U večernjim satima 20. listopada po lokalnom vremenu sa svemirskog centra Tanegashima japanske svemirske agencije JAXA lansirana je zanimljiva letjelica. Objekt veličine automobila ima odredište u sustavu Marsa, a kad stigne, preletjet će planet, a zatim sletjeti na komad stijene nejednolike površine koji lebdi iznad njega. Tada počinje prava drama. Sadašnje razdoblje istraživanja svemira mogli bismo nazvati dobom „pljački”, jer su Sjedinjene Države i Japan posljednjih godina u misijama tipa „zgrabi i bježi” prikupili materijal s nekoliko asteroida. I Kina sljedeće godine donosi uzorke s asteroida, nakon što je nedavno provela prvo uzorkovanje na suprotnoj strani Mjeseca.
Japanska misija MMX za istraživanje marsovskih mjeseci, vrijedna 350 milijuna dolara, ipak je još odvažnija: leti do Fobosa, jednog od dvaju malih, izlizanih mjeseca Marsa, i to ne jednom, nego dvaput slijeće na nebesko tijelo veličine grada. Pomoću dva nova uređaja za uzorkovanje MMX planira prikupiti nekoliko žlica materijala i 2031. ga vratiti na Zemlju.
„Fobos će time postati drugi najbolje poznat mjesec u Sunčevu sustavu”
– kaže Matija Cúk, istraživač SETI instituta.
Već nekoliko grama materijala moglo bi riješiti zagonetku podrijetla Fobosa, a potencijalno i pitanja o podrijetlu njegova manjeg pratioca, Deimosa. Stručnjaci su podijeljeni oko toga jesu li mjeseci zarobljeni asteroidi ili su nastali sabijanjem materijala izbačenog u svemir prilikom davnog udara na Marsu. Bez obzira na podrijetlo, istraživači misije MMX smatraju vjerojatnim da su prikupili i male količine marsovskog materijala. „Ovo tako neće biti samo misija uzorkovanja Fobosa, nego i misija o Fobosu i o Marsu” – kaže Kris Zacny, potpredsjednik tvrtke Honeybee Robotics, koja je izradila jedan od MMX-ovih uređaja za uzorkovanje.
Možda 1 % materijala koji prikupi MMX potječe s Marsa, kaže Kiyoshi Kuramoto, planetolog sa Sveučilišta Hokkaido i voditelj međunarodnog tima od nekoliko desetaka stručnjaka koji sudjeluju u misiji. Marsovski materijal nudi uvid u zlatno doba planeta prije više milijardi godina, kad je bio topliji i vlažniji. A ako tim bude izuzetno sretan, uzorci bi mogli sadržavati čak i dokaze o životu. „Postoji mogućnost da uzorci tla sadrže kemijske tragove biološke aktivnosti” – kaže Kuramoto.
Put do Fobosa ipak neće biti lak. Tri ruska pokušaja da se do njega stigne završila su neuspjehom, a i jedina prethodna japanska misija na Mars bila je neuspješna: letjelica se pokvarila i propustila susret s planetom. Ako tome dodamo gotovo zanemarivu gravitaciju Fobosa, nesiguran teren i opasnosti uzorkovanja, jasno je da je MMX do sada najambicioznija i najopasnija misija agencije JAXA. „Krećemo u novi svijet, koji nadilazi našu maštu” – kaže Yuichi Tsuda, zamjenik glavnog ravnatelja Instituta za svemirske i astronautičke znanosti (ISAS), koji upravlja misijom i vodi je.
Zalogaji prošlosti
Wataru Fujiya, kozmokemičar sa Sveučilišta Ibaraki, s ljubavlju se sjeća trenutka kad je na Sveučilištu u Tokiju prvi put u ruci držao meteorit: relikviju staru 4,6 milijardi godina, staru koliko i sama Zemlja. „Bilo je vrlo dojmljivo i dirljivo” – kaže. Meteoriti su nedvojbeno čudesni, ali nesavršeni glasnici, na koje utječu i vatreni pad kroz atmosferu i zemaljska onečišćenja. Stručnjaci zato žele čišće uzorke, izravno iz izvora većine meteorita: s asteroida, koji su zapravo vremenske kapsule zore Sunčeva sustava.
JAXA je već dokazala da može nabaviti takve svemirske fosile. Sonde Hayabusa te agencije 2010. i 2020. prve su vratile uzorke asteroida na Zemlju, prikupivši sitne količine s planetoida Itokawa i Ryugu. Kao voditelj tima za analizu uzoraka misije MMX, Fujiya gaji još veličanstvenije planove. Nada se da će za pet godina u sterilnom laboratoriju moći proučavati zrnca s tuđeg mjeseca. Kakve će priče skrivati ta zrnca? Fujiyina je najveća nada da će dati odgovor na pitanje podrijetla Fobosa.
Ni Fobos ni Deimos laiku nisu osobito privlačne mete. Nepravilna tijela promjera su svega 22, odnosno 12 kilometara, a dani su im odbrojeni. Deimos polako bježi iz Marsove gravitacije, dok se Fobos sve više približava planetu. Za otprilike 100 milijuna godina plimne će sile rastrgnuti Fobos i na njegovu mjestu ostat će samo prašnjav sustav prstenova. No stručnjake fascinira već i puko postojanje tih mjeseci. „Zašto Mars ima dva tako čudna mala mjeseca?” – pita Tom Statler, NASA-in istraživač koji sudjeluje u misiji MMX.
Prema jednoj teoriji, tijela su nastala slično kao Zemljin Mjesec. Pretpostavka je da je u prošlosti veliki asteroid udario u Mars i izbacio u svemir krhotine, od kojih su se neke u orbiti spojile i tako nastali su Fobos i Deimos. Za to je mogao biti dovoljan udarac tijela promjera nekoliko stotina kilometara, a takvi su sudari bili česti u burnim počecima Sunčeva sustava. Neki istraživači imaju čak i snažniji argument: isti golemi udar koji je izdubio Marsovo prostrano sjeverno nizinsko područje mogao je stvoriti i komade krhotina iz kojih su nastali mjeseci.
Međutim, nije jasno zašto su od toga nastala dva mala mjeseca, a ne jedan veći, kao u slučaju Zemlje. Kad je NASA-ina sonda Viking 1970-ih snimila prve snimke Fobosa i Deimosa izbliza, kemijski sastav njihovih površina činio se sličnijim površini nekih asteroida nego površini Mjeseca.
Sumnje su dovele do druge hipoteze: prema njoj su Fobos i Deimos zapravo asteroidi koje je Marsova gravitacija zarobila prilikom bliskog preleta.
No i to bi bilo prilično čudno, kaže Olivier Barnouin, planetolog s Laboratorija za primijenjenu fiziku Sveučilišta Johns Hopkins (JHUAPL) i sudionik misije. Marsu, koji ima tek desetinu Zemljine mase, ne bi bilo lako zarobiti asteroid koji se brzo giba, što, prema dostupnim podacima, nije pošlo za rukom ni Zemlji ni Veneri.
Putanje zarobljenih asteroida vjerojatno bi imale nagib koji odgovara onome pod kojim su prvotno proletjeli pokraj Marsa. Umjesto toga, marsovski mjeseci kruže gotovo kružnim putanjama oko Marsova ekvatora, što znatno povećava vjerojatnost da je riječ o posljedicama golemog udara. „Kladio bih se u sav svoj novac i kuću da to nisu zarobljeni asteroidi” – kaže Cúk. Kuramoto se pak smijući ograđuje da pokušava ostati neutralan: „Mislim da su šanse da je teorija o zarobljavanju točna 50 : 50.”
Suprotstavljene teorije
Neki istraživači doraduju glavne hipoteze kako bi izradili vjerodostojnije verzije. Jacob Kegerreis, planetolog s Imperial Collegea London, simulacijama pokušava dokazati da bi se asteroid, umjesto da bude zarobljen netaknut, pod Marsovom gravitacijom raspao na komade i pretvorio u prsten krhotina. Dijelovi tog prstena zatim bi se smjestili u jednako uredne ekvatorske putanje kakve predviđa hipoteza o sudaru.
Cúk i drugi zamišljaju višestruko raspadanje, što bi moglo objasniti malu veličinu Fobosa. U tom bi scenariju veći prvotni mjesec, koji je mogao potjecati od zarobljenog asteroida ili udarnih krhotina, zalutao preblizu Marsu i raspao se u prsten krhotina. Dio je pao na Mars, a ostatak se oblikovao u manji mjesec. Taj se ciklus mogao ponoviti više puta. „Neprestano se reciklirao u sve manje i manje mjesece” – kaže Cúk. Ako je tako, površina Fobosa trebala bi biti mlada i jedva nositi tragove dugotrajne izloženosti kozmičkom zračenju koje mijenja stijene.
„Nema hipoteze koja bi odgovarala svemu. Dakle, očito nešto nedostaje”
– kaže Abigail Fraeman, planetologinja s NASA-ina Laboratorija za mlazni pogon i članica tima MMX. Jedini je način da se utvrdi istina da se ode do Fobosa i uzmu uzorci, dodaje stručnjakinja. Dvije teorije o podrijetlu daju vrlo različita predviđanja o tome što bi MMX mogao pronaći.
„Ako se ispostavi da se Fobos očito većim dijelom sastoji od marsovskog materijala, onda je u osnovi moralo biti riječi o golemom udaru” – kaže Kegerreis. U takvom bi se sudaru hlapljive tvari poput vode isparile, a stijene bi se u tren oka rastalile. U tom će slučaju MMX pronaći isušen, staklast komad lave, potencijalno bogat bazaltnim mineralima, kao što su olivin, piroksen i plagioklas.
Izbačeni materijal proto-Fobosa vjerojatno sadrži i minerale koji su kristalizirali pod ekstremnom temperaturom i tlakom, što bi istraživačima moglo omogućiti rekonstrukciju kaotičnih uvjeta sudara. U materijal su se mogli umiješati i ulomci prvotnog tijela koje je udarilo. Njihovo pronalaženje moglo bi otkriti je li kozmički „napadač” bio kameni asteroid ili ledeni komet. Radioaktivni elementi u mineralima nastalima tijekom sudara mogu poslužiti kao sat kojim se može odrediti vrijeme sudara.
Suprotno tome, ako je Fobos nekoć bio asteroid, izvorište će biti vrlo daleko od Marsa, kaže Mizuho Koike, kozmokemičarka sa Sveučilišta Hiroshima i članica tima za analizu uzoraka misije MMX. Prema vanjskom izgledu, mnogi stručnjaci kažu da Fobos podsjeća na ugljikov kondrit, to jest vrstu meteorita bogatu ugljikom, koja predstavlja neke od najprimitivnijih asteroida u Sunčevu sustavu. Ako je tako, MMX bi mogao pronaći glinu, karbonate i organske tvari. U njegovu bi se materijalu mogli otkriti i spojevi važni za život, uključujući šećere, karboksilne kiseline i aminokiseline.
Marsovo zrcalo
Asteroid iz vanjskog dijela Sunčeva sustava vjerojatno bi sa sobom donio hlapljive tvari, među njima vodu koja sadrži deuterij, rijedak izotop vodika. Budući da se omjer deuterija i vodika razlikuje u različitim dijelovima Sunčeva sustava, njegovo mjerenje u uzorcima Fobosa moglo bi otkriti podrijetlo mjeseca – a možda i rasvijetliti kako su voda i prebiotičke tvari dospjele na planete slične Zemlji.
Za razliku od omjera u Zemljinoj vodi, koje su tijekom tisućljeća promijenili geološki i biološki procesi, Fobos u tom pogledu može biti razmjerno netaknut pa može pružiti jasniju sliku o izvorima drevne vode planeta. Marsovi mjeseci, smješteni u prijelaznoj zoni između unutarnjeg i vanjskog Sunčeva sustava, svjedoče o tome koje su tvari mogle prijeći taj put, kaže Yasuhiro Kawakatsu, voditelj projekta MMX u ISAS-u.
Još je uzbudljivije što bi nam Fobos mogao otkriti i kakav je bio Mars kad je došao do znatne količine vode.
Danas male asteroide redovito bombardiraju planet i izbacuju komade poput konfeta u svemir. Oni ponekad padnu i na Fobos jer mjesec kruži svega 6000 kilometara iznad površine planeta – to je manje od trećine udaljenosti GPS satelita koji kruže oko Zemlje. S vremenom su manji udari asteroida vjerojatno Fobosu dodali novi marsovski „sloj boje”. Taj sloj može sadržavati marsovski materijal star više milijardi godina, kad je Marsova klima bila umjerenija i bogatija vodom, kaže Fujiya, a on tako može rasvijetliti razvoj Marsa, a možda i prošlu prisutnost života.
Zbog toga je MMX svojevrsno rješenje „na zaobilazni način”: sonda bi mogla biti jeftin način da se marsovski uzorci vrate bez stvarnog slijetanja na Mars. Od 2021. NASA-in rover Perseverance skuplja i pohranjuje pažljivo odabrane uzorke stijena kako bi se naposljetku mogli vratiti na Zemlju u okviru neke druge misije. No NASA-in ambiciozni plan vrijedan 11 milijardi dolara, čiji je cilj bio vraćanje tih uzoraka, naišao je na tehničke i financijske poteškoće. Početkom ove godine NASA je program praktički ukinula pa je sve manje vjerojatno da bi se u bliskoj budućnosti mogao ostvariti.
Iako će zrncima marsovskog podrijetla pronađenima na Fobosu nedostajati kontekst uzoraka s Perseverancea, tim MMX-a možda će moći dio najmlađeg materijala povezati s nekoliko razmjerno svježih udarnih kratera na Marsu, kaže Kuramoto. Udari su mogli iznijeti i materijal iz dubljih slojeva, iz Marsove prošlosti. Ako je na Marsu ikad bilo života, možda se povukao u podzemna skloništa kad je planet presušio i pretvorio se u zračenjem opterećenu, smrznutu pustoš. Za Lily Zhao, svježe doktorirajuću studenticu na JHU-u, taj scenarij otvara uzbudljivu mogućnost: jesu li udari na Fobos mogli nanijeti ne samo marsovski materijal nego i tragove marsovskog života?
Kako bi doznala mogu li mikrobi preživjeti takvo putovanje, Zhao je bakteriju Deinococcus radiodurans, otpornu žilavu bakteriju koja podnosi isušivanje i intenzivno zračenje, izložila udarnom valu nastalom udarom asteroida. Projektilom je gađala dvije čelične ploče i stisnula ih – zajedno s mikrobima među njima – tlakom sličnim onome pri udaru asteroida. Očekivala je da će bakterije biti uništene.
No neke su ipak preživjele, čak i vršni tlak 30 puta veći od onoga na dnu najdubljeg oceanskog rova. Na kraju se eksperimentalni top raspao prije nego što je uspio istrijebiti mikrobe. Ako su drevni udari doista izbacili neke mikrobe koji su se skrivali duboko u marsovskoj kori, oni su mogli preživjeti neočekivano putovanje do Fobosa, gdje su možda do danas ostali zakopani. „Ako su svi uvjeti povoljni, mislim da je to potpuno moguće” – kaže istraživačica.
Složen raspored
MMX će do Marsa stići nakon jednogodišnjeg putovanja, a zatim će odvojiti pogonski modul. Nakon toga će se istraživački modul smjestiti u neobičnu kvazisatelitsku putanju oko Fobosa i s udaljenosti ga snimati. Laserski visinomjer kartirat će njegovu površinu, a infracrveni spektrometar otkrivat će minerale te tražiti organske spojeve i vodu.
Drugi instrument, MEGANE, koji su razvili istraživači iz JHUAPL-a i Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore, traga za ranim tragovima podrijetla mjeseca. MEGANE, kratica od Mars-moon Exploration with GAmma rays and NEutrons, što na japanskom znači naočale, oslanja se na sveprisutno galaktičko kozmičko zračenje. Te nabijene čestice, koje jure iz eksplodirajućih zvijezda, razbijaju atomske jezgre kad udare u neku površinu, kaže David Lawrence (JHUAPL), glavni istraživač instrumenta MEGANE. Razbijene jezgre emitiraju neutrone i gama-zrake koje je moguće detektirati i s udaljenosti, a njihova energija i učestalost odražavaju elementarni sastav površine.
Obilna prisutnost vodika, natrija i klora mogla bi značiti da Fobos sadrži hlapljive tvari, što je karakteristično za zarobljeni asteroid. Nasuprot tome, ako MEGANE otkrije nizak omjer željeza i silicija, što se opaža i u nekim marsovskim meteoritima, to bi moglo upućivati na golemi udar.
A tu su i kamere. Dvije kamere vrlo visoke razlučivosti, razvijene u suradnji s japanskom javnom televizijom NHK, snimat će Fobos u 4K i 8K kvaliteti i s iznimnim detaljima prikazati sve njegove vidljive osobitosti. „Željeli bismo da ljudi marsovske mjesece i Mars vide kao nikad dosad i da osjete kako su to putovanje prešli zajedno s nama” – kaže Kawakatsu.
Detaljnije snimke načinit će manji pratilac misije MMX, Idefix. Prije nego što MMX sleti, preletjet će blizu mjeseca, otvoriti otvor i spustiti rover od 25 kilograma, koji su razvili francuski i njemački partneri agencije JAXA. „To je velika mikrovalna pećnica na kotačima” – šali se Julien Baroukh, voditelj projekta Idefix u CNES-u, francuskoj nacionalnoj svemirskoj agenciji. Naravno, riječ je o mnogo više od toga: vozilo je opremljeno kamerama, spektrometrom za otkrivanje minerala i sposobnošću autonomne vožnje. Njegov je zadatak izviđati teren prije misije MMX, procijeniti je li površina tvrda ili rahla, glatka ili opasna te utvrditi geološki zanimljive lokacije.
Za to rover najprije mora uspješno sletjeti. MMX će Idefix pustiti manje od 100 metara iznad površine i dopustiti mu da padne. Slaba gravitacija Fobosa, manja od 0,1 % Zemljine, znači da će pad biti blag, ali upravo zbog slabe gravitacije roveru je teže sletjeti bez naginjanja ili odskakivanja.
„To je kao da pokušavate sletjeti na balon”
– kaže Kawakatsu.
Ako slijetanje ne uspije dobro, udubina koja pritom nastane na površini mjeseca također bi mogla pružiti podatke o njegovim svojstvima, pa bi to bila svojevrsna utješna nagrada. Ako Idefix preživi manevar i ostane pokretan, oko 100 dana istraživat će Fobos i tako pomoći agenciji JAXA da odluči gdje će MMX sletjeti.
Tajne površine
Odabir nije samo pitanje izbjegavanja opasnih terena koji bi mogli oštetiti ili prevrnuti MMX. Površina Fobosa nije ujednačena: kad se promatra kroz određene spektralne filtre, na njoj se vide pjegavi uzorci s crvenkastim i plavkastim područjima čiji se sastav može razlikovati. Ta dvojnost može biti posljedica udara meteorita, utjecaja svemirskog vremena ili mineralnih razlika nastalih tijekom oblikovanja Fobosa.
Nakon dugog razmatranja JAXA će MMX usmjeriti tako da se površini približi graciozno klizeći, s raširene četiri noge za slijetanje. Ako taj podvig uspije izvesti dvaput, MMX će imati priliku uzeti uzorke iz različitih vrsta područja. Dva slijetanja mogla bi otkriti i još jednu razliku: budući da je Fobos uvijek istom stranom okrenut prema Marsu, količina marsovskih krhotina koje padaju na mjesec mogla bi biti veća na hemisferi okrenutoj prema Marsu.
Dvostruko slijetanje moglo bi udvostručiti dobit, ali povećava i mogućnost katastrofe, jer jedan pogrešan korak može uništiti MMX.
Prije slijetanja površinu će pregledati senzor i robotska ruka kako bi provjerili je li doista prikladna za udar. Samo slijetanje, naime, služi i prikupljanju uzoraka. Površinski materijal, istrošen kozmičkim zračenjem i udarima mikrometeorita, mogao bi biti sličan pijesku, a sloj ispod njega vjerojatno je tvrđi. Da bi se do njega došlo, potreban je zamah.
Hiroki Kato, inženjer agencije JAXA koji vodi taj tim za unutarnje uzorkovanje, odnosno tim C, kaže da će to biti posebno težak korak. Lopaticom vjerojatno neće biti moguće probiti željeni sloj, a mogu se slomiti i svrdla. Zato su tijekom višegodišnjeg planiranja razvili svojevrsnu štrcaljku za uzorkovanje, koja bi trebala moći prodrijeti u mjesec i uzeti materijal. C-uzorkivač pri svakom slijetanju ima jedan pokušaj prikupljanja oko 10 grama materijala. Ima tri spremnika, pa će tijekom misije imati i jedan rezervni pokušaj.
Uspjela jezgrena bušilica ili ne, JAXA ima i drugi način prikupljanja materijala, iako njime može sakupiti samo rahli pijesak s površine: pneumatski uzorkivač koji je razvila tvrtka Honeybee Robotics, odnosno P-uzorkivač. „To je zapravo usisavač” – kaže Zacny. Puše mlazove plina na površinu, podiže rahli materijal i usmjerava ga u spremnik za prikupljanje. P-uzorkivač već se dokazao u svemiru: jedna njegova inačica 2025. letjela je na lunarnom landeru Blue Ghost tvrtke Firefly Aerospace. No i on nosi rizike. Ispuštanje mlazova plina moglo bi prevrnuti letjelicu, pa instrument ispušta plin i prema gore kako bi ostala stabilna.
Ako MMX preživi prvo slijetanje i uzorkovanje, JAXA će vjerojatno riskirati i drugi put. MMX će poletjeti, a zatim „odlutati natrag” kako bi ponovno sletio na drugom dijelu Fobosa. Nakon toga će se, s krhotinama Fobosa na brodu, MMX podići kako bi obavio posljednja promatranja u sustavu Marsa, uključujući i višestruke prelete pokraj Deimosa. Godine 2030. s letjelice će se odvojiti noge za slijetanje i instrumenti istraživačkog modula. A pomoću motora povratni modul započet će jednogodišnji put kući.
Ako sve prođe dobro, uzorci bi 2031. mogli sletjeti u Australiju, odakle će ih prevesti u laboratorij kako bi se kapsula pažljivo otvorila u iznimno čistoj prostoriji. Znanstveni dobitak misije mogao bi biti golem. Osim podrijetla Fobosa, mogli bismo doznati mnogo toga o Marsu, pa čak i je li ikad nosio život. Uzbuđenje stoga ne završava povratkom na Zemlju.
