NASA, insieme all'Agenzia Spaziale Europea, sta sviluppando una campagna per riportare i campioni marziani sulla Terra.

Il 1 settembre Il rover Perseverance della NASA ha spiegato il suo braccio, piazzato una punta da trapano sulla superficie marziana, e forato circa 2 pollici, o 6 centimetri, verso il basso per estrarre un nucleo di roccia. Il rover in seguito ha sigillato il nucleo di roccia nel suo tubo. Questo evento storico ha segnato la prima volta che un veicolo spaziale ha imballato un campione di roccia proveniente da un altro pianeta che potrebbe essere riportato sulla Terra da un futuro veicolo spaziale.

Mars Sample Return è una campagna multi-missione progettata per recuperare i nuclei che Perseverance raccoglierà nei prossimi anni. Attualmente in fase di concept design e sviluppo tecnologico, la campagna è uno degli sforzi più ambiziosi nella storia dei voli spaziali, coinvolgendo più veicoli spaziali, lanci multipli, e decine di agenzie governative.

"Restituire un campione da Marte è stata una priorità per la comunità scientifica planetaria sin dagli anni '80, e la potenziale opportunità di realizzare finalmente questo obiettivo ha scatenato un torrente di creatività, " ha detto Michael Meyer, scienziato capo del programma di esplorazione di Marte della NASA con sede presso la sede della NASA a Washington.

Il vantaggio di analizzare i campioni sulla Terra, piuttosto che assegnare il compito a un rover sulla superficie marziana, è che gli scienziati possono utilizzare molti tipi di tecnologie di laboratorio all'avanguardia che sono troppo grandi e troppo complesse per essere inviate su Marte. E possono fare analisi molto più velocemente in laboratorio fornendo molte più informazioni sul fatto che la vita sia mai esistita su Marte.

"Ho sognato di avere campioni di Marte da analizzare da quando ero uno studente laureato, " disse Meenakshi Wadhwa, scienziato principale per il programma Mars Sample Return, che è gestito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. "La raccolta di questi campioni ben documentati alla fine ci consentirà di analizzarli nei migliori laboratori qui sulla Terra una volta restituiti".

Mars Sample Return comporterebbe diversi primati volti a risolvere una domanda aperta:la vita ha messo radici in qualche parte del sistema solare oltre alla Terra? "Ho lavorato tutta la mia carriera per avere l'opportunità di rispondere a questa domanda, " ha detto Daniel Glavin, un astrobiologo del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Glavin sta aiutando a progettare sistemi per proteggere i campioni marziani dalla contaminazione durante il loro viaggio da Marte alla Terra.

In fase di sviluppo in collaborazione con ESA (l'Agenzia Spaziale Europea), Mars Sample Return richiederebbe il lancio autonomo di un razzo pieno di prezioso carico extraterrestre dalla superficie di Marte. Gli ingegneri dovrebbero assicurarsi che la traiettoria del razzo sia allineata con quella di un veicolo spaziale in orbita attorno a Marte in modo che la capsula campione possa essere trasferita all'orbiter. L'orbiter riporterebbe quindi la capsula campione sulla Terra, dove gli scienziati sarebbero in attesa di contenerlo in sicurezza prima del trasporto in una struttura sicura a rischio biologico, uno che è in fase di sviluppo ora.

Prima di portare campioni marziani sulla Terra, scienziati e ingegneri devono superare diverse sfide. Eccone uno:

Proteggere la Terra da Marte

Mantenere i campioni chimicamente incontaminati per uno studio rigoroso sulla Terra e sottoporre il loro contenitore di stoccaggio a misure di sterilizzazione estreme per garantire che nulla di pericoloso venga consegnato sulla Terra è un compito che rende Mars Sample Return davvero senza precedenti.

Miliardi di anni fa il Pianeta Rosso potrebbe aver avuto un ambiente accogliente per la vita che prospera in condizioni calde e umide. Però, è altamente improbabile che la NASA riporti campioni con organismi marziani viventi, sulla base di decenni di dati provenienti da orbiter, lander, e rover su Marte. Anziché, gli scienziati sperano di trovare materia organica fossilizzata o altri segni di antica vita microbica.

Nonostante il basso rischio di portare qualcosa di vivo sulla Terra, un'abbondanza di cautela sta spingendo la NASA ad adottare misure significative per garantire che i campioni marziani rimangano sigillati in modo sicuro durante il loro viaggio. Dopo aver raccolto i nuclei di roccia in tutto il cratere Jezero e averli collocati all'interno di tubi realizzati principalmente in titanio, uno dei metalli più forti del mondo, La perseveranza sigilla ermeticamente i tubi per impedire il rilascio involontario anche della particella più piccola. I tubi vengono quindi conservati nella pancia del rover fino a quando la NASA non decide il momento e il luogo per farli cadere sulla superficie marziana.

Una campagna di restituzione del campione includerebbe un rover per il recupero di campioni dell'ESA che sarebbe lanciato dalla Terra alla fine di questo decennio per raccogliere questi campioni raccolti da Perseverance. Ingegneri del Glenn Research Center della NASA a Cleveland, Ohio, stanno progettando le ruote per il fetch rover. Il rover trasferirebbe i campioni su un lander, in fase di sviluppo al JPL. Un braccio robotico sul lander imballerebbe i campioni nella punta di un razzo progettato dal Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, Alabama.

Il razzo consegnerebbe la capsula campione all'orbita marziana, dove un orbiter dell'ESA sarebbe in attesa di riceverlo. All'interno dell'orbiter, la capsula sarebbe stata preparata per la consegna sulla Terra da un carico utile sviluppato da un team guidato dalla NASA Goddard. Questa preparazione includerebbe la sigillatura della capsula del campione all'interno di un contenitore pulito per intrappolare qualsiasi materiale marziano all'interno, sterilizzare il sigillo, e utilizzando un braccio robotico sviluppato a Goddard per posizionare il contenitore sigillato in una capsula per l'ingresso sulla Terra prima del viaggio di ritorno sulla Terra.

Uno dei compiti principali degli ingegneri della NASA è capire come sigillare e sterilizzare il contenitore del campione senza cancellare importanti firme chimiche nei nuclei di roccia all'interno. Tra le tecniche che il team sta attualmente testando c'è la brasatura, che comporta la fusione di una lega metallica in un liquido che essenzialmente incolla il metallo insieme. La brasatura può sigillare il contenitore del campione a una temperatura sufficientemente alta da sterilizzare l'eventuale polvere che potrebbe rimanere nella giunzione.

"Tra le nostre maggiori sfide tecniche in questo momento c'è quella distanza dal metallo che si sta sciogliendo a circa 1, 000 gradi Fahrenheit (o 538 gradi Celsius) dobbiamo mantenere questi straordinari campioni di Marte al di sotto della temperatura più calda che potrebbero aver sperimentato su Marte, che è di circa 86 gradi Fahrenheit (30 gradi Celsius), " ha detto Brendan Feehan, l'ingegnere dei sistemi Goddard per il sistema che catturerà, contenere, e consegnare i campioni sulla Terra a bordo dell'orbita dell'ESA. "I risultati iniziali dei test sulla nostra soluzione di brasatura hanno confermato che siamo sulla strada giusta."

Un'attenta progettazione di Feehan e dei suoi colleghi consentirebbe di applicare il calore solo dove è necessario per la brasatura, limitando il flusso di calore ai campioni. Inoltre, gli ingegneri potrebbero isolare i campioni in un materiale che assorbirà il calore e poi lo rilascerà molto lentamente, oppure potrebbero installare conduttori che dirigono il calore lontano dai campioni.

Qualunque sia la tecnica sviluppata dal team, sarà fondamentale non solo per i campioni marziani, Glavin ha detto, ma per future missioni di ritorno dei campioni su Europa o Encelado, "dove potremmo raccogliere e restituire campioni freschi di pennacchi oceanici che potrebbero contenere organismi extraterrestri viventi. Quindi dobbiamo capirlo".

I rigorosi sforzi della NASA per eliminare il rischio di contaminazione dannosa della Terra risalgono al Trattato internazionale sullo spazio esterno del 1967, che invita le nazioni a prevenire la contaminazione dei corpi celesti con organismi provenienti dalla Terra, e per prevenire la contaminazione della Terra attraverso campioni restituiti. Per riportare in sicurezza un campione marziano sulla Terra, La NASA sta collaborando non solo con l'ESA, ma anche con almeno 19 dipartimenti e agenzie del governo degli Stati Uniti, compresi i Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie e il Dipartimento per la sicurezza interna degli Stati Uniti.