Földrengésekre vadászó Mars-szondát terveznek

Még javában zajlik az új rover tesztelése a Marson, de a szakemberek már egy következő küldetés fejlesztésén dolgoznak. A NASA a héten jelentette be, hogy 2016-ban szondát indít a bolygó felszín alatti térségeinek megismerésére.

Fantáziarajz a Mars belsejéről, amelyről a szonda új ismereteket nyújt majd (NASA)

"Nem fog olyan szép képeket hazasugározni, mint a Curiosity, de azonosíthatja az első marsrengést, ami fordulópont lesz a bolygó megismerésében" - mondta Tom Pike, az új űrszonda egyik vezető kutatója. Miközben kezdődik a Curiosity rover munkája a Mars felszínén, már a következő szonda fejlesztésén dolgoznak a szakemberek.

A NASA-nál a héten kiválasztották a bolygóhoz 2016-ban érkező űreszközt: az Insight névre keresztelt szonda első alkalommal fog betekinteni az égitest felszíne alá. Az űrszonda megvalósításáról szóló döntés még a Curiosity landolása előtt történt, de csak most hozták nyilvánosságra.

A 2,5 milliárd dolláros Curiosity-nál sokkal olcsóbb, úgynevezett Discovery osztályú Insight küldetés költséglimitje 425 millió dollár. Az űreszköz neve az angol "Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport" kifejezésből képzett mozaikszó, amely a bolygó belső szerkezetének felderítését jelenti rengéshullámok segítségével.

Az Insight két másik űrszondával versengett az anyagi támogatásért. Ezek egyike a Titan szaturnuszhold tavait vizsgálta volna egy csónak segítségével; a "Comet Hopper" nevű szonda pedig egy üstökösmag felszínén végezte volna méréseit, majd kisebb ugrások segítéségével több helyszínt is meglátogatott volna az égitesten.

Fantáziarajz a Mars felszínére leszállt Insight-űrszondnáról (NASA)

Az Insight egy kifejezetten geofizikai célú űreszköz, amely egy statikus leszállóegységből áll - ez a bolygó felszínén mozdulatlanul végzi majd megfigyeléseit. Szerkezete erősen emlékeztet a bolygón sikeresen üzemelt Phoenix leszállóegységre, így olcsóbb a szonda kifejlesztése, hisz sok korábban már megalkotott és bizonyítottan működőképes egységet használ.

Miért érdekes a Mars belseje?

A bolygó körül keringő űrszondák felvételei és a leszállóegységek mérései főleg a felszín és a légkör jellemzőiről árulkodnak. A Mars felszíne alá nehéz betekinteni, noha érdekes jelenségek kapcsolódnak hozzá, és szerkezetéről keveset tudni. Néhány radaros méréssel már sikerült jeget kimutatni a mélyben, és a bolygó jégkészletének nagyobb része a felszín alatt rejtőzhet, ennek állapota a felszín alatti hőmérséklettől függ. A belső hőtermelés határozza meg, hogy vajon a mélységi jég legalul megolvad-e és folyékony víz is megjelenik vagy sem.

A modellek alapján a Marson a földinél is nagyobb magmatömegek lehetnek a vulkánok alatt, de ezekről egyelőre semmit nem tudni. Az is sejthető, hogy régen talán a földihez hasonló lemeztektonika működött a bolygón, ami aztán később leállt, akárcsak a globális mágneses tér - az ok azonban ismeretlen. Ahhoz hogy mindezek magyarázatát kiderítsék, meg kell ismerni a Mars felszín alatti jellemzőit.

Új műszerek a Marson

A szonda két fő műszere a Marson várhatóan előforduló földrengéseket és a bolygó belsejéből áramló hőt fogja elemezni. Az Egyesült Államok mellett Franciaország, Németország és az Egyesült Királyság is kiveszi a részét a küldetés műszereinek megtervezéséből és elkészítéséből.

A SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) detektor a bolygón feltehetőleg létező, de még sosem észlelt földrengéseket elemzi majd. Ilyen műszer korábban még nem üzemelt a Marson. Megfigyelései alapján feltérképezhetik az égitest belső szerkezetét, a kéreg vastagságát és a mag jellemzőit.

A szonda másik fő műszere a HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package), egy német fejlesztésű felszín alatti egység (lásd a képet jobbra). Ez egy úgynevezett elektromechanikai kalapács segítségével jut be a felszín alá, maximum 5 méteres mélységbe.

A detektorral a bolygó belsejéből kifelé áramló hő nagyságát lehet majd megállapítani. A HP3 műszer tömege 2,5 kilogramm, és a szonda robotkarja fogja a felszínre helyezni, ahol MOLE (magyarul vakond) nevű egysége fokozatosan süllyeszti magát a felszín alá. Ez a detektor lefelé haladva 50 centiméterenként megáll néhány napra, miközben méréseket végez.

A felszín alatti viszonyokat vizsgáló HP3 egység szerkezeti rajza (balra) és egy kísérleti példány (jobbra) (ESA)

A szondán helyet kap még a RISE (Rotation and Interior Structure Experiment) detektor is, amelynek feladata a bolygó tengelyforgásának nagyon pontos monitorozása. Itt arra fókuszálnak majd a szakemberek, hogy meghatározzák, mennyire ingadozik a forgástengely és gyorsul, valamint lassul a bolygó forgása az évszakos változásokkal párhuzamosan. Ennek megállapításában a szondáról a Földre érkező rádiójelekben mutatkozó Doppler-eltolódás segít majd.

Hogyan működik az elektromechanikus kalapács?

Eredetileg az európai Beagle-2 leszállóegységen is volt egy felszín alá süllyedő, MOLE nevű eszköz, amely önmagát fúrta volna a bolygó törmeléktakarójába, azonban az űrszonda nem adott életjelet, miután a légkörbe lépett. Az Európai Űrügynökség (ESA) által kifejlesztett PLUTO (Planetary Underground Tool, azaz bolygófelszín alatti kutatóeszköz) nevű berendezés lett a most használandó HP3 prototípusa.

A közel másfél kilogrammos hengeres szerkezet befúrja magát a felszín alá, miközben egy kábellel kapcsolódik az anyagszondához. A műszer a kábelen keresztül kap energiát és továbbítja mérési eredményeit. A henger belsejében egy kalapácsfej funkciójú test mozog, amely rezgéseket kelt, illetve a szerkezet orrát előre löki (lásd az oldalsó ábrát) - és ezek révén az egység fokozatosan süllyed. Tömör kőzetben vagy erősen cementált üledékben nem képes mozogni, azonban a Marson jellemző törmeléktakaróban várhatóan képes lesz elérni a tervezett mélységet. Amikor ez megtörtént, a szonda folyamatos megfigyeléssorozatot kezd, de már süllyedés közben is hasznos adatokat gyűjt.

Az Insighton egy robotkar is lesz majd, rajta két kamerával. A robotkar segítségével helyezik ki a két fő műszert a bolygó felszínére, amelyek így fizikailag is függetlenek lesznek a szondától, annak rezgéseitől, hőtágulásától, így nő a mérések pontossága. Emellett a szeizmométer egy "kupakot" is kap, ami a szél lökéseitől védi.

A program célja

A kutatás fő célja a Mars belső rezgéseinek, a felszín alól áramló hő mennyiségének és a bolygó forgási jellemzőinek pontos vizsgálata lesz. Az Insight ennek megfelelően részletesen elemzi a bolygón várhatóan előforduló, de korábban még soha meg nem figyelt rengéseket. Bár a Mars szeizmikusan kevésbé aktív a Földnél, ennek ellenére várhatók rengések rajta.

 

Film a szonda tervezett működéséről

A szonda a mérések alapján megbecsülheti a bolygó felszín alatti szerkezetét, kérgének, köpenyének vastagságát és magja méretét, valamint az állapotát is. Kiderülhet, van-e folyékony része a Mars vasmagjának vagy az egész szilárd halmazállapotú. Emellett a bolygón alkalmanként előforduló meteoritbecsapódások által keltett rengéseket is észlelheti a szonda.

 

Film a küldetés és a Mars kapcsolatáról, a célpont kiválasztásáról

A műszerezettség alapján jól látható, hogy a küldetés a Mars belső szerkezetének megismerésében fog komoly előrelépést jelenteni - nem véletlen, hogy egyes szakemberek Mars-szonda helyett Föld típusú bolygók általános szondájának is tekintik az Insight-ot. A küldetés eredményei ugyanis  általánosságban a Föld típusú bolygók keletkezési folyamatairól és belső fejlődésükről is szolgálhatnak majd új ismeretekkel.

A tervezett menetrend:

• start: 2016 tavasz
• landolás a Marson: 2016 ősz
• üzemelés: minimum 700 marsi napig
• program vége legkorábban: 2018 szeptember

Az Insight-űrszonda által nyújtott eredmények közelebb vihetnek annak megértéséhez, hogy míg a földi kőzetburok különálló lemezekre törött szét, addig a Marson miért nem történt hasonló esemény. A Mars belsejéből kiáramló hő segít pontosítani a bolygó vulkanikus tevékenységével kapcsolatos modelleket, és megállapítani, hogy aktív-e még a bolygó és a vulkánjai csak átmenetileg szunnyadnak, vagy ilyen tevékenység már egyáltalán nem várható. A felszín alatti hő vizsgálata emellett a múltbéli éghajlati változások és az eltemetett jég mennyiségének karakterizálásában is fontos tényező. Összefoglalóan elmondható, hogy az Insight annak megállapításában is segíteni fog, hogy mennyire különleges égitest a Föld a többi kőzetbolygóhoz viszonyítva.