Új korszak nyílik a Mars kutatásában: landoláshoz készülődik a Phoenix

Rövidesen eléri a Marsot a Phoenix-űrszonda, az első leszállóegység, amely - ha minden a tervek szerint alakul - a vörös bolygó sarkvidékén üzemel majd, tudományos szempontból sokkal izgalmasabb területen, mint az eddigi felszíni szondák. A Phoenix a Mars északi poláris térségének lakhatósági viszonyait kutatja, és a marsi élet lehetőségével kapcsolatos kérdések közül leginkább arra találhat választ, hogy vajon mekkora esélye lenne egy földi, szélsőséges természeti környezetet elviselni képes baktériumnak az életben maradásra a marsi nyár idején a leszállóhely területén.

A Phoenix-űrszonda

A Phoenixet nem véletlenül nevezték el a mitológiai madárról. Az ókori görögök szerint a reggelente gyönyörűen daloló madár 500 évig vagy még tovább él, majd lángokban semmisül meg és hamvaiból születik újjá. A marskutató Phoenix több korábban elvetett, illetve félbeszakadt küldetés műszereit, illetve azok újra elkészített változatait viszi magával.

A NASA animációs filmje a Phoenix érkezéséről, landolásáról, a napelemek és a műszerek aktiválásáról, az első talajminta-vizsgálatról

A szonda felszerelése

A Phoenix adatait közvetlenül sugározza a Földre, amelyeket az alábbi berendezésektől kapja.

• RA (Robotic Arm; robotkar): 2,35 m hosszú kar, amely 0,5 m mélyre fúr le és onnan mintát vesz a TEGA és a MECA műszereknek. Miniatűr kamerája (RAC) és hőmérője közvetlen közelről vizsgálják a célpontokat, a mélyedés falát. Szilárd jégen elméletileg nem képes áthatolni, de feltehetőleg jég és por keverékével találkozik a területen.
• RAC (Robotic Arm Camera; robotkar-kamera): sztereó- és panorámafelvételeket készít a leszállóegység környékéről, a mélyedésről, és a kiemelt mintáról. A marstalaj szerkezetét, rétegzettségét, porozitását fogja vizsgálni. 23 mikrométeres részleteket is megörökíthet, és két kis lámpájával megvilágíthatja a célpontot, ha túl sötét van.
• SSI (Surface Stereocopic Imager; felszíni sztereó képfelvevő): kb. 2 méter magasan elhelyezett érzékelő, amely optikai és infravörös felvételeket készít. Felbontása a MER-ek (a jelenleg dolgozó marsjárók) kameráihoz közeli, sztereóképei alapján domborzatmodell készíthető a szonda környékéről, megkönnyítve a robotkar használatát. Felfelé is tekinthet, ekkor a légkör optikai tulajdonságait vizsgálja, és a szonda testén lerakódó por mennyiségét tanulmányozza.
• MARDI (Mars Descent Imager; leszálló képfelvevő): fél kg súlyú kamera 66 fokos látómezővel, az ereszkedés során örökíti meg a felszínt. Információit a számítógép azonnal feldolgozza, így képes a veszélyes területek észrevételére. Képei a biztonságos leszállásban és később annak a megállapításában fontosak, hogy a mérési eredmények mennyire tekinthetők általánosnak a területen. Az utolsó felvételek a mintavételek környékét igen nagy felbontással mutatják majd.
• MECA (Microscopy, Electrochemistry, and Conductivity Analyzer; mikroszkóp, elektrokémiai- és vezetés-elemző): nedves kémiai laboratórium, optikai- és atomerő-mikroszkóp, valamint elektromos- és hővezető-képességet vizsgáló berendezések kombinációja. 10 minta részletes elemzésére képes. A robotkarral kiemelt marstalajt vízben feloldja, meghatározza a pH-t, az oldatba jutott magnézium, nátrium, klór, bróm, oxigén, szulfátok és szén-dioxid mennyiségét és a minta víztartalmát. Emellett karbonátokat és oxidokat azonosíthat. A 2 mm-es látómezejű, 4 mikrométeres felbontású "klasszikus" mikroszkóp a szemcsék eredetéknek (szél, víz stb.) megállapításában segíthet, az atomerő mikroszkóp pedig 10 nanométeres részleteket is megmutathat.
• TEGA (Thermal and Evolved Gas Analyzer, termoanalitikai és gázelemző): nyolc egyszer használatos hevítőkemence, amelyben ún. kalorimetriai módszerrel vizsgálják a minta összetételét, a szilárd/folyadék/gáz halmazállapotok közötti átalakulást. 1000 °C-on a keletkezett gázokat a tömegspektrométerbe vezeti, amely atomokat, izotópokat akár 10 ppb koncentrációban is kimutat. Fő feladata a vízjég jelenlétének bizonyítása és az izotópösszetétel vizsgálata.
• MET (MEteorological Station, meteorológiai mérőállomás): a meteorológiai viszonyokat vizsgáló műszercsomag, amely lézersugárral a légkörben lévő por- és vízjégszemcsék eloszlását tanulmányozza. Feladata, hogy megállapítsa a sarki területek szerepét a globális H₂O körforgásban.

Út a vörös bolygóig

A 386 millió dollár összköltségű Phoenix túl nehéz a légzsákos leszálláshoz, ezért a landolás utolsó fázisában rakétás fékezés lesz (lásd a fenti animáción). Ez az 1970-es években landolt Viking-szondák technikájára emlékeztet, de annál sokkal kifinomultabb. A légköri belépés során kb. 125 km magasan izzik fel a hőpajzs, miközben a szonda tetején lévő antennák folyamatosan sugározzák a berendezés életjeleit. A hangsebesség 1,7-szeresénél kinyílik az ejtőernyő, majd leválik az alul lévő hőpajzs, üzembe áll a magasságmérő radar és kinyílnak a leszállólábak. Több detektor már az ereszkedés során, a hővédőpajzs ledobásakor, 8-9 km magassan kezd üzemelni.

A Phoenix kb. egy kilométerrel a felszín felett elengedi az ejtőernyőt, innen fékezőrakétákkal ereszkedik. Kamerája és fedélzeti számítógépe révén képes a nagyobb terepakadályok érzékelésére és kikerülésére. Végül 12 méter magasan kb. 2,4 m/s-ra csökken a sebessége, majd innen lassan tovább ereszkedve ér felszínt. A fékezőrendszer hidrazin üzemanyagot használ - egyelőre nem tudni, hogy az elégő és a felszínre jutó végtermékek mennyire szennyezik be azt, ami meghamisíthat egyes kémiai vizsgálatokat.

Fantáziarajz az üzemelő Phoenixról (Phoenix Mission, University of Arizona, NASA)

A leszállóhely, az északi mélyföldek vidékén körülbelül 3500 méterrel az átlagos bolygósugár alatt húzódik a felszín, a térség sima, a lejtőszögek 16 fok alattiak, és a szél ereje általában 20 m/s-nál kisebb.

Az 1,2 méter átmérőjű Phoenix a landolás után kinyitja 4 méter átmérőjű napelemét, és bekapcsolja az SSI-detektort (felszíni sztereó képfelvevő, lásd fent, a műszereknél). A mintavétel a 10. és 90. marsi nap (sol) közötti időszakra tervezik. A szonda négy napig, naponta 2,5 órán keresztül mélyít az árkot, utána négy napig elemzi a mintát, majd újrakezdi ezt a ciklust..

Az üzemelés fő periódusa három hónap, eddig képes csak a napelem a sarki nyár idején energiával ellátni a mintavevő berendezést. Később az egyre alacsonyabbról sütő Nap fényében még két hónapig működik a Phoenix, de már csak meteorológiai állomásként, majd a tél közeledtével véget ér életútja. Magas szélességen a hosszú sarki éjszaka alatt nincs napfény, ami energiát szolgáltathatna, emellett várhatóan vastag széndioxid-hó fedi be a berendezést.