Phoenix: jön a nagy mintavétel

A vörös bolygó északi sarkvidékén leszállt Phoenix az elmúlt napokban kipróbálta robotkarját. Az első éles mintavételt néhány bosszantó technikai apróság késleltette, de ezek mostanra megoldódtak. Így ideális esetben pénteken, június 6-án megkezdődhet a komoly munka. A vizsgálatok során a víz és közvetetten az élet nyomait keresik majd a fagyos talajban. Az első minta elemzése közel négy napig tart, részletesebb eredmény jövő hét közepére várható.

Mintavizsgálat közvetlen közelről

A felszíni törmeléktakaróból származó mintát, a kiemelés körülményeit és a mélyedés falát a robotkar kamerája figyeli meg, maximálisan 23 mikrométeres felbontással (a mikrométer a milliméter ezredrésze, vagyis mikroszkopikus vizsgálatról van szó). Ha túl sötét van a kiásott mélyedésben, annak falát egy lámpával meg is világíthatja. A megfigyelés során megállapítható, rétegzett-e a talaj, mekkora a porozitása, milyen a mikroszkopikus szerkezete, mennyire vannak összetapadva a szemcséi. Mindennek segítségével az anyag lerakódási körülményei, illetve a később bekövetkezett változások egyaránt rekonstruálhatók.

Mai ismeretek alapján a bolygó forgástengelyének változik a dőlésszöge. Emiatt hol jég rakódik le egy adott területre a légkörből (dérhez, esetleg hóhoz hasonló csapadék formájában), hol csak a szemcsék közötti pórusokba fagy be a felszín alatt, és vannak olyan időszakok, amikor a szárazság és a viszonylagos meleg miatt a jég eltávozik - ilyenkor kiszárad a vidék. Mindezek az éghajlati változások szerint ciklikusan ismétlődnek, és a felszín alá mélyített vájat fala segíthet a folyamat rekonstruálásában. A legérdekesebb kérdés, hogy e változások során lehetett-e olyan időszak, amikor folyékony fázisú víz is megjelent, elsősorban az apró szemcsék közötti pórusokban.

Minilaboratóriumok a Marson: a víz és a lehetséges egykori élet nyomában

A szonda legfontosabb tudományos eredményeit a szakemberek azoktól az apró laboratóriumoktól várják, amelyekbe a robotkar a felszín alól származó mintát elhelyezi, és ahol részletes vizsgálatuk megtörténik. Az eddigi küldetések során csak a felszínen lévő kőzeteket vizsgálták, csak a Spirit és az Opportunity csiszolt le a kőzettisztító berendezésével néhány millimétert a sziklák felületéből. Most azonban (ideális esetben) több tucat centiméter mélyről, vízjégben gazdag közegből származó mintákat fognak tanulmányozni.

A kiemelt minta vizsgálatára szolgáló mikroszkóp (NASA, JPL, Caltech, UA)

A MECA nevű berendezés egy ún. nedves kémiai laboratórium, amelyben többféle mikroszkóp van. Az ide kerülő mintát vízben feloldják, és főként elsődleges biogén elemek jelenlétére (szén, hidrogén, nitrogén, oxigén) vadásznak az oldat elemzésekor. Emellett az eredetileg a mintában lévő víz, szén-dioxid, karbonát és szulfát mennyiségét is megbecsülik, és szerves anyagokat is kimutathatnak.

A több részből álló MECA egyik oldóedénye (balra), ahol a vízzel kapcsolatos reakciók zajlanak, napi melegítéses-fagyasztásos ciklusok szerint. Mellette a robotkar végén lévő detektor (jobbra), amelyet a mintavétel helyén szúrnak a törmeléktakaróba, mérve annak hőmérsékletét, elektromos vezetőképességét, közelítő nedvességtartalmát (NSA, JPL, Caltech, UA)

A TEGA nevű eszköz mindegyik mintát maximum 1000 Celsius-fokig hevíti. Eközben vizsgálja a melegedés ütemét, és a minta reakcióját a fűtésre, amelynek alapján meg lehet becsülni, milyen kémiai kötések és összetevők voltak benne. Talán még fontosabb, hogy a felszabaduló gázokat egy ún. tömegspektrométerbe vezeti, ahol nem csak az eltérő atomok arányát, de a különböző izotópok gyakoriságát is meghatározza.

A fenti vizsgálatok egyik legfontosabb célja, hogy kiderítsék, milyen volt az egykori felszín alatt környezet, esetleg vannak-e olyan kémiai jellemzők (ún. izotóp-anomáliák), amelyek akár egykori élettevékenyésg miatt is létrejöhettek.

A TEGA hevítéses kamrái a földi tesztelés során. A háztető alakú szerkezet oldalán találhatók az egyes ajtók, amelyeket kinyitva ejti a mintát az adott kamrába a robotkar (NASA, JPL, Caltech, UA)

Ettől a detektortól az egyik fontos mérés a H₂O izotóp-összetételének meghatározása lesz. Utóbbi alapján, tehát a hidrogént helyettesítő deutérium gyakorisága révén megbecsülhető, hogy mennyi ideig lehetett a jég enyhe, fagypontközeli hőmérsékleten. Ezt az egymás alatti rétegekben mérve a terület hőtörténetét, az éghajlatváltozások lezajlását lehet rekonstruálni, ahhoz hasonlóan, mint ahogyan az antarktiszi jégmintákból becsülik meg az elmúlt évszázadok, évezredek földi éghajlati jellemzőit.

Jég a Pheonix leszállóhelyén

A korábbi, ún. neutronspektrométeres mérések alapján a felszín alatt átlagosan 20-25 centiméter mélyen vízjég lehet, méghozzá legalább 50%-os térfogatarányban. Mivel ekkora térfogatarány a modellek alapján nem keletkezik a szemcsék közé kifagyó vízpárából, ez a jég feltehetőleg néhány millió, esetleg tízmillió évvel ezelőtt reakódott le a légkörből, valamilyen csapadékhoz hasonló formában. Ennek a mikéntjére világíthat rá a jég szerkezete, a fenti vizsgálatok révén.

A leszállóhely felülnézeti képe a szondával. A Phoenix a rózsaszínnel jelölt területet éri el robotkarjával (NASA, JPL, Caltech, UA)

A mintavételi helyszín kiválasztása olyan szempontból is fontos, hogy a sziklák alatt mélyebben, a vékony portakaró alatt pedig sekélyebben lehet a jégréteg teteje - de igazából a jég előfordulásáról csak bizonytalan becslések vannak.

A víz nyomában

A Phoenix laboratóriumai nemcsak a múlt felszín alatt rejtőző nyomait tanulmányozza - a H₂O mai előfordulásáról is nyújthat információkat. Ilyen szempontból fontos, hogy a Phoenix az északi sarkvidéken, a helyi nyáron végzi vizsgálatait, ugyanis ez a leginkább nedves időszak a marsi évszakok között. A modellszámítások és földi laboratóriumi vizsgálatok alapján a Marson a legtöbb helyen egy néhány molekula vastagságú, ún. adszorbeált vízfilm borítja a szemcséket.

Fagyréteg a Viking-2 mellett (NASA, 1979)

Ez a réteg csak mikrofizikailag tekinthető folyékonynak, makroszkopikusan nem az, tehát a H₂O-molekulák nem tudnak "lefolyni" a felszínről, sőt ahhoz még a jégnél is erősebben kötődnek. A modellek alapján -80 Celsius-foknál magasabb hőmérsékleten létezik ez a vízfilm, vastagsága az elérhető H₂O-mennyiségtől függ. Elméletileg a Phoenix helyén, megfelelő körülmények között 6-8 vagy még több molekula vastag réteget is alkothat, amelynek tulajdonságai talán már közelítenek a hagyományos vízéhez. Bár az elméleti modellek alapján ez az adszorbeált vízfilm mostanában lehet a legvastagabb a Mars e területén, közvetlenül még soha nem sikerült megfigyelni.

Ha létezése bebizonyosodna, az komoly előrelépés lenne, és újabb lendületet adhatna a marsbéli élet lehetőségének kutatásához. Bár a kérdéses réteg csak néhány molekula vastag, egyéb molekulákat szállíthat, és speciális esetben akár feltételezett élőlények számára is elérhető H₂O-mennyiséget jelent.