Magyar együttműködés a Mars holdjait vizsgáló japán űrszonda kutatóival

2649

Terv szerint a 2020-as évek elején startol a Martian Moons eXploration (MMX) űrszonda, mely a Földet elhagyva, körülbelül 1 évnyi utazás után éri majd el Mars körüli pályáját. Ezután a Phobost célozza majd, melyre legalább egyszer megkísérel leszállni, regolit mintát gyűjteni. A küldetés célja minimum 10 g mintát összegyűjteni és hazajuttatni a Földre. A misszió következő lépésében a Phobost elhagyva többször megközelíti majd a Mars másik, kisebb holdját, a Deimost, mielőtt visszaküldi a mintákat tartalmazó kapszulát a Földre. Utóbbi érkezését 2029 júliusára várjuk.

A küldetés során a Japán Űrügynökség együttműködik a NASA, ESA és CNES kutatóival is, akik a projektben való részvétel mellett tudományos berendezéseket is küldenek az MMX űrszonda „hátán” utazva. „Az MMX misszió remélhetőleg közelebb visz minket a Marsi holdak eredetének megértéséhez.” – mondta Masaki Fujimoto, a JAXA naprendszert kutató osztályának vezetője. „Elképzelhető, hogy egy korai marsi nagy becsapódás eredményeképpen alakultak ki, de befogott aszteroidák is lehetnek, ahhoz hasonlatosak, melyek mind a Földre, mind a Marsra vizet hozhattak.”

Művészi elképzelés az MMX űrszondáról, ahogyan a Phobos és a Deimos holdakat vizsgálja. (JAXA/NASA)

A Phobos általános jellemzőit, mint a méreteit, tömegét és keringési paramétereit már részletesen tanulmányozták korábban, más fontos tulajdonságait azonban numerikus modellekkel lehet megbecsülni. Ezek alapján a felszínformák dőlésszöge várhatóan többnyire 40° alatti és bőven található kisebb, mint 10°-os dőlésszögű terület is, vagyis a leszállást főképp a felszín durvasága nehezítheti. Spektrummérések szerint a Phobos felszíne többnyire jelentősebb felszínformákat nélkülöző és roppant sötét, de a felépítő elemeket tekintve még bizonytalanok a kutatások.

Még ha a felszíntakaró pontos kémiai összetételét és méreteloszlását tudjuk is, számos mechanikai tulajdonságát nehéz megbecsülni – többek között az ilyen jellemzők becslését elősegítendő készítenek a felszíntakaró tulajdonságait jól visszaadó regolit szimulánsokat. Ilyen anyag a Tokiói Egyetemen fejlesztett UTPS-TB (Univ Tokyo Phobos Simulant, Tagish lake Based) szimuláns, melynek előállításához magnéziumban gazdag filloszilikátokat, magnéziumban gazdag olivint, magnetitet, vas-kálcium-magnézium karbonátokat és vas-nikkel szulfidot porítottak nagyon apró szemcsékre, majd keverték össze szenes nanorészecskékkel és polimer szerves anyagokkal.

A NASA Mars Reconnaisance Orbiter HiRISE kamerájával készült, színezett felvétel a Mars nagyobbik holdjáról, a Phobosról. (NASA/JPL-Caltech/University of Arizona)

Roppant fontos anyagi jellemző az ún. hőtehetetlenség, mely mennyiség az anyag hőmérsékleti változásokkal szembeni ellenállását jellemzi. Ezzel leírható az anyag hőtárolási és hővezetési képessége, mely a bolygókutatásban például a nap közben a felszín alatt eltárolt, valamint az éjszaka folyamán visszasugárzott hő mennyiségének kutatásában hasznos. Jelenlegi tudásunk szerint a hőtehetetlenség változik a szemcsemérettel, a besugárzás szöggel, illetve az alapkőzet felső pár centiméterben való jelenlétével is. Segítségével megbecsülhető a regolit átlagos szemcsemérete, de a Ryugu aszteroidánál tapasztalt eltérés a becsült és a valós méretek között is ismét rávilágított, hogy maradtak még megválaszolandó kérdések.

Az UTPS-TB szimulánst kifejlesztő és kutató csoportjának vezetőjével, Hideaki Miyamoto professzorral (University of Tokyo, Department of Systems Innovation) és a JAXA/ISAS munkatársával, Naoya Sakatani professzorral együttműködve vizsgálta az UTPS-TB hőtehetetlenségét Pál Bernadett, az MTA CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet tudományos segédmunkatársa, az ELTE TTK Fizika Doktori Iskola doktorandusza. Közel 1 hónapos tartózkodása alatt Japánban két különböző szemcseméret-tartományt vizsgált a JAXA/ISAS sagamihara-i kutatóközpontjában.

A kísérlet során használt berendezés. A UTPS-TB szimuláns vizsgálata közben olyan mintatartókkal dolgoztak, melyben csak 1 nikróm szál futott. A mintatartót a vákuumkamrába helyezve közel vákuumban végezték a kísérleteket az ábrán láthatóakhoz hasonlóan. (Sakatani et al. 2018, Thermal conductivity of lunar regolith simulant JSC-1A under vacuum, Icarus)

A laboratóriumban a gondosan előkészített mintákat termosztatikus kamrába helyezett vákuumkamrában, különböző hőmérsékleteken vizsgálták. Ennek során a mintatartókban futó nikróm szálra egyenáramot vezetve fűtötték a közel vákuumban levő szemcséket, és azt figyelték, mennyi idő alatt áll be az egyenletes melegedés fázisa. A melegedési görbéket megillesztve kiszámítható a vizsgált minta hővezető képessége, majd más jellemzőit meghatározva (pl. porozitás, fajlagos hőkapacitás) kiszámítható a hőtehetetlenség. Az eredmények szerint a Phobos távérzékelések alapján becsült hőtehetetlenségénél kisebb értéket kaptak mindkét szemcseméret-tartomány esetében, melyet okozhatott a sűrűségbeli, vagy szemcseméretbeli eltérés, de más, egyelőre még ismeretlen tulajdonságok hatása is.

„Nagyon sok mindent nem értünk még a hőtehetetlenséggel kapcsolatban.” – mondta Miyamoto professzor. „A kísérlet és eredményei roppant izgalmasak, korábban még nem végeztünk hasonló méréseket a UTPS-TB anyaggal. A hőtehetetlenség és például a szemcseméretre gyakorolt hatásának jobb megértése érdekében is érdemes folytatni a vizsgálatokat.” Az MMX Phobosra való leszállásának tervezése szempontjából is különösen fontos kutatás Pál Bernadett hazatérése után Sakatani professzor és kutatótársainak felügyelete alatt folyik tovább.

Források: MMX Martian Moons eXploration, NASA, LPSC 

Hozzászólás

hozzászólás