Come milioni di persone in tutto il mondo, David Shuster e sua figlia di 7 anni hanno esultato selvaggiamente quando il rover Perseverance è stato calato dalla gru celeste sulla superficie marziana il 18 febbraio per iniziare anni di esplorazione. Ma per lui e un sottoinsieme del team scientifico di Mars 2020, la vera gratificazione sarà ritardata.

Shuster è uno dei 15 membri del team focalizzato sulla restituzione dei campioni, il che significa che loro, o i loro successori studenti laureati, non metteranno le mani sulle rocce di Marte per altri 10 anni, al più presto. La NASA e l'Agenzia Spaziale Europea lanceranno due missioni aggiuntive per raccogliere le rocce che Perseverance mette da parte e riportarle sulla Terra, idealmente entro il 2031.

Tuttavia, Shuster, professore di scienze della terra e planetarie all'Università della California, Berkeley, e uno specialista nella datazione di vecchie rocce, non è sfigato. Lui stesso ha studiato le rocce lunari riportate dagli astronauti dell'era Apollo più di 50 anni fa e sente una speciale affinità con gli scienziati che hanno protetto quei preziosi campioni a beneficio di coloro che sono venuti dopo. Lui, pure, aiuterà una nuova generazione di scienziati.

"Una delle cose che mi motiva di questa missione è il fatto che ho beneficiato di quei campioni Apollo che sono stati raccolti prima che io nascessi. Conosco in prima persona cosa vuol dire beneficiare del duro lavoro, non solo durante le missioni effettive e dagli stessi astronauti, ma dagli scienziati che hanno curato e documentato tutti questi campioni, "disse Shuster. "Apprezzo subito il valore di questo, ma anche l'importanza di farlo con attenzione per la missione di ritorno del campione su Marte. Con tutta la scienza che verrà fatta su questi campioni, importa quali campioni raccogliamo. Non solo qualsiasi vecchia roccia funziona per le cose che facciamo qui in laboratorio".

Per lui, le domande chiave sono:quanti anni ha il cratere Jezero, dove atterrò la Perseveranza, e quando esisteva l'acqua liquida in superficie che depositava i sedimenti e scolpiva le caratteristiche alluvionali ben visibili nel cratere? Stime dell'età del cratere, che si basano sul numero di crateri da impatto più piccoli all'interno del più grande cratere Jezero, vanno da 1,7 miliardi di anni a più di 3 miliardi di anni, Egli ha detto.

"Una delle cose interessanti di questo sito di atterraggio è che sembra abbastanza chiaro che a un certo punto nel passato, non si sa quando, il cratere Jezero fosse un lago, e depositava sedimenti, come questo ventaglio splendidamente conservato, " Egli ha detto.

Mentre gli strumenti a bordo di Perseverance possono testare rocce e sedimenti per composizione chimica e mineralogia, non possono determinare l'età. Le misurazioni degli isotopi radioattivi necessarie per individuare con precisione l'età possono essere eseguite solo nei laboratori sulla Terra.

"Cercando di ottenere risposte a queste domande quantitativamente, sulla base di misurazioni geochimiche, non è banale, è difficile da fare anche sulla Terra, "disse Shuster, che utilizza principalmente la classe mondiale, attrezzature all'avanguardia presso il Berkeley Geochronology Center indipendente.

A complicare l'analisi, i campioni di ritorno:solo 28, se tutto va bene, sarà piccolo, ciascuno delle dimensioni di un bastoncino di gesso per lavagna. Gli scienziati hanno in programma di analizzarli con ogni tecnica chimica e mineralogica disponibile, salvando il maggior numero possibile di campioni per il futuro, nella speranza di migliori tecniche di analisi. Per fortuna, sebbene l'analisi geocronologica distrugga la roccia per determinarne l'età, il processo richiede solo piccoli pezzi.

"La domanda principale è:se troviamo qualche prova della vita passata su Marte, che è una grande motivazione alla base di questa missione, la prossima domanda sarà:'Quando è stato?', " ha detto Shuster. "Dobbiamo sapere 'quando' in senso assoluto, perché la prossima domanda che faremo è, 'Quello che stava accadendo sulla Terra in quel momento, e come si confrontano questi due?'"

"Una missione disinteressata"

Mentre Shuster ha intenzione di essere in giro per condurre alcune di quelle analisi, il suo studente laureato, Andrew "Drew" Gorin, è pronto a raccogliere i frutti, pure.

"Molte delle persone incaricate della missione andranno in pensione prima che i campioni tornino:sono sbalordito dal fatto che una squadra così numerosa di scienziati si imbarchi in una missione così disinteressata, " disse Gorin, che è venuto a UC Berkeley l'anno scorso e non ha messo piede in un laboratorio del campus da quando è arrivato. "Le persone stanno dedicando gli ultimi 10 anni della loro carriera a questo e potrebbero non arrivare a sviluppare i risultati da sole. Quindi, è entusiasmante essere coinvolto nel processo come studente laureato."

Shuster, un alunno 1996 UC Berkeley in geologia, ha condotto un ampio lavoro non solo sulle rocce lunari, ma anche rocce di Marte:pietre che sono state lanciate dalla superficie marziana da un impatto di meteoriti e alla fine si sono fatte strada attraverso il sistema solare nell'orbita terrestre e sono entrate nell'atmosfera come stelle cadenti. Sono stati identificati più di 100 meteoriti di questo tipo provenienti da Marte, ma la loro storia violenta, combinato con probabili alterazioni quando si lascia Marte e cade sulla Terra, renderli poveri rappresentanti di come sono le rocce su Marte.

"Ci sono alcune importanti limitazioni allo studio dei meteoriti di Marte:non esiste un contesto geologico, perché non sai da dove viene; non sai quale fosse l'orientamento della roccia quando era sul pianeta, di cui hai bisogno per gli studi paleomagnetici; e non tutti i materiali sono abbastanza resistenti per sopravvivere al processo di espulsione e rimanere un materiale roccioso, " ha detto. "Queste sono tutte ragioni per cui raccogliere campioni sul pianeta stesso è estremamente vantaggioso. Semplifica tutta quella roba, fa scomparire molti di questi problemi."

La missione di restituzione del campione è progettata per riportare i primi materiali da un altro pianeta, non solo pezzi di luna o un asteroide o polvere spaziale. Mentre il rover Perseverance naviga intorno al cratere Jezero indagando su interessanti affioramenti, Shuster e altri membri del team scientifico di restituzione dei campioni si incontreranno settimanalmente, se non tutti i giorni, per decidere quali rocce vale la pena campionare per il ritorno sulla Terra. La perseveranza quindi perforerà un nucleo, conservarlo ermeticamente in capsule e portarle in giro finché non si è accumulato abbastanza da depositarsi in superficie. Sono previste almeno due cache:una all'interno del cratere e una all'esterno, mentre il rover si sposta dall'interno del cratere più giovane alla roccia presumibilmente più antica in cui è incastonato Jezero.

"Il nostro ruolo è quello di fornire competenze e consigliare su come raccogliere al meglio e quali campioni raccogliere, " Egli ha detto, notando che la squadra ha piani provvisori che si evolveranno mentre il rover sorveglierà il paesaggio. "Le decisioni si baseranno su tutte le informazioni che abbiamo, e quell'informazione si sta evolvendo nel tempo."

Contare i crateri di meteoriti

Prima di perforare le carote, il team di restituzione del campione deve decidere quali rocce forniranno le risposte di cui hanno bisogno. Vulcanico, o igneo, le rocce forniscono le migliori date radiometriche, disse Gorin. Spera che Perseverance raccolga rocce che aiuteranno a calibrare la tecnica standard, il conteggio dei crateri, ora utilizzata per stimare l'età delle superfici dei pianeti e delle lune. Questa tecnica si basa sulle correlazioni tra il conteggio dei crateri e la datazione radiometrica delle rocce lunari, partendo dal presupposto che la popolazione di meteoriti nella fascia degli asteroidi sia simile intorno alla luna e a Marte, con qualche sistemazione per la diversa gravità e atmosfera su Marte.

"L'idea è immagina di avere una superficie piana che viene bombardata da impattatori nel tempo a una velocità conoscibile, " ha detto. "In base a questo, se conti la distribuzione dimensionale dei crateri, puoi tornare indietro da quanto tempo è passato da quando quella superficie era una volta completamente piatta. Abbiamo alcuni punti di ancoraggio che abbiamo raccolto dalla luna:basalto o colate laviche, che possiamo immaginare appiattito completamente la superficie in qualche momento. I flussi di lava sono davvero eccellenti per la datazione radiometrica".

Gorin è stato incaricato di valutare quali rocce potrebbero fornire una data abbastanza precisa per calibrare il conteggio delle meteore su Marte.

"Vogliamo trovare un campione di un materiale facilmente databile all'interno del cratere Jezero dove possiamo quindi applicare questa tecnica di conteggio dei crateri e anche datare radiometricamente qualcosa al suo interno, confronta quelli e usa quello per spostare il punto di ancoraggio, che ci permetterà di capire meglio come funziona il sistema su Marte, " Egli ha detto.

Shuster ha notato che la sua squadra di restituzione dei campioni deve cavalcare la mandria di altri membri del team scientifico per assicurarsi che Perseverance abbia il tempo di raccogliere campioni chiave e conservarli per il ritiro di fronte al desiderio guidato dalla curiosità di esplorare ogni angolo interessante nel cratere di Jezero.

"Questa missione è molto diversa dalle precedenti missioni rover su Marte perché abbiamo una data specifica, al termine della quale dobbiamo avere questi campioni che andremo a raccogliere localizzati in una postazione fissa, " disse. "Allora, abbiamo un ritmo in questa missione che è innegabile".

Gorin avrà ottenuto il suo dottorato di ricerca. quando le rocce di Marte torneranno sulla Terra, ma spera che il suo lavoro sulla missione, che ha detto è sorprendentemente collaborativo tra scienziati più giovani e più anziani, lo aiuterà ad ottenere l'accesso in seguito. Ed è stato tutto casuale. La sua tesi di master al Boston College prevedeva l'uso della geochimica per esplorare i cambiamenti climatici nell'intera storia della Terra, ecco perché ha chiesto di lavorare con Shuster quando ha fatto domanda per l'UC Berkeley. È rimasto sorpreso quando Shuster ha chiesto se il suo ruolo nella missione di ritorno del campione su Marte, che occuperebbe molto del suo tempo, sarebbe un rompicapo per Gorin.

"Quando mi ha chiesto se ero interessato a fare quel tipo di lavoro, Ero come, 'Chi direbbe di no?'", ha detto Gorin. "Sembra fantastico. Il lavoro sulla missione su Marte risale a quell'entusiasmo infantile per la scienza che tutti noi abbiamo".

"Mi sento davvero fortunato ad aver avuto l'opportunità di contribuire a una missione così importante, " ha aggiunto. È anche più facile spiegare il suo lavoro ai non scienziati. "Ho lavorato sulla ricerca sui cambiamenti climatici per un po', che penso sia altrettanto importante, " Egli ha detto, "ma è un po' più facile far interessare le persone a questo lavoro."