Niezwykłe odkrycie w regolicie z Bennu

Kilka miesięcy temu na Ziemię powróciła próbka materii pobranej w niezwykły sposób z asteroidy Bennu. Pisałem wtedy o tej wyprawie, a też o powrocie próbki, i obiecałem, że gdy tylko będą nowe doniesienia o analizach, na pewno wrócę do tematu. I właśnie nadszedł ten czas.
Zacznę może jednak od momentu, który nastąpił tuż po lądowaniu pojemnika z asteroidowym regolitem na amerykańskim poligonie wojskowym znajdującym się na pustyni w Utah. Wielka misja przebiegła z zegarmistrzowską precyzją. Okazało się jednak, że zaraz potem zaczęły się schody, do tego bardzo niespodziewane. Problemem okazało się otwarcie pojemnika. Aby zachować maksymalną sterylność, został on przeniesiony do specjalnego pomieszczenia, gdzie przystąpiono do otwarcia, a w zasadzie próby jego otwarcia.

Zespół badaczy otwiera w warunkach kontrolowanych pojemnik z regolitem z Bennu
źródło: nasa.gov, licencja: domena publiczna

Z 35 śrub udało się odkręcić 33, dwie nie puściły. Można sobie wyobrazić frustrację zespołu. Próbka została pobrana w fantastyczny sposób, potem przyleciała w okolice Ziemi, przebywając ponad 6 mld km. Wylądowała bezpiecznie na powierzchni. No i nagle stop, śrubki nie puszczają, a nie ma narzędzia, którego można by użyć. Musiały minąć ponad trzy miesiące do chwili, w której ogłoszono: mamy to!
Ktoś mógłby powiedzieć: no jak to, mamy XXI wiek, a nie ma narzędzi, aby to otworzyć? Nie mieli WD-40? Otóż nie. Do operacji wewnątrz pomieszczenia na poligonie można było użyć wyłącznie narzędzi, które były wewnątrz. Reguły są jasne: żadnej zewnętrznej ingerencji, ani tym bardziej ziemskich substancji, szczególnie organicznych. Wszystko musi być wyczyszczone, wysterylizowane, maksymalna precyzja. Na szczęście po wielu próbach w końcu się udało, ale dopiero w styczniu 2024 r.

Ciekawe wyniki badań wstępnych
Naukowcy z wielką ochotą zabrali się do analiz. Mieli wreszcie coś niezwykłego – praktycznie nietkniętą garść materiału z czasów początku naszego układu. Niedawno ujawniono wyniki wstępnych badań. Bez wchodzenia w szczegóły napiszę, że najpierw próbka była badana pod mikroskopem. Okazało się, że obserwowane ziarenka są w większości ciemnego koloru, pokryte warstewką jasnej substancji. I właśnie ona skupiła na sobie zainteresowanie badaczy.

Próbki regolitu widziane pod mikroskopem. Białe fragmenty to fosforany
Żródło: nasa.gov, licencja: domena publiczna

Prosta analiza chemiczna wykazała, że składa się głównie z kationów magnezu (Mg2+) oraz sodu (Na+), a także anionów fosforanowych (PO43-). Czyli mamy fosforan magnezu i sodu. Cóż w tym sensacyjnego? Przecież na Ziemi spotykamy go w wielu miejscach, w różnych formacjach geologicznych. To prawda, ale te minerały są ściśle związane z wodą, z oceanami. Wygląda więc na to, że te niepozorne szare kryształy powstały kiedyś w jakimś zbiorniku wodnym w pierwotnym świecie sprzed miliardów lat. Potem asteroida, z których jest zbudowana, została jakoś wyrwana ze swojego środowiska (które zapewne strasznie dawno temu przestało istnieć) i ruszyła w podróż po Układzie Słonecznym. Co ciekawe, wcześniejsze zdalne badania Bennu nie wykazały obecności pochodnych fosforu w tamtejszym regolicie. Jeśli dodamy do tego już posiadane dane o tym, że są tam związki węgla oraz woda, mamy już sporo składników ważnych, jeśli analizujemy to, w jaki sposób powstał nasz system planetarny. Bo tak naprawdę Bennu to jeden z odpadów, który pozostał z tej kosmicznej budowy – ot, takie pół pokruszonej cegły.
Głównymi minerałami tworzącymi regolit Bennu są jednak krzemiany, konkretnie serpentyn oraz różne smektyty (jednym z nich jest bentonit, znany zapewne miłośnikom kotów). Nic w tym dziwnego, ponieważ krzem (Si) jest jednym z najczęściej występujących w kosmosie pierwiastków, a krzemiany są wszędzie.
Badanie regolitu z Bennu da nam zapewne nieco odpowiedzi na pytania dotyczące tego, jak się tworzył Układ Słoneczny. Warto jednak uświadomić sobie, że jednocześnie pojawi się dużo nowych pytań, na które będziemy musieli znaleźć odpowiedzi.
Analizy skałek z Bennu uświadamiają nam też inną rzecz. Prawdopodobnie nieprędko (jeśli w ogóle) człowiek zapuści się na tyle daleko w kosmos, aby osobiście pobierać próbki i je badać. Kilka krajów pokazało jednak, że możemy to wszystko osiągnąć, wykorzystując urządzenia automatyczne – zaprogramowane wcześniej i same odbywające nawet długie podróże, bez narażania ludzi na promieniowanie kosmiczne oraz niewygody związane z wielomiesięczną podróżą w ograniczonej przestrzeni.
Stąd nie może dziwić, że misje związane z pobieraniem kosmicznych próbek i przewiezieniem ich na Ziemię w najbliższych latach będą dość liczne. Poza USA i ZSRR (dziś Rosją) do klubu eksploratorów kosmosu dołączyły Chiny, Japonia oraz Indie, jak też ponadnarodowa Europejska Agencja Kosmiczna. Plany obejmują pobieranie próbek z Księżyca, Marsa (oraz jego księżyca, Fobosa), rozmaitych asteroid oraz komet. Na wyniki nieco poczekamy.

I taka refleksja osobista: od dzieciństwa jestem fanem Lema i klasycznej literatury SF. Marzyłem wtedy o tym, że może kiedyś sam polecę gdzieś tam, daleko. Ot, fantazje małolata. Dziś już nie mam złudzeń. Być może człowiek w ciągu kilkudziesięciu lat poleci na Marsa. I tyle, dalsza podróż praktycznie nie jest możliwa. Jesteśmy zbyt kruchymi organizmami, aby odbyć dalsze wędrówki, nawet w naszym układzie planetarnym. A podróże do gwiazd… no cóż, pozostaną w literaturze SF raczej na zawsze.

Księżyc Zatoką Perską przyszłości? (3). Regolit

Księżycowej sagi ciąg dalszy. Poprzednie odcinki Księżyc Zatoką Perską przyszłości? i Księżyc Zatoką Perską przyszłości (2)? Chang’e-6 wylądował opisują tło i możliwe intencje cyklu chińskich (jakże udanych) misji księżycowych. Wspomniałem o helu-3 i regolicie – luźnej, zwietrzałej skale wypełniającej miejsce między skałą litą a atmosferą, grubości paru metrów. Nie jest to konkretny minerał, jak mogłoby się wydawać (wielu z Was tak myślało, przyznajcie się), a rozdrobniona forma dowolnej skały litej, także na Ziemi. Dlatego w kontekście Księżyca regolitem nazywamy regolit księżycowy. 

Poprzednią część opowieści zakończyliśmy na pomyślnym lądowaniu lądownika Chang’e-6 w Basenie Biegun Południowy – Aitken, kraterze uderzeniowym w pobliżu księżycowego bieguna południowego. Otóż pragnę zakomunikować, że misja zakończyła się pomyślnie. Po wylądowaniu, za pomocą łyżki i wiertła pobrano ok. 2 kilogramów skał księżycowych z powierzchni globu i z głębokich na 1 metr odwiertów, a następnie, za pomocą modułu wznoszącego znajdującego się w lądowniku, wyekspediowano do orbitera. Orbiter pomyślnie wylądował w chińskiej Mongolii Wewnętrznej 25 czerwca 2024 roku, tydzień temu.

To nie koniec. Najciekawsze dopiero przed nami. Po pierwsze skały regolitowe z „ciemnej” strony Księżyca są nieco inne niż te, które już poznaliśmy. Przypomnę, że poprzednia misja, Chang’e-5 wróciła z 1,7 kg próbek skał z bieguna północnego w 2020 roku. Panują tam inne warunki, inna jest budowa geologiczna (selenologiczna). Zbadanie tych skał da nam ostateczną odpowiedź, czy Księżyc może być interesującym obiektem do przyszłej eksploatacji, czyli na przykład budowy niezależnej energetycznie stałej bazy księżycowej. Na razie skały są w wyłącznej dyspozycji naukowców chińskich, ale mamy nadzieję, że zostaną udostępnione światowej nauce. Nie nastąpi to jednak zbyt prędko, próbki z poprzedniej misji „uwolniono” dopiero po trzech latach. Późno. Chyba coś jest jednak na rzeczy i nie tylko względy czysto naukowe mają tu znaczenie.

Do myślenia skłania też eksperyment Europejskiej Agencji Kosmicznej ESA przeprowadzony w ramach misji Chang’e-6. Ten pierwszy wspólny kosmiczny projekt badawczy ESA i Chińczyków polegał na detekcji ujemnych jonów znajdujących się przy powierzchni Księżyca (detektor jonów ujemnych NILS zbudowany przez  Szwedzki Instytut Fizyki Kosmicznej). Jony ujemne szybciej ulegają neutralizacji i dlatego są niemożliwe do wykrycia na większych wysokościach. Jony dodatnie były już rejestrowane, na przykład przez sondę ARTEMIS (skrót od Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of the Moon’s Interaction with the Sun) w 2012. Dygresja: proszę nie mylić nazwy  tej sondy z programem księżycowym ARTEMIS. 

Ryc. 1. Pierwsze zdjęcia z lądowania. Widoczna krzywizna horyzontu nie jest krzywizną Księżyca, ale jest skutkiem użycia obiektywu szerokokątnego. (Zdjęcie: CNSA/CLEP)

Księżyc nie posiada pola magnetycznego, ale posiada szczątkową atmosferę (między innymi hel, amoniak, metan i dwutlenek węgla). Pole magnetyczne Ziemi neutralizuje, odpycha i wychwytuje wysokoenergetyczne cząstki pochodzące ze Słońca. Na Księżycu, pozbawionym takiej bariery, następuje jonizacja tych śladowych ilości gazów atmosferycznych. Gazy księżycowe powstają w wyniku różnych procesów zachodzących na powierzchni i w głębi globu, w tym w wyniku uderzeń mikrometeorytów, które nie napotykają na żaden opór ze strony atmosfery. Ten nieco przydługi wywód sprowadza się do tego, że eksperyment ESA także bada księżycowy regolit, tylko trochę inaczej.

Ryc. 2. Niewidoczna strona Księżyca sfotografowana przez lądownik Chang’e-6 zbliżający się do miejsca lądowania. 
(Zdjęcie: CNSA/CLEP)

Bo to, co nas podnieca to się nazywa hel-3, mityczny spiritus movens przyszłych elektrowni opartych na syntezie jądrowej.

Chińczycy nie byliby sobą, gdyby nie podkreślili swoich imperialnych ambicji. Przed opuszczeniem Księżyca na jego powierzchni pozostawiono drewniany model czerwonej, czterogwiazdkowej chińskiej flagi.

Mimo, że misja Chang’e-6 była całkowicie zrobotyzowana, to jednak musiała być zapewniona komunikacja radiowa, choćby w celu właściwego naprowadzenia pojazdu wracającego na Ziemię. Pamiętajmy, że akcja odbywała się po „ciemnej” stronie Księżyca i łączność bezpośrednia z Ziemią była niemożliwa. Łącznikiem telekomunikacyjnym był satelita Queqiao -2 wystrzelony wcześniej. 

Następną chińską misją księżycową będzie misja Chang’e-7 w 2026 r, z użyciem wielu obiektów/pojazdów. Szczegółów nie znamy i pewnie wcześniej nie poznamy. Nawet zakończona Chang’e-6 nie była wcześniej uzgadniana ani koordynowana ze światem naukowym. Parametry orbity, moment wystrzelenia pojazdu powrotnego, te szczegóły znamy jedynie z namierzania amatorskiego lub obserwacji NASA LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter). LRO przypadkiem „zauważył” lądownik Chang’e-6 na krawędzi krateru Apollo. 

Misja Chang’e-8, której celem będzie zbadanie południowego bieguna Księżyca i ustalenie założeń technicznych dla przyszłej Międzynarodowej Księżycowej Stacji Badawczej (ILRS) odbędzie się w 2028 roku.

Księżyc Zatoką Perską przyszłości (2)? Chang’e-6 wylądował 

Jak informuje Chińska Narodowa Administracja Przestrzeni Kosmicznej (CNSA) bezzałogowy pojazd misji Chang’e-6 wylądował pomyślnie na „ciemnej” stronie Księżyca. Nie byłoby w tym nic sensacyjnego gdyby nie fakt, że misja ma za zadanie pobranie i dostarczenie na Ziemię próbek skał księżycowych z jego „ciemnej” strony. To ważne, bo niewidoczna strona Księżyca znacznie różni się od tej, którą widzimy. Różnice w wyglądzie przekładają się na różnice geologiczne, a te z kolei wynikają z historii tego globu. O Księżycu i jego tajemnicach pisałem w tekstach Janusowe oblicze Księżyca i Księżyc Zatoką Perską przyszłości? Chiny konsekwentnie i, jak na razie, bez wpadek realizują ambitny program „kolonizacji” Księżyca. 

Ryc. 1. Start rakiety z misją Chang’e-6. Źródło: Getty Images via https://www.bbc.com/news/articles/cxeejp0y2pjo

Powodzenie misji (informacja na razie niepotwierdzona przez inne źródła niż chińskie) Chang’e-6 to ważny etap, dlatego piszę o tym w dedykowanym tekście. Tajemnica odmienności ciemnej strony Księżyca kryje się w jego historii, a tę możemy poznać tylko poprzez badanie skał księżycowych. Jeśli chińska misja powiedzie się do końca, będziemy mieli (a właściwie Chińczycy, może się podzielą) najstarsze księżycowe skały z Basenu Bieguna Południowego – Aitken, krateru uderzeniowego, jednego z największych znanych w Układzie Słonecznym. I najstarszych. 

Ryc. 2. Lądownik księżycowy Chang’e-6 po wylądowaniu 2 czerwca 2024 r.(Zdjęcie: CCTV)

Badania mogą odpowiedzieć nie tylko na pytania związane z Księżycem. Z uwagi na wiek i położenie pobranych skał będzie można wyciągać wnioski i weryfikować hipotezy dotyczące historii całego Układu Słonecznego, zwłaszcza planet. Wybór miejsca lądowania nie był przypadkowy. Krater Aitken może dostarczyć próbki skał z płaszcza księżycowego, co oznacza, że będzie można określić, czy i ile wody (oczywiście zestalonej) na Księżycu się znajduje. To podstawowa kwestia w planowaniu przyszłych stałych baz księżycowych.

Innym, równie ekscytującym tematem badań jest poszukiwanie helu-3, świętego Graala przyszłej energetyki jądrowej. Mocarstwa kosmiczne od dawna ostrzą sobie zęby na pozyskiwanie tego „mitycznego” izotopu. Po raz pierwszy misje kosmiczne mają szansę być nie tylko eksploracyjne i kosztowne, ale mogą stać się opłacalne. 

Ryc. 3. Plan misji. Żródło: https://x.com/CNSAWatcher/status/1785556675895697602

Data i czas lądowania: niedziela 2 czerwca 2024, godzina 6:23 czasu pekińskiego (22:23 GMT, sobota).

Miejsce lądowania:  basen Bieguna Południowego-Aitken 

Miejsce startu: Wenchang Space Launch Center

Czas lotu: 4 dni

Ciekawostka: Podczas opadania zastosowano autonomiczny system wizualnego omijania przeszkód, który automatycznie wykrywał przeszkody, a kamera w świetle widzialnym wybierała stosunkowo bezpieczne miejsce do lądowania.

Plan misji: Lądownik spędzi kilka następnych dni badając otoczenie i zbierając materiał skalny (2 kg). Część próbek zostanie pobrana z powierzchni, część z odwiertów o głębokości do 2 metrów.

Z dużą większą przyjemnością napisałbym o tak ważnym etapie badań Księżyca w wykonaniu NASA lub ESA. Niestety, misje amerykańskie zawodzą. Zaplanowana na wczoraj misja Starliner (Boeing) została po raz kolejny przerwana. Misję Artemis 2 przełożono z listopada 2024 na wrzesień 2025. Załogowa wyprawa Artemis 3 planowana na końcówkę 2025 roku została (konsekwentnie) przełożona na wrzesień 2026.