Kiedy misje z załogą rozpoczynają podróż na Marsa po raz pierwszy, będą musiały być jak najbardziej samowystarczalne. Nawet jeśli Mars i Ziemia znajdują się w najbliższych sobie punktach na swoich orbitach co 26 miesięcy (znane jako „ Opozycja ”), podróż tam statku kosmicznego może zająć od sześciu do dziewięciu miesięcy. To sprawia, że misje z zaopatrzeniem są boleśnie niepraktyczne, a astronauci muszą spakować mnóstwo zapasów na podróż. Będą również musieli wyhodować część swojej żywności i wykorzystać lokalne zasoby, aby zaspokoić swoje potrzeby, proces znany jako In-Situ Resource Utilization (ISRU).
W szczególności astronauci będą musieli wiedzieć, gdzie znaleźć wodę na Czerwonej Planecie, co jest niemałym wyzwaniem. Na szczęście Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) stworzyła mapę mineralną pokazującą lokalizacje minerałów wodnych (skał, które zostały chemicznie zmienione przez wodę). Ta mapa została stworzona przez projekt Mars Orbital Catalog of Aqueous Alteration Signatures (MOCAAS) i jej ukończenie zajęło ponad dziesięć lat. Kiedy nadejdzie czas, aby wybrać miejsca lądowania dla misji z załogą na Marsa (w następnej dekadzie i później), takie mapy będą bardzo przydatne!
Projekt M 3 to międzynarodowy program, który obejmuje naukowców z Institut d’Astrophysique Spatiale (IAS) w Paryżu, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) na Aix-Marseille University, Institute of Space and Astronautical Science (ISAS) z Japan Aerospace eXploration Agency (JAXA) oraz Europejskim Centrum Astronomii Kosmicznej ESA (ESAC) w Madrycie, Hiszpania. Proces ten jest szczegółowo opisany w zestawie artykułów kierowanych przez Lucie Rui (naukowca z ISAS JAXA i członka ESA Research Fellow w ESA-ESAC) oraz Johna Cartera (IAS i LAM), które ukazały się między marcem a sierpniem w czasopiśmie naukowym Icarus.
Mapa została stworzona przy użyciu danych uzyskanych przez instrument Mars Express Observatoire Mineralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activité (OMEGA) na pokładzie Mars Express (MEx) ESA oraz Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) na pokładzie Marsa NASA Orbiter rozpoznawczy (MRO). Instrumenty te mapują złoża mineralne na Marsie od 2003 i 2006 roku (odpowiednio), aby określić, gdzie woda kiedyś płynęła po powierzchni. W szczególności szukali miejsc, w których występuje obfitość gliny i soli, które są wynikiem interakcji skał z wodą z biegiem czasu.
Zbiory danych tych dwóch instrumentów są wysoce komplementarne, ponieważ prowadzą obserwacje w tym samym zakresie długości fal i są wrażliwe na te same rodzaje minerałów. Podczas gdy CRISM zapewnia wysokiej rozdzielczości widma zlokalizowanych uwodnionych łat mineralnych, OMEGA zapewnia globalne pokrycie z wyższą rozdzielczością widmową i lepszym stosunkiem sygnału do szumu. Podczas gdy CRISM idealnie nadaje się do mapowania małych obszarów, takich jak lądowiska łazików, OMEGA lepiej nadaje się do mapowania globalnego i regionalnego.
Na Ziemi interakcje między skałami a wodą w różnych warunkach prowadzą do powstania różnych rodzajów iłów. Na przykład minerały gliny smektytowej i wermikulitowej powstają w wyniku interakcji skały wulkanicznej ze stosunkowo niewielkimi ilościami wody. Można je zidentyfikować na podstawie zachowanych pierwiastków chemicznych (żelazo i magnez). Tam, gdzie jest więcej wody, skały będą bardziej zmienione, usuwając rozpuszczalne elementy i pozostawiając gliny bogatsze w metale (takie jak kaolin, który zatrzymuje aluminium).
Zaskakujące dla zespołu badawczego było rozpowszechnienie tych minerałów. Dziesięć lat temu planetolodzy uważali, że takie złoża minerałów są wartościami odstającymi, a na całej planecie jest tylko 1000 wychodni. Natomiast nowa mapa ujawniła setki tysięcy takich obszarów w najstarszych częściach planety.
Dzięki tej pracy ustalono, że kiedy szczegółowo badasz starożytne tereny, nie dostrzeganie tych minerałów jest w rzeczywistości osobliwością. Myślę, że wspólnie nadmiernie uprościliśmy Marsa.powiedział John Carter.
Na podstawie wcześniejszych danych mineralnych naukowcy byli ogólnie zdania, że woda ma ograniczony zasięg i czas trwania. Ta nowa mapa wskazuje, że woda była znacznie bardziej rozpowszechniona na Marsie i dlatego odegrała ważną rolę w ewolucji geologicznej planety. To, co pozostaje do sprawdzenia, to czy woda płynęła przez dłuższy czas, czy też była ograniczona do krótkich, intensywnych okresów powodzi. Chociaż ta mapa nie może odpowiedzieć na to definitywnie, jest to krok w tym kierunku. Co więcej, mapa ta pokazuje, że rodzaje glinek mineralnych znajdowanych na Marsie są bardziej zróżnicowane i skomplikowane, niż wcześniej sądzono.
W przeszłości planetolodzy mieli tendencję do myślenia, że w cieplejszym i wilgotniejszym miejscu Marsa powstało tylko kilka rodzajów gliny. Następnie, gdy wody stopniowo zanikały, na powierzchni pozostały osady soli. Nowa mapa pokazuje, że podczas gdy wiele marsjańskich warstw soli utworzyło się po złożach gliny, były miejsca, w których sole utworzyły się wcześniej, a inne, gdzie mieszały się sole i gliny. Sugeruje to, że historia przejścia Marsa z cieplejszego miejsca do suchego i lodowatego jest bardziej skomplikowana niż wcześniej sądzono.
Ewolucja od dużej ilości wody do braku wody nie jest tak wyraźna, jak myśleliśmy, woda nie zatrzymała się po prostu z dnia na dzień. Widzimy ogromną różnorodność kontekstów geologicznych, tak że żaden proces ani prosta oś czasu nie mogą wyjaśnić ewolucji mineralogii Marsa. To pierwszy wynik naszego badania. Po drugie, jeśli wykluczysz procesy życiowe na Ziemi, Mars wykazuje różnorodność mineralogii w ustawieniach geologicznych, tak jak Ziemia.powiedział Carter.
Po zmapowaniu setek tysięcy łat mineralnych następnym krokiem było określenie ilości różnych rodzajów minerałów. Określając ilościowo, które uwodnione minerały są obecne na Marsie i gdzie można je znaleźć, naukowcy mogą zrekonstruować ewolucyjną historię Marsa.
Jeśli wiemy, gdzie iw jakim procencie występuje każdy minerał, daje nam to lepsze wyobrażenie o tym, jak te minerały mogły powstać. To właśnie mnie interesuje i myślę, że tego rodzaju praca z mapami pomoże otworzyć te badania w przyszłości.powiedział Riu.
Powstała mapa jest dużym osiągnięciem i to nie tylko ze względu na sposób, w jaki mogłaby informować załogowe misje na Marsa. W perspektywie krótkoterminowej lokalizacje minerałów wodnych przyniosą również korzyści planistom, którzy chcą wybrać miejsca na misje zrobotyzowane. Oprócz pokazania złóż minerałów w kraterze Jezero (patrz powyżej), gdzie łazik Perseverance obecnie bada i pobiera próbki, mapa ta ujawniła również rozległe, bogate w glinę stanowiska w Oxia Planum (patrz poniżej). Ze względu na jego bogatą w minerały naturę, w tym smektyt i wermikulit, miejsce to zostało wybrane jako miejsce lądowania łazika Rosalind Franklin ESA.
Ale oczywiście długoterminowe korzyści z tego rodzaju mapowania będą naprawdę odczuwalne, gdy nadejdzie czas na zorganizowanie misji z załogą na Marsa. Kiedy astronauci zaczną stawiać stopę na Czerwonej Planecie, jak planują NASA i Chiny (początek w 2033 r.), trzeba będzie wybrać miejsca lądowania w pobliżu źródeł wody. Oprócz osadów lodowych, które mogą ograniczać lądowiska do regionów polarnych, obecność wodnych złóż mineralnych (które wciąż zawierają wodę) stwarzają możliwości do zbadania równikowych i innych regionów Marsa. Mając w pobliżu dużą skrzynkę wody, astronauci będą mogli założyć obozy bazowe, w których będą mogli prowadzić operacje naukowe. Oprócz dostarczania wody pitnej, wodne zasobniki mineralne mogą być również wykorzystywane do nawadniania roślin (zarówno do jedzenia, jak i do eksperymentów) oraz do wytwarzania tlenu i wodoru. Te z kolei mogłyby zostać wykorzystane do uzupełnienia zaopatrzenia w tlen astronauty, zasilania ogniw paliwowych lub produkcji paliwa – takiego jak ciekły tlen (LOX) i ciekły wodór.
Wreszcie gliny i sole można by wykorzystać do kształtowania materiałów budowlanych w celu stworzenia długotrwałych siedlisk, które zapewniłyby dodatkową ochronę przed promieniowaniem. Będzie to szczególnie przydatne, jeśli planiści misji mają nadzieję wysłać wiele ekspedycji w te same regiony Marsa. Dzięki dodatkowej ochronie, siedliska powierzchniowe będą mogły trwać dłużej niż pojedyncza misja (kilka miesięcy) i obsługiwać rotacyjne załogi. W zależności od tego, jak obfite jest zaopatrzenie w wodę, bazy mogą potencjalnie przetrwać lata. W ciągu dekady dwie główne agencje kosmiczne wyślą astronautów na Marsa, a ludzie po raz pierwszy postawią stopę na innej planecie! Wkrótce mogą do nich dołączyć inne agencje kosmiczne, podmioty komercyjne, a może nawet osadnicy. Jeśli Elon Musk postawi na swoim, statki kosmiczne mogą wcześniej transportować załogi i ładunki na Czerwoną Planetę. Wiąże się to z niezliczonymi wyzwaniami, od logistycznych i technicznych po zapewnienie zdrowia i bezpieczeństwa astronautów podczas misji (która może trwać nawet trzy lata). Ekscytujące jest to, że jesteśmy w punkcie, w którym zaczyna się układać niezbędne planowanie. Obejmuje to misje robotów eksplorujące i mapujące środowisko Marsa, testujące pojazd startowy i statek kosmiczny, które je tam zabiorą (SLS i Orion), a wkrótce będą obejmować rozmieszczenie podstawowych elementów Lunar Gateway. Gdy ta dekada zbliża się do końca, program Artemis sfinalizuje sprawy, sprawdzając wszystkie systemy i infrastrukturę, które pozwolą na misje na Marsa w następnej kolejności.
info: ESA
