Trzymać w dłoni kawałek kosmosu? Niektórzy szczęśliwcy doświadczą tego wkrótce

Ze swojej siedmioletniej misji powraca wysłana przez NASA sonda kosmiczna OSIRIS-REx (akronim od Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security–Regolith Explorer – Pochodzenie, Interpretacja Spektralna, Identyfikacja Zasobów, Bezpieczeństwo–Badacz Regolitu). Sonda zrzuci pojemnik zawierający około kubka kamyków i pyłu zebranych z powierzchni poruszającej się blisko Ziemi planetoidy Bennu. „Bennu to kapsuła czasu młodego Układu Słonecznego, a my ją otworzymy – mówi Amy Hofmann, geochemiczka izotopowa z Jet Propulsion Laboratory NASA, która uczestniczy w pracach badawczych misji. – Będziemy pierwszymi ludźmi, którzy zobaczą, co tam jest. Na samą myśl o tym dostaję gęsiej skórki.”

Hofmann jest jednym z około 200 naukowców, którzy otrzymają część ładunku przywiezionego przez sondę OSIRIS-REx. 24 września sonda ma wypuścić kapsułę powrotną, która przebije się przez ziemską atmosferę i wyląduje na spadochronie na poligonie testowo-szkoleniowym Departamentu Obrony w stanie Utah. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, zespoły odpowiedzialne za odzyskanie próbki przetransportują ją helikopterem do przenośnego czystego pomieszczenia w celu usunięcia osłony termicznej i tylnej osłony, a następnie dostarczą ją do specjalnie przygotowanego obiektu w Johnson Space Center w Houston. Tam naukowcy ostrożnie otworzą wewnętrzny pojemnik, przenosząc go w środku komory rękawicowej, aby uniknąć jakichkolwiek zanieczyszczeń. W ten sposób pozyskamy jedne z niewielu dziewiczych fragmentów planetoidy, jakie kiedykolwiek dotarły na powierzchnię Ziemi. (Meteoryty też są wartościowe, ale uległy przemianie wskutek spalania w ziemskiej atmosferze).

Dzięki pobranym próbkom dowiemy się, w jakim stanie znajdował się Układ Słoneczny w momencie swego powstawania, jakie aminokwasy i inne związki chemiczne były w nim obecne. „O w OSIRIS-REx oznacza tak naprawdę pochodzenie życia – mówi główny badacz misji Dante S. Lauretta z University of Arizona. – Chcemy zrozumieć rolę, jaką w dostarczeniu prekursorów życia na Ziemię odegrały te bogate w węgiel planetoidy”.

Sonda OSIRIS-REx została wystrzelona w 2016 roku i po dwóch latach dotarła do Bennu. Kolejne dwa lata spędziła w pobliżu kosmicznej skały, wykonując pomiary za pomocą różnych instrumentów, m.in. pokładowych kamer i spektrometrów. Dostarczyły one wielu informacji na temat Bennu, w tym choćby takich, że przypomina ona bardziej stertę luźno związanego gruzu niż solidny obiekt, i że mieści w sobie minerały zawierające wodę. Ale prawdziwą nagrodą będą próbki. „Mamy dostęp do absolutnie najnowocześniejszej techniki na Ziemi – mówi współprowadząca badanie Michelle Thompson, planetolożka z Purdue University. – Mamy czas, ogromny zespół i możliwość przeprowadzania skoordynowanych analiz, możemy więc przebadać tę samą próbkę wieloma różnymi metodami – naprawdę nic nie jest w stanie tego zastąpić. Dostarczenie próbki to kamień węgielny planetologii.”

W październiku 2020 roku sonda kosmiczna zbliżyła się do planetoidy, na krótko dotykając jej powierzchni za pomocą zautomatyzowanego wysięgnika Touch-and-Go Sample Acquisition Mechanism (Mechanizm Akwizycji Próbki przez Dotknięcie i Odejście; TAGSAM). Wystrzelił on strumień azotu, aby wzniecić pył i wzruszyć skały, które następnie trafiły do głowicy zbierającej. „Wygląda to jak filtr powietrza, z tą różnicą, że to my dostarczyliśmy powietrze” – mówi Lauretta. Zdjęcia wykonane podczas procesu pobierania wskazują, że misja zgromadziła mnóstwo materiału. Niektóre fragmenty próbki utknęły nawet na zewnątrz TAGSAM.

Kiedy naukowcy otworzą TAGSAM na Ziemi, jedna czwarta próbki trafi do zespołu OSIRIS-REx, a ten roześle ją z Johnson Space Center do laboratoriów na całym świecie. 4% próbki trafi do Kanady, która wniosła swój wkład w misję, a co najmniej 0,5% zostanie wysłane do Japonii. Kraj ten przeprowadził dwie misje Hayabusa, które dostarczyły pierwsze próbki planetoid w 2010 i 2020 roku. Jednakże 70% pozostanie nienaruszone, przynajmniej na razie. „Podobnie jak w przypadku Apollo, chcemy zachować większą część próbki dla przyszłych naukowców” – mówi Andrew Ryan, planetolog z University of Arizona, który kieruje grupą roboczą zajmującą się analizą fizyczną i termiczną próbki OSIRIS-REx. „Będziemy mieć nowe pytania, pojawi się lepsza aparatura, dlatego chcemy mieć pewność, że nie zużyjemy całej próbki”.

Już pierwsze odkrycia naukowe powinny znacznie poszerzyć naszą wiedzę na temat planetoid typu Bennu. Zespół Ryana ustali, jak materiał przewodzi ciepło, ile w każdym ziarnie jest przestrzeni między cząsteczkami i jak duża jest siła, która spaja kawałki. Porównanie tych wyników z szacunkami dokonanymi przez naukowców, gdy statek kosmiczny krążył wokół Bennu, pomoże lepiej scharakteryzować inne planetoidy na podstawie zdalnych pomiarów – będzie to kluczowa sprawa, jeśli kiedyś w przyszłości będziemy musieli zmienić trajektorię skały pędzącej ku Ziemi.

Aby zidentyfikować w próbkach konkretne cząsteczki organiczne o różnych składach izotopowych i porównać ich ilości, Hofmann użyje specjalnego spektrometru masowego o nazwie Orbitrap. Dzięki informacji o tym, jaki procent atomów węgla-12 (najczęstsza forma tego pierwiastka) został w cząsteczkach zastąpiony przez węgiel-13 (rzadka, stabilna forma węgla z dodatkowym neutronem), naukowcy będą mogli ocenić temperaturę, w której powstał związek. „Takie pomiary nie były możliwe, gdy po raz pierwszy wysunięto koncepcję misji OSIRIS-Rex – mówi Hofmann. – To technika śledcza w planetologii”.

Thompson wykorzysta mikroskopy elektronowe do zbadania, w jaki sposób Bennu ulegał stopniowemu zwietrzeniu w wyniku uderzeń innych skał kosmicznych i energetycznych cząstek emitowanych przez Słońce. Pomiary te, w połączeniu z wynikami innych eksperymentów zaplanowanych dla próbek, mają na celu dostarczenie kompleksowego obrazu stanu wczesnego Układu Słonecznego i procesów, dzięki którym stał się tym, czym jest dzisiaj. „Pytania, na które zamierzamy odpowiedzieć, są niezwykle zróżnicowane – mówi. – Obejmują wszystko od poznania i scharakteryzowania elementów składowych Układu Słonecznego, po zbadanie właściwości fizycznych materiału. Ta misja całkowicie zrewolucjonizuje obraz tego typu ciał. Wszyscy jesteśmy bardzo podekscytowani.”