Dziś wieczorem InSight ląduje na Marsie – to pierwsza misja, która zajrzy do wnętrza planety

InSight to pierwsza marsjańska misja, która nie będzie zajmowała się powierzchnią czy atmosferą planty, tylko skupi się na jej wnętrzu. Dzięki temu chcemy poznać historię Marsa i przyczyny jego obecnego stanu.

++++++++++++++

[AKTUALIZACJA 20:54 26 listopada 2018 – Udało się! InSight wylądował i przesłał pierwsze zdjęcie!]

Pierwsze zdjęcie przekazane przez InSight. Jeszcze brudny obiektyw – to test transmisji. Fot. NASA/JPL

++++++++++++++

Mars jest planetą nieprzyjazną życiu. Wedle obecnej wiedzy około 4 mld lat temu jądro tej planety wystygło na tyle, że przestało obracać się i generować pole magnetyczne. A potem było już tylko gorzej – brak pola sprawił, że wysokoenergetyczne cząstki wiatru słonecznego zaczęły stopniowo niszczyć atmosferę Marsa. W efekcie większość atmosfery uleciała w kosmos, dziś pozostał dwutlenek węgla, odrobina azotu i argonu. Zniknął całkowicie tlen, którego przed miliardami lat było prawdopodobnie więcej, niż na Ziemi. Pozostała szczątkowa atmosfera o gęstości ponad stukrotnie mniejszej od ziemskiej. Wraz z atmosferą zniknęła woda, która – jak powiódł m.in. łazik Curiosity – płynęła kiedyś wartko po powierzchni planety.

Badając Marsa próbujemy ustalić, czy Ziemię czeka taki sam los. Większa od Marsa jest w stanie dłużej utrzymać wewnętrzne ciepło, a więc wirujące żelazne jądro, które działa jak dynamo generujące pole magnetyczne. Ale jak długo? I co będzie się działo potem?

To są właśnie pytania, na które ma pomóc odpowiedzieć misja sondy InSight (to jeden z tych amerykańskich skrótów – rozwinięcie to Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport). Oczywiście poza tym ma jeszcze całe mnóstwo innych zadań – jak to zwykle przy ambitnych kosmicznych wyprawach.

Trajektoria lotu InSight Rys. NASA/JPL-Caltech

Kiedy?

Sonda została wystrzelona 5 maja 2018 roku. Co prawda miała ruszyć dwa lata wcześniej, ale okazało się, że jeden z modułów lądownika (sejsmometr) wymaga poprawek.

Lądowanie odbędzie się 26 listopada 2018 roku około godziny 20:50 czasu polskiego. Ściślej rzecz biorąc o 20:47 sonda wchodzi w atmosferę Marsa, a o 20:54 ma wylądować na powierzchni planety. To godziny, o których Ziemia otrzyma sygnał z Marsa – światło i sygnały radiowe biegną obecnie stamtąd około 8 minut.

Gdzie?

Na Marsie, a dokładniej na wulkanicznej równinie Elysium Planitia.

Widok Marsa z Elysium_Planitia po środku. Fot. https://mars.nasa.gov/maps/explore-mars-map

Region można też obejrzeć na mapie Marsa przygotowanej przez Google’a

To miejsce wybrano ze względu na małe zagrożenie burzami pyłowymi oraz przewidywany miękki, sypki grunt pozwalający na wbicie w niego sondy.

Jak odbędzie się lądowanie?

Godziny podane wedle czasu środkowoeuropejskiego.

20:40 – oddzielenie się lądownika od członu, z którym leciał w stronę Marsa

20:41 – ustawienie lądownika w pozycji do wejścia w atmosferę

20:47 – wejście w atmosferę z prędkością 19 800 km/h

20:49 – osłony lądownika osiągają maksymalną temperaturę ok 1500 °C

20:51 – otwarcie spadochronu

15 sekund później – oddzielenie osłony termicznej

10 sekund później – wysunięcie trzech nóg lądownika

20:52 – uruchomienie radaru mierzącego odległość od podłoża

20:53 – pierwsze dane z radaru

20 sekund później – oddzielenie tylnej osłony ze spadochronem

0,5 sekundy później – uruchomienie silników hamujących

2,5 sekundy później – obrót lądownika do pozycji właściwej do lądowania

22 sekundy później – lądownik zaczyna zwalniać z 27 do 8 km/h by miękko osiąść

20:54 – planowany moment lądowania

21:01 – przesłanie na Ziemię sygnału potwierdzającego udane lądowanie

Najwcześniej o 21:04, ale prawdopodobnie dopiero następnego dnia, InSight prześle na Ziemię pierwsze zdjęcia z powierzchni Marsa. Najwcześniej o 2:35 w nocy dotrze potwierdzenie rozłożenia paneli słonecznych.

Ze względu na opóźnienia transmisji przejście przez atmosferę nie jest kontrolowane z Ziemi – sonda przechodzi przez kolejne etapy autonomicznie polegając na programie i odczytach z czujników.

InSight podczas wejścia w atmosferę Marsa. Rys. NASA/JPL-Caltech

NASA, która jest świetna w kreowaniu opowieści, nazywa ten czas „7 minutes of terror”, co odzwierciedla zagrożenie związane z tym etapem misji i bezradność ludzi w tym czasie. Mars jest trudnym obiektem dla misji mających na nim lądować. Z jednej strony to duża i masywna planeta, na której grawitacja to 38% ziemskiej. Z drugiej atmosfera jest bardzo rzadka, przez co trudno jest wyhamować z prędkości podróżnej, która wynosi około 10 000 km/h. Wiele misji, jak choćby Beagle 2 czy Schiaparelli rozbiło się właśnie na tym etapie. Zwykle problemem okazuje się być drobny błąd w oprogramowaniu.

Ten schemat lądowania sprawdził się już raz – niemal dokładnie tak samo lądowała w 2008 roku misja Phoenix, która odnalazła na Marsie wodę.

Ciekawym i zupełnie nowym elementem lądowania ma być to, jak zbierane będą z niego dane. Otóż wraz z głównym modułem misji InSight w stronę Marsa poleciały dwie „walizki”. To eksperymentalne sondy Mars Cube One (MarCO), które zostały wystrzelone w tej samej rakiecie, które mają wejść równocześnie na orbitę planety. Ich zadaniem ma być obserwowanie lądowania i przekazywanie na Ziemię danych. Gdyby ich misja się nie powiodła (to wciąż eksperyment), transmisję danych przejmą inne satelity znajdujące się na orbicie Marsa.

Transmisję z lądowania obejrzycie tu:

Co po wylądowaniu?

Choć to właśnie „7 minut grozy” budzi największe emocje, to misja naukowa zaczyna się po wylądowaniu. Zaplanowano ją na pełny rok marsjański czyli 687 dni ziemskich. Chodzi bowiem m.in. o to, by zbadać zmiany temperatury jakie zachodzą pod powierzchnią Marsa przez cały tamtejszy rok.

Lądownik nie będzie się przemieszczał, bo istota badania polega właśnie na tym, by dokonywać pomiarów w jednym punkcie. Zaplanowane są trzy główne eksperymenty.

InSight po wylądowaniu. Po lewej sejsmometr, po prawej przyrząd do badania temperatury z zagłębionym Kretem. Fot. NASA/JPL-Caltech

Pomiar temperatury

Ten instrument zostanie wystawiony z lądownika za pomocą robotycznego ramienia. Na powierzchni zostanie jeden moduł, ale najciekawsze będzie się działo pod powierzchnią. Tu właśnie kluczową rolę spełnia polska konstrukcja zwana potocznie Kretem. Przypomina on mocno przerośniętą kredkę. Wewnątrz znajduje się system, który działa niczym młotek – wbija Kreta coraz głębiej w grunt. Co ważne, Kret nie jest w żaden sposób popychany z góry. Cały, konstrukcji polskiej firmy Astronika, mechanizm działa samodzielnie. Być może kojarzycie to rozwiązanie – podobny mechanizm zastosowano w misji Rosetta, gdzie polski młotek miał wbić się w powierzchnię komety.

Kret ma stopniowo zagłębić się aż na 5 metrów – to bardzo dużo, nigdy jeszcze nie dotarliśmy tak daleko pod powierzchnię obiektu innego niż Ziemia. Wkopując się mechanizm będzie ciągnął za sobą taśmę, która zapewni mu zasilanie, ale przede wszystkim ma wmontowane czujniki temperatury. Dzięki temu przez rok mierzony będzie profil cieplny marsjańskiego gruntu. W ten sposób naukowcy chcą się dowiedzieć, ile ciepła i w jaki sposób wydobywa się z wnętrza planety ku powierzchni.

Sejsmometr

Również ten moduł zostanie wystawiony poza obręb lądownika. Choć Mars wydaje się nieaktywny sejsmicznie, to badacze sądzą, że we wnętrzu planety pojawiają się wciąż ruchy, których echa docierają na powierzchnię. Sejsmometr ma wychwycić ten planetarny puls i śledzić go przez cały rok. Urządzenie wyposażone jest też w szereg czujników, które śledzą otoczenie. Chodzi o to, by odróżnić drgania pochodzące z wnętrza Marsa od tych, które wywołane są lokalnymi zjawiskami atmosferycznymi – burzami pyłowymi i wędrującymi wirami.

Sejsmometr odnotuje też odległe uderzenia meteorytów. To, jak rozchodzą się fale można wykorzystać niczym prześwietlenie wnętrza planety – odbicia czy opóźnienia fal sejsmicznych mogą wiele powiedzieć o budowie Marsa.

Eksperyment radiowy

Anteny umieszczone na lądowniku będą odbierać i odsyłać sygnały radiowe wysłane z Ziemi. Śledząc ich opóźnienia urządzenie będzie w stanie określić drobne wahania osi planety. Oś obrotu Marsa nie wskazuje stale na jeden punkt na niebie, tylko zatacza niewielkie kręgi. Jeśli będziemy dokładnie znali zakres i tempo tych wahań, będziemy w stanie wywnioskować, czy Mars faktycznie ma zestalone jądro czy jest ono nadal płynne.

Podsumowanie misji InSight znajdziecie w tym filmie: