaa on jääesiintymiä aivan pinnan alla. Esiintymät löysi Nasan Phoenix-luotain 2008. Luotain laskeutui 68. leveysasteelle päiväntasaajan pohjoispuolella. Maapallolla sama leveyspiiri kulkee suunnilleen Korvatunturin korkeudella. Jää löytyi heti, kun luotain oli vähän rapsutellut laskeutumispaikkansa pintaa.

Tammikuussa 2018 Marsia kiertävä satelliitti Mars Reconnaissance Orbiter löysi paksuja jääkerrostumia myös leveysasteilta, jotka Maassa kulkevat Tanskan korkeudella, ja myöhemmin jääkerrostumia on löydetty jyrkistä rinteistä vastaavilta leveysasteilta eteläiseltä pallonpuoliskolta. Osa jääkerroksista on yli sata metriä paksuja.

Työkalupakissa maatutka

Nasan tutkijat uskovat, että ainakin kolmasosa Marsin pinnasta sisältää vesijäätä ja monin paikoin jäätä on vain muutaman metrin syvyydessä. Vettä olisi siis niin
paljon, että sitä riittäisi janon sammuttamisen ohella hajotettavaksi hapeksi ja vedyksi, joista voidaan valmistaa rakettien poltto­ainetta.

Jos tämä pitää paikkansa, tuleva Mars-retkikunta voisi itse valmistaa polttoaineen paluumatkaa varten..

Kaikissa kolmessa Mars-mönkijässä, jotka aloittavat työnsä 2021, on maatutka, jolla ne voivat etsiä jääkerrostumia pinnan alta kymmenen metrin syvyyteen asti. Jää ei kiinnosta tutkijoita pelkästään retkikuntien huollon näkökulmasta, vaan jääesiintymät voivat valottaa myös Marsin menneisyyttä ja auttaa löytämään vastauksen kysymykseen, mikä planeetan kuivatti.

Satelliittikuvista on löydetty maastosta selviä linjoja, jotka useimpien tutkijoiden mukaan ovat syntyneet vesialtaiden reunoille. Ne ovat siis muinaista rantaviivaa. Kalifornian yliopiston tutkijat esittivät satelliittikuvien perusteella maaliskuussa 2018 päätelmän, että Marsissa on neljä miljardia vuotta sitten ollut meri, jossa aaltoili yli 41 miljoonaa kuutiokilometriä vettä eli kymmenen kertaa niin paljon kuin Välimeressä.

Tutkijat ovat antaneet tälle mahdolliselle valtamerelle nimen Arabia.

Vettä oli muuallakin kuin merissä. Marsissa on todennäköisesti ollut vuolaita jokia, jotka ovat kuluttaneet uomia kallioperään. Monin paikoin, kuten Gale-kraatterissa, on ollut järviä. Curiosity-mönkijä, joka tutkii juuri Gale-kraatteria, on löytänyt viitteitä siitä, että sen sisuksissa on ollut järvi.

Euroopalla on ollut huono tuuri

Marsin pintaan osuu jatkuva kosmisen säteilyn pommitus, joka tuhoaa paitsi elämän mahdollisuudet myös mahdolliset muinaisten eliöiden fossiilit. Siksi Esan ExoMars-mönkijällä on mukanaan pora, jolla se etsii muinaismikrobien jälkiä pinnan alta. Pora yltää kahden metrin syvyyteen.

Pora ottaa maaperästä näytteitä, joiden pituus on kolme senttiä ja halkaisija sentin. Näytteet tutkitaan saman tien mönkijän laboratoriossa.

©

FAKTA: EXOMARS

Euroopan avaruusjärjestö Esa laukaisee Exomarsin vuonna 2020 ja suunnitelmien mukaan se laskeutuu Marsiin maaliskuussa 2021

Ensin ne valokuvataan ja sitten murskataan, jotta eri instrumentit voivat selvittää niiden kemiallisen koostumuksen ja tunnistaa mahdolliset orgaaniset yhdisteet. Sitä varten näytteitä muun muassa ammutaan laserilla ja kuumennetaan uunissa ja tutkitaan sitten spektrometreilla.

310 kiloa painavan kuusipyöräisen ExoMarsin vie Marsiin venäläinen laskeutumis­alus, jossa on omat tutkimuslaitteensa. Ne havainnoivat Marsin säätä, kaasukehän koostumusta ja magneettisuutta. Laskeutumisen aikana mönkijä on laskeutujan päällä. Sitten se lähtee aurinkopaneeliensa voimin suorittamaan urakkaansa, jonka on tarkoitus kestää ainakin seitsemän kuukautta.

ExoMarsin laskeutumista maaliskuussa 2021 seurataan varmasti hermot kireällä sekä Esassa että Venäjän avaruuskeskuksessa, sillä sen enempää Esa kuin Venäjäkään ei ole saanut yhtään ainutta Mars-luotainta ehjänä perille. ExoMars-hankkeen kenraaliharjoitukseksi aiottu Schiaparelli-luotaimen laskeutuminenkin lokakuussa 2016 meni mönkään.

Laskuvarjo ja ohjausmoottorit huolehtivat siitä, että ExoMars laskeutuu turvallisesti punaiseen pölyyn.

© NASA / Thomas Arnoldi

1: Aluksen lasku­varjo avautuu 11 kilometrin korkeudessa.

© NASA / Thomas Arnoldi

2: Alin lämpökilpi irtoaa 7 kilometrin korkeudessa.

© NASA / Thomas Arnoldi

3: 1,2 kilometrin korkeudessa irtoavat ylin lämpökilpi ja laskuvarjo.

© NASA / Thomas Arnoldi

4: Aluksen ohjausmoottorit käynnistyvät.

© NASA / Thomas Arnoldi

5: Kahden metrin korkeudessa ohjausmoottorit sammuvat ja alus putoaa loppumatkan vapaasti.

© NASA / Thomas Arnoldi

6: Mönkijä lähtee laskeutujasta

Schiaparellin piti leijailla laskuvarjon ja jarrurakettien varassa Marsin pinnalle, mutta järjestelmävian takia raketit toimivat vain kolme sekuntia aiottujen 30 sekunnin asemesta. Niinpä luotain laskeutui viimeiset 3,7 kilometriä vapaassa putoamisessa, jysähti pintaan 540 kilometrin tuntivauhtia ja murskautui saman tien.

Schiaparellin mukanaan viemä satelliitti Trace Gas Orbiter (TGO) kuitenkin kiertää edelleen Marsia ja on 400 kilometrin korkeudesta tutkinut muun muassa Marsin kaasukehää. Kaasukehästä etsitään etenkin metaania, joka saattaa olla eloperäistä.

Schiaparellin epäonni viivästytti ExoMarsin lähtöä kahdella vuodella. Samalla se oli muistutus siitä, että vieraalle planeetalle laskeutuminen on hyvin hankala operaatio. Tähän mennessä Marsiin on päässyt ehjänä vain neljä mönkijää: Nasan Sojourner, Spirit, Opportunity ja Curiosity. Ne ovat yhteensä taittaneet Marsissa 75 kilometrin matkan.

Lahjoja seuraaville mönkijöille

Kolme metriä pitkän Mars 2020:n esikuvana on ollut Curiosity, joka on mönkinyt Marsissa jo kuusi vuotta. 1 050-kiloinen Mars 2020 on tosin 151 kiloa raskaampi kuin edeltäjänsä.

Sen massaa kasvattavat muun muassa paksusta alumiinista tehdyt tukevat pyörät. Curiosityn pyörät ovat pahasti kuluneet, vaikkakin niiden uskotaan kestävän vielä muutaman vuoden.

Nasan tuleva Mars 2020 on parannettu versio Curiositysta (kuvassa). Uusien instrumenttien lisäksi Mars 2020 saa tukevammat pyörät.

© NASA

Osa Mars 2020:n laitteistosta on päivitettyjä ja parannettuja versioita Curiosityn instrumenteista, mutta osa on uusia. Mars 2020 ei toimi aurinkopaneeleilla, vaan sen energianlähteenä on ydinreaktori, jonka polttoaineena on plutonium. Reaktorin on määrä toimia ainakin kymmenen vuotta.

Kun Curiosity lähetettiin matkaan, sen tehtävänä oli selvittää, onko Mars joskus menneisyydessä voinut olla paikka, jossa esiintyy bakteeritasoista elämää. Siihen tarvitaan vettä, mutta myös oikeita alkuaineita, kuten happea, hiiltä, vetyä, typpeä, fosforia ja rikkiä. Jo vuoden työrupeaman jälkeen oli selvää, että Curiosityn tutkima alue täytti kaikki nämä edellytykset.

Mars 2020, kuten ExoMars omalla tahollaan, jatkaa Curiosityn aloittamaa työtä. Pitkän robottikätensä ansiosta se pääsee aivan tutkittavien kivien tuntumaan. Sen PIXL-röntgenspektrometri tutkii kiviä hiukkasen tarkkuudella ja paljastaa kallioiden rakenteen ja koostumuksen.

Mukana on myös muun muassa suurtarkkuuskamera ja ultraviolettivalospektrometri, jotka etsivät mahdollisesti eliöistä peräisin olevia hiili­pitoisia molekyyleja.

Mars-mönkijät eivät voi olla kovin painavia, eikä niiden kyytiin siksi mahdu kaikkia tutkijoiden toivomia välineitä. Mars 2020 aikookin jättää lahjan tuleville Marsin tutkijoille. Mönkijässä on pora ja 43 pientä titaaniputkea, joihin kuhunkin mahtuu 15 gramman painoinen enintään viiden sentin pituinen ja sentin paksuinen näyte. Vähintään 20 putkea näytteineen on määrä jättää Marsiin.

Putket suljetaan tiiviisti ja jätetään odottamaan noutajaa paikkaan, jonne on helppo laskeutua.

Ajatuksena on, että joskus tulevaisuudessa seuraava mönkijä käy poimimassa näytteet ja vie ne alukseen, joka tuo ne Maahan tutkittaviksi. Täällä niitä voidaan tutkia paljon tarkemmin kuin mönkijän mini­laboratoriossa.

Edestakainen matka Marsiin voi olla mahdollinen 2020-luvun lopulla.
Siihen asti saamme tyytyä Mars InSight -luotaimen tuloksiin (brødtekst-link over til hovedartiklen herfra). Parin seuraavan vuoden kuluessa se toivottavasti kertoo, miten lämmintä Marsin pinnan alla on ja onko planeetan sisuksissa liikettä.