Jak podbijano Czerwoną Planetę i co udało się o niej dowiedzieć. Wzrasta ruch na marsjaśskim szlaku
Teraz wiemy, że na Marsie nie ma kanałów czy jakichkolwiek sztucznych konstrukcji. Jednak od niedawna panuje pogląd, że 3,5 miliarda lat temu ta obecnie sucha, toksyczna dla nas planeta mogła być tak samo zdatna do zamieszkania jak Ziemia (2).
Mars jest czwartą planetą od Słońca, zaraz po Ziemi. Jest tylko trochę większy niż połowa Ziemi, a jego grawitacja wynosi tylko 38 proc. ziemskiej. Pełne okrążenie Słońca zajmuje mu więcej czasu niż Ziemi, ale obraca się wokół własnej osi z mniej więcej taką samą prędkością. Dlatego jeden rok na Marsie trwa 687 ziemskich dni, zaś dzień na Marsie jest tylko o 40 minut dłuższy niż na Ziemi.
Pomimo mniejszego rozmiaru, powierzchnia lądowa planety jest w przybliżeniu równa powierzchni ziemskich kontynentów, co oznacza, że, przynajmniej w teorii, Mars ma tyle samo obszaru nadającego się do zamieszkania. Niestety, planeta jest obecnie owinięta rzadką atmosferą składającą się głównie z dwutlenku węgla i raczej nie może wspierać ziemskich form życia.
W atmosferze tego wysuszonego świata okresowo pojawia się również metan, a gleba zawiera substancje chemiczne, które są toksyczne dla życia, jakie znamy. Chociaż woda istnieje na Marsie, jest zamknięta w lodowych czapach polarnych planety i schowana, być może w dużej ilości, pod powierzchnią Marsa.
Dziś, gdy naukowcy badają powierzchnię Marsa (3), widzą struktury, które bez wątpienia są dziełem płynących dawno temu cieczy - rozgałęziające się strumienie, doliny rzek, baseny i delty. Obserwacje sugerują, że planeta mogła kiedyś mieć rozległy ocean pokrywający jej północną półkulę.
W innych miejscach krajobraz nosi ślady dawnych burz deszczowych, zbiorników wodnych, rzek rzeźbiących koryta w terenie. Prawdopodobnie planeta była również spowita w gęstą atmosferę umożliwiającą utrzymanie wody w stanie ciekłym przy marsjańskich temperaturach i ciśnieniu. Kiedyś w przeszłości planeta, jak się obecnie przyjmuje, przeszła dramatyczną transformację, a świat, który kiedyś mógł być dość podobny do Ziemi, stał się wysuszoną pustynią, którą dziś poznajemy. Uczeni zastanawiają się - co się stało? Gdzie podziały się te cieki wodne i co się stało z marsjańską atmosferą?
Jak do tej pory na Czerwoną Planetę dotarły jedynie bezzałogowe statki kosmiczne. Być może zmieni się to w ciągu kilkunastu najbliższych lat. NASA ma nadzieję, że pierwsi ludzie wylądują na Marsie w latach 30. XXI wieku. O takim terminarzu mówi się od ok. dekady. O podobnych planach przebąkują, ale mniej konkretnie, Chińczycy. Zanim rozpoczną się te ambitne programy, spróbujmy podsumować ponad pół wieku eksploracji Marsa przez ludzkość.
Ponad połowa misji - nieudana
Wysłanie statku kosmicznego na Marsa jest trudne, a lądowanie na tej planecie jeszcze trudniejsze. Rzadka marsjańska atmosfera sprawia, że schodzenie na powierzchnię to ogromne wyzwanie. Około 60 proc. prób lądowania, przez wszystkie dekady historii eksploracji planety, zakończyło się niepowodzeniem.
Do tej pory do Marsa dotarło z powodzeniem sześć agencji kosmicznych - NASA, rosyjski Roskosmos i radzieckie poprzedniczki, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych (ISRO), chińska agencja, która umieściła nie tylko orbitera, ale również udanie wylądowała i uruchomiła łazika eksplorującego powierzchnię o nawie Zhurong, i w końcu agencja kosmiczna Zjednoczonych Emiratów Arabskich z sondą Amal (Nadzieja).
W kierunku Marsa od lat 60. XX wieku wysłano dziesiątki statków kosmicznych. Pierwszy serię sond na Marsa wystrzelił ZSRR. W ramach misji odbyły się m.in. pierwsze zamierzone przeloty i twarde (uderzeniowe) lądowanie (Mars 1962B).
Pierwsze udane przelotowe okrążenie Marsa miało miejsce w lipcu 1965 r., a dokonała tego sonda NASA Mariner 4. Pierwszymi, które "miękko" zetknęły się z powierzchnią, były dwie sondy radzieckie - Mars 2 i Mars 3 w 1971 r. Jednak pierwsza z łazikiem na pokładzie rozbiła się, a kontakt z Mars 3 urwał się zaraz po osiągnięciu powierzchni.
Wystrzelone przez NASA w 1975 r. sondy programu Viking składały się z dwóch orbiterów, każdy z lądownikiem, który pomyślnie miękko wylądował w 1976 r. Przeprowadziły one również eksperymenty biologiczne na marsjańskiej glebie, które miały na celu odkrycie oznak życia, ale ich wyniki nie były jednoznaczne.
NASA kontynuowała program Mariner z kolejną parą sond Mariner 6 i 7. Zostały one wysłane w następnym oknie startowym i dotarły do planety w 1969 roku. Podczas kolejnego okna startowego program Mariner ponownie ucierpiał z powodu utraty jednej z par sond.
Mariner 9 pomyślnie wszedł na orbitę wokół Marsa jako pierwszy statek kosmiczny w historii. Odkrył m.in., że na całej planecie trwa burza pyłowa. Jego zdjęcia były pierwszymi, które dały bardziej szczegółowe dowody na to, że na powierzchni planety mogła kiedyś występować woda w stanie ciekłym. Na podstawie tych badań ustalono również, że obszar zwany Nix Olympica to najwyższa góra (a dokładnie wulkan) w całym Układzie Słonecznym, co doprowadziło do jej przeklasyfikowania na Olympus Mons.
Dalej znów było sporo niepowodzeń. Na przykład radzieckie sondy Fobos 1 i 2 zostały wysłane na Marsa w 1988 roku w celu zbadania Marsa i jego dwóch księżyców, ze szczególnym uwzględnieniem Fobosa. Fobos 1 stracił kontakt w drodze na Marsa. Fobos 2, choć z powodzeniem sfotografował Marsa i Fobosa, uległ awarii, zanim wypuścił dwa lądowniki na powierzchnię Fobosa.
Niepowodzeniem zakończyła się również misja amerykańskiego orbitera Mars Observer w 1993 roku. Wkrótce potem, w 1997 roku, na orbicie Marsa zameldowała się kolejna obserwacyjna sonda NASA, Mars Global Surveyor. Misja ta zakończyła się pełnym sukcesem, mapując do 2001 roku całą planetę.
W 1997 doszło też do wielkiego przełomu, jakim było udane lądowanie w rejonie Ares Vallis i eksploracja powierzchni przez łazika NASA Sojourner w ramach misji Mars Pathfinder. Oprócz celów naukowych, misja Mars Pathfinder była również testem "proof-of-concept" różnych rozwiązań, takich jak system lądowania z poduszką powietrzną i automatyczne unikanie przeszkód, oba później wykorzystywane przez kolejne misje łazików (4). Jednak zanim one nadeszły, wkrótce po sukcesie Global Surveyora i Pathfindera, w latach 1998 i 1999 nastąpiła kolejna fala niepowodzeń marsjańskich.
Niepowodzeniem zakończyła się misja japońskiego orbitera Nozomi, a także należących do NASA orbiterów Mars Climate Orbiter, Mars Polar Lander i penetratorów Deep Space 2, które uległy różnym awariom.
Misja Mars Express Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) dotarła na Marsa w 2003 roku. Na jej pokładzie znajdował się lądownik Beagle 2, z którym stracono kontakt podczas próby lądowania i który uznano za zaginiony w lutym 2004 roku. Beagle 2 został zlokalizowany w styczniu 2015 roku przez kamerę HiRise na należącym do NASA Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Okazało się, że wylądował bezpiecznie, ale nie udało mu się w pełni rozłożyć paneli słonecznych i anteny. Orbiter Mars Express ma za to na koncie znaczące odkrycia. W 2004 wykrył metan w atmosferze planety a dwa lata później zaobserwował zorze polarne.
W styczniu 2004 roku bliźniacze łaziki NASA o nazwach Spirit (MER-A) i Opportunity (MER-B) wylądowały na powierzchni Marsa. Oba znacznie przekroczyły założone harmonogramy pracy na Marsie. Wśród najbardziej znaczących wyników naukowych tego programu znalazły się niezbite dowody na to, że woda w stanie ciekłym istniała w przeszłości w obu miejscach lądowania. Łazik Spirit (MER-A) był aktywny do 2010 roku, kiedy to przestał wysyłać dane, ponieważ utknął na wydmie i nie był w stanie zmienić orientacji, aby naładować baterie.
Sonda Phoenix wylądowała na północnym biegunie Marsa w maju 2008 r. Jej robotyczne ramię wkopało się w marsjańską glebę i obecność lodu wodnego została potwierdzona. Trzy lata później wystrzelone zostało Mars Science Laboratory na pokładzie łazika Curiosity, który osiągnął powierzchnię Marsa w sierpniu 2012. O najważniejszych naukowych wynikach jej misji piszemy w innym artykule w tym wydaniu MT.
Kolejną nieudaną próbą lądowania na Marsie Europejskiej agencji ESA i rosyjskiego Roskosmosu był lądownik Schiaparelli, który odłączył się od orbitera ExoMars Trace Gas Orbiter. Misja dotarła do Marsa w 2016 roku. Jednak Schiaparelli podczas schodzenia przedwcześnie otworzył spadochron i rozbił się na powierzchni. Mimo to przekazał podczas opadania na spadochronie kluczowe dane, więc test został uznany za częściowy sukces.
Dwa lata później na planecie wylądowała kolejna sonda, tym razem stacjonarna, Insight, która podjęła badania, dzięki którym udało się określić średnicę jądra Marsa. Pomiary wykonane przez InSight wskazują, że średnica jądra Marsa wynosi od 1810 do 1850 kilometrów. To niemal dwukrotnie mniej niż średnica jądra Ziemi, która wynosi ok. 3483 km. Jednocześnie jednak więcej, niż mówiły niektóre szacunki, co oznacza, że jądro Marsa jest rzadsze, niż sądzono.
Próbnik InSight próbował z nie najlepszym skutkiem wkopać się głębiej w marsjański grunt. Już w styczniu zrezygnowano z użycia polsko-niemieckiego "kreta", czyli próbnika termicznego, który miał zostać zagłębiony w gruncie, by mierzyć przepływ energii termicznej. "Kret" napotkał zbyt duże tarcie i nie zanurzył się w grunt wystarczająco głęboko. Sonda nasłuchuje również fal sejsmicznych z wnętrza planety. Niestety, misji InSight może kończyć się czas na dokonanie kolejnych odkryć. Na panelach słonecznych urządzenia gromadzi się pył, przez co InSightma dostęp do mniejszej ilości energii.
W ostatnich dekadach zwiększał się również systematycznie ruch na orbicie planety. Należący do NASA Mars Odyssey wszedł na orbitę Marsa w 2001 r. Jego misją jest wykorzystanie spektrometrów i urządzeń obrazujących do poszukiwania dowodów na istnienie w przeszłości lub obecnie wody i aktywności wulkanicznej na Marsie.
W 2006 roku na orbitę dotarła należąca do NASA sonda Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), która miała przeprowadzić dwuletni sondaż naukowy. Orbiter rozpoczął mapowanie marsjańskiego terenu i pogody, aby znaleźć odpowiednie miejsca do lądowania dla nadchodzących misji lądownika. MRO uchwycił pierwszy obraz serii aktywnych lawin w pobliżu północnego bieguna planety w 2008 r. Orbiter MAVEN dotarł na orbitę Czerwonej Planety w 2014 r. Cele misji to głównie ustalenie, w jaki sposób atmosfera i woda na planecie zostały utracone z biegiem lat.
W tym samym mniej więcej czasie swoją pierwszą orbitalną sondę marsjańską, Mars Orbiter Mission (MOM), zwaną również Mangalyaan, wystrzeliła Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych (ISRO). Zajęła orbitę we wrześniu 2014 roku. Indyjska ISRO była czwartą agencją kosmiczną, która dotarła do Marsa, po radzieckim programie kosmicznym, NASA i ESA.
Kolejnym krajem w marsjańskim klubie są Zjednoczone Emiraty Arabskie. Należący do nich orbiter Amal wszedł na nią 9 lutego 2021 roku. Dzień później to samo zrobiła chińska sonda Tianwen-1, mająca na pokładzie lądownik i 240-kilogramowego łazika Zhurong (5), który pomyślnie miękko wylądował w maju 2021 r.
Chiński eksplorer powierzchni dołączył do trzech amerykańskich urządzeń czynnych i aktywnie operujących obecnie na powierzchni planety, łazików Curiosity i Perseverance, który udanie wylądował także w lutym tego roku oraz Insight. A jeśli liczyć latającego drona Ingenuity uwolnionego przez najnowszą amerykańską misję, oddzielnie, to jest ludzkich czynnych maszyn na powierzchni Marsa w tej chwili pięć.
Planetę bada też osiem orbiterów: Mars Odyssey, Mars Express, Mars Reconnaissance Orbiter, Mars Orbiter Mission, MAVEN, ExoMars Trace Gas Orbiter (6), orbiter Tianwen-1 oraz Amal. Do tej pory nie udało się wysłać z Marsa żadnych próbek, a podejście do misji powrotnej na księżyc Fobos (Fobos-Grunt) zakończyło się niepowodzeniem podczas startu w 2011 roku.
Cała ta marsjańska "infrastruktura" badawcza wciąż dostarcza nowych ciekawych danych na temat Czerwonej Planety. Niedawno opublikowano informację, że ExoMars Trace Gas Orbiter odkrył chlorowodór w atmosferze Marsa. Wyniki, opublikowano w czasopiśmie "Science Advances". "Do uwolnienia chloru potrzebna jest para wodna, a do utworzenia chlorku wodoru potrzebny jest produkt uboczny wody - wodór. Najważniejsza w tych procesach chemicznych jest woda", wyjaśniał Kevin Olsen z uniwersytetu w Oksfordzie, w komunikacie prasowym. Według naukowców, istnienie pary wodnej wspiera teorie o traceniu dużych ilości wody przez Marsa z biegiem czasu.
Należący do NASA Mars Reconnaissance Orbiter dostrzegł też niedawno coś dziwnego na marsjańskiej powierzchni. To zarejestrowany przez pokładową kamerę HiRise głęboki dół (7), pojawiający się w postaci czarnej plamy ciemności o średnicy około 180 metrów. Dalsze badania jeszcze bardziej zaskakiwały. Okazało się, że na dnie zagłębienia znajduje się sypki piasek, a w dodatku opada w jednym kierunku. Naukowcy próbują teraz ustalić, czy głęboki dół może być połączony z siecią podziemnych tuneli pozostawionych przez szybko płynącą lawę.
Naukowcy od dawna podejrzewali, że wygasłe wulkany mogły pozostawić po sobie duże jaskiniowe rury lawowe na Marsie. Systemy te mogą okazać się bardzo obiecującym miejscem dla przyszłego umiejscowienia baz marsjańskich.
Co Czerwoną Planetę czeka w przyszłości?
W ramach programu ExoMars, ESA i Roskosmos planują wysłać w 2022 roku łazik Rosalind Franklin w celu poszukiwania dowodów na istnienie w przeszłości lub obecnie mikroorganizmów na Marsie. Lądownik, który ma dostarczyć łazik, nazywa się Kazaczok. W tym samy okienku w 2022 roku na orbitę Marsa ma polecieć EscaPADE (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers) Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, z dwoma statkami kosmicznymi w jednej misji, której celem jest zbadanie struktury, składu, zmienności i dynamiki magnetosfery Marsa oraz procesów ucieczki atmosfery.
Indyjska agencja ISRO planuje wysłanie w 2024 roku misji uzupełniającej do swojej misji o nazwie Mars Orbiter Mission 2 (MOM-2). Niewykluczone, że oprócz orbitera Indie będą chciały wysłać również łazika, który ma wylądować i eksplorować planetę.
Nieco mniej konkretne propozycje wypraw to m.in. fińsko-rosyjska koncepcja Mars MetNet, która zakłada wykorzystanie wielu małych stacji meteorologicznych na Marsie w celu stworzenia rozległej sieci obserwacyjnej do badania struktury atmosfery, fizyki i meteorologii planety.
Mars-Grunt to z kolei rosyjska koncepcja misji mającej na celu przywiezienie na Ziemię próbki marsjańskiej gleby. Zespół ESA-NASA opracował koncepcję architektury z trzema startami i powrotu z próbkami z Marsa, która wykorzystuje łazik do przechowywania małych próbek, stopień wznoszący na Marsa do wysłania ich na orbitę oraz orbiter do połączenia się z nimi nad Marsem i zabrania ich na Ziemię.
Napęd słoneczno-elektryczny mógłby pozwolić na powrót próbek z jednego startu zamiast trzech. Także japońska agencja JAXA pracuje nad koncepcją misji o nazwie MELOS rover, która miałaby szukać biosygnatur istniejącego życia na Marsie.
Oczywiście są jeszcze projekty misji załogowych. Eksploracja kosmosu przez Stany Zjednoczone została określona jako długoterminowy cel w wizji eksploracji kosmosu ogłoszonej jeszcze w 2004 roku przez ówczesnego prezydenta USA George’a W. Busha.
28 września 2007 roku administrator NASA Michael D. Griffin stwierdził, że NASA dąży do umieszczenia człowieka na Marsie do 2037 roku. W październiku 2015 roku NASA opublikowała swój oficjalny plan eksploracji i kolonizacji Marsa przez człowieka. Zatytułowano go "Journey to Mars", a MT opisywał go w szczegółach w tamtym czasie. Nie jest już chyba aktualny, gdyż przewidywał raczej wykorzystanie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej na orbicie ziemskiej niż Księżyca i stacji - bramy księżycowej jako etapu pośredniego. Obecnie częściej mówi się o powrocie na Księżyc jako drodze do wypraw na Marsa.
Po drodze pojawił się również Elon Musk i jego SpaceX z jego ambitnymi, a czasem uznawanymi na nierealne planami rutynowych lotów na Marsa w celu umożliwienia kolonizacji. W 2017 roku SpaceX ogłosiła plany wysłania dwóch bezzałogowych starshipów na Marsa do 2022 roku, a następnie dwóch kolejnych lotów bez załogi i dwóch lotów załogowych w 2024 roku. Starship ma mieć ładowność co najmniej 100 ton. Jak do tej pory w ramach programu rozwoju Starship przeprowadzono udane testy kilku prototypów Starshipa, w tym jedno w pełni udane lądowanie.
Mars jest z pewnością najlepiej zbadanym i poznanym ciałem kosmicznym po Księżycu lub nawet na równi z nim. Ambitne plany sięgające nawet kolonizacji to jedna, raczej w tej chwili mglista perspektywa. Pewne jest jednak, że ruch wokół i na powierzchni Czerwonej Planety będzie narastał w najbliższych latach.
Mirosław Usidus
