ÚJRA A MARSON!
Mars-kutatás a XXI. század hajnalán

Németh Zoltán
KFKI RMKI

A fenti hangzatos cím a Mars-kutatók közösségének örömét (és megbocsátható büszkeségét) tükrözi. Azokét az emberekét, akik közül sokan évek munkáját áldozták arra, hogy hosszú szünet után végre folytatódjék a nagy kaland: az emberi kíváncsiságot oly régóta lázban tartó vörös bolygó kutatása. A Mars Pathfinder 1996-os küldetése óta nem landolt űreszköz a bolygó talaján. A bolygóközi tér zord körülményei közt eltöltött hosszú hónapok, a fékezés nehézségei, a légköri zavarok, az egyenetlen felszín és sok más tényező együttes hatása miatt egy ilyen vállalkozás mindmáig nehéz és igen kockázatos. Kevesen tudják, de a Marsra induló küldetéseknek csupán a fele érkezik meg működőképesen a céljához, és kezdi meg a tudományos vizsgálatokat. A bolygó féltékenyen őrzi titkait. Érthető hát, hogy amikor az emberi tudásvágynak ezek a sok millió kilométerre kiküldött eszközei a sikeres megérkezésről tudósítottak, a készítőik - egy kicsit a többi kíváncsi ember, azaz a mi nevünkben is - ezzel a mondattal adtak hangot érzéseiknek: Újra itt vagyunk!

Napjainkban, 2003 és 2004 fordulóján három űrszonda kezdte meg a tudományos vizsgálatokat a Mars környezetében. Kettő ezek közül a bolygó felszínét kutatja, ezek az amerikai űrkutatási hivatal, a NASA mozgó kutatólaboratóriumai: a Spirit (lélek, lelkület) és az Opportunity (lehetőség). A harmadik az Európai Unió űrkutatási szervezetének, az ESA-nak első Mars-szondája, a Mars Express, amely egy keringő egység, azaz a bolygó körül pályára állva, távérzékeléssel végzi kutatásait. A Mars Express szállított egy leszálló egységet is. Ez lett volna a negyedik eszköz, amely az említett időszakban kezdi meg működését, de ezzel leszállás közben megszakadt a kapcsolat, és mára úgy tűnik, végleg elveszett. A már hosszabb ideje a Mars körül tartózkodó két amerikai keringő egységgel (Mars Odyssey, Mars Global Surveyor) együtt tehát jelenleg két marsjáró és három keringő egység tanulmányozza a vörös bolygó felfedezésre váró csodáit.

Talán ez az első kérdés, amelyet meg kell válaszolnia annak, aki egy űrkutatásról szóló cikk megírására vállalkozik. Mi az, ami miatt megéri ez a kudarcokban bővelkedő küzdelem, a sok millió dolláros költségvetés. Mit keres az érdeklődő, amikor kíváncsian csodálja az idegen bolygón készült képeket, mit keres - talán önmaga előtt is titkolva szándékát - a tudós, aki a marsi nappalok és éjszakák ritmusa szerint él, hogy azonnal reagálhasson a távoli eseményekre? Egyszerű a válasz: az élet lehetőségét. A legtöbb ember fantáziáját, aki kíváncsian fürkészi az égbolt sziporkázó, távoli fényeit, az élet lehetősége gyújtja fel. Az ismeretlen, furcsa életé, a tükörképé, amely segíthet jobban megérteni a földi életet, helyünket a világban. A századelő új Mars-szondáinak is ez a kinyilvánított célja, olyan nyomok után kell kutatniuk a bolygón, amelyek segíthetnek megválaszolni a nagy kérdést: lehet-e vagy lehetett-e valaha életet hordozó környezet a vörös bolygó ma oly barátságtalannak és kietlennek tűnő felszínén?

A következő kérdés tehát, hogy mik azok a tulajdonságok, amelyekkel egy élet hordozására képes bolygónak rendelkeznie kellett, mik azok a nyomok, amelyek több százmillió éven át is felismerhetők maradnak. Az expedíció szervezői nem áltathatják magukat azzal, hogy magának az életnek a nyomait - még ha az létezett is - megtalálhatják. Magán a korszakok óta élettől nyüzsgő Földön is igen kicsi a valószínűsége, hogy egy többé-kevésbé véletlenszerűen kiválasztott helyszínen kövületekre bukkanjunk. Hogyan remélhetnénk ezt a Marson, ahol a legvalószínűbb feltevések szerint soha sem volt élet, de ha volt is, még valószínűtlenebb, hogy kemény vázat fejlesztő képviselői is megjelentek. Az első és legfontosabb kérdés az, hogy lehetett-e egyáltalán valaha élet a Marson. Megvoltak-e a minimális feltételei? Ezekre a kérdésekre remélünk választ most, a jelenleg dolgozó szondáktól.

Melyek tehát az élet minimális feltételei, és milyen nyomot hagyhatnak ezek egy égitest lecsupaszított kőzetburkán? Mai ismereteink szerint, az egyetlen jelenség, amely képes az élet kialakulásához szükséges kifogyhatatlan változatosságot, alkalmazkodóképességet felmutatni, az a szén sokszínű kémiája. Az alkalmazkodás, és a reprodukció megjelenésének alapja a szerves kémia, amelynek pedig elengedhetetlen feltétele egy nagy mennyiségben jelen lévő folyékony természetes oldószer megléte. Még általánosabban, ha bármilyen kémiai "evolúciót" tételezünk fel az élet kialakulásának folyamataként, a molekulák szükséges mozgékonyságát és töménységét leginkább egy vizes oldat biztosíthatja. Egyszerűen szólva, ha az élet lehetőségét keressük egy égitesten, meg kell bizonyosodnunk arról, hogy a folyékony víz rendelkezésre áll, vagy rendelkezésre állt-e valaha a felszínén. Ha volt folyékony víz, megvolt a szükséges oldószer, de ugyanakkor megvolt a megfelelő hőmérséklet is, mi több, igen valószínű, hogy az az energiatermelő folyamat, amely a vizet olvadt állapotban tartja, elegendő energiát biztosíthat legalább az élet egyszerűbb formáinak fenntartásához is. A víz léte vagy nemléte tehát alapvető fontosságú. Önmagában bizonyítja a legfontosabb életfeltételek meglétét.

A folyékony víz sokféle nyomot hagy a kőzetburkon. Távolról is érzékelhetők lehetnek a kiterjedt vízfolyások vájta alakzatok, folyóvölgyek, kanyonok. Szintén távolról érzékelhető, bár komolyabb műszerek felhasználásával, a talaj felszíni rétegeinek hidrogéntartalma. Ez a talajba fagyott jégre, vagy például a kristályok szerkezetében megkötött vízre utalhat. Nagy felbontású kamerával megfigyelhető réteges szerkezetek üledékes eredetről mesélnek, a lerakódás folyamata szintén létrejöhet a víz munkájának eredményeként. Mindhárom ismérvet megtalálták már a Mars körül keringő műholdak, még mielőtt a mostani expedíciókat elindították volna, és további vadregényes, víz formálta tájakat tárnak fel a Mars Express első képei.

A három ismérv megtalálása jelentősen alátámasztotta a "vizes Mars" elméletét, de még a három együtt sem bizonyítja, hogy a Marson létezett olyan, hosszú ideig fennálló vízborítás, amely az élet kialakulásához elegendő időt hagyott volna. A "folyómedrek" lehetnek becsapódási, vagy vulkanikus események nyomán kialakuló ideiglenes vízfolyások - áradások - eredményei; hidrogéntartalmú ásványok víz közreműködése nélkül is kialakulhatnak; üledékes kőzeteket vulkáni tevékenység, vagy a szél munkája is kialakíthat. Hogy a feltételezést szilárdan alátámasszuk, további bizonyítékokat kell keresnünk. Ezek a lehetséges bizonyítékok azonban már távolról nem érzékelhetők, a vizsgálatok elvégzéséhez egy a helyszínen dolgozó geológusra van szükség.

Mivel az emberi Mars-utazás (jelenleg?) megoldhatatlannak tűnő nehézségeket támaszt, ezeket az (előzetes?) vizsgálatokat automata űrszondáknak kell elvégezniük. Ezek a robotgeológusok a hajdani vízborítás sokféle lehetséges bizonyítékára deríthetnek fényt. Melyek ezek? Először is, a kövek formájából következtetni lehet az őket alakító eróziós mechanizmus mibenlétére. Másodszor, a kövek finomszerkezete, rétegezettsége, repedéseik, üregeik formája sokat elárul a leszállóhely geológiai történetéről. Még mindig a közeli szemrevételezésnél maradva, találhatnak olyan kiválási alakzatokat, amelyek az ásványoknak tömény vizes oldatból való kikristályosodásával keletkeztek, és amelyek jellegzetes formái a nedves múltról árulkodhatnak.

A helyszíni vizsgálatok további előnye, hogy megfelelő eszközökkel a talaj és a kövek felszíni rétegeit eltávolítva a mélyebb rétegekbe is bepillantást nyerhetünk. Kicsit komolyabb műszerekkel az ásványok mikroszkopikus szerkezete, vagy éppen a vegyi összetétele is tanulmányozható. Ez szintén árulkodó lehet, hiszen bizonyos szerkezetek, vegyületek csak vizes környezetben jöhetnek létre. És ezek az embernél nem magasabb önjáró laboratóriumok mindezeket a vizsgálatokat képesek elvégezni. Mi több, már a küldetés első néhány hetében elegendő bizonyítékot gyűjtöttek ahhoz, hogy határozott választ adhassunk arra a kérdésre, volt-e a Mars múltjában az élet számára kedvező feltételeket nyújtó nedves periódus.

A célok után most vegyük szemügyre az eszközöket, azaz, azokat az űrszondákat, amelyek 2003 végén, illetve 2004 elején érkeztek a bolygó térségébe, és ott megkezdték a fent leírt távérzékelési, illetve helyszíni vizsgálataikat.

Az Európai Űrügynökség (ESA) első idegen bolygóra indított küldetése, mint már említettem, részleges sikert hozott. Az anyaszonda 2003 decemberének végén pályára állt a Mars körül, de a leszálló egység elveszett. Az eredmény - figyelembe véve a rossz statisztikákat és az azok hátterében álló megannyi megjósolhatatlan, befolyásolhatatlan körülményt - sokkal inkább tekinthető sikernek, mint kudarcnak. A 113 kilogrammos keringő egység tökéletesen működik, és - többek között - minden eddiginél részletgazdagabb, ráadásul sztereoszkopikus felvételeket küldött a Földre. A küldetés elsődleges céljai közt szerepel, hogy 10 méteres felbontással feltérképezze a bolygó teljes felszínét, majd a kiválasztott területekről még finomabb (2 m/pixel) felbontású képeket készítsen. Már most gyönyörű fotókat kaptunk valószínűsíthetően víz vájta formákról, valamint nagyszerű 3D rekonstrukciók készültek a Naprendszer legnagyobb vulkánjairól a kamera sztereó felvételei alapján.

A szonda egyik műszere a talajról visszaverődő infravörös és látható fény spektrumát elemezve információval tud szolgálni a felszíni ásványeloszlásról, akár 100 méteres pontossággal. Amit az emberi szem csak egyszerű vörös színnek lát, arról a spektrométer pontosan meg tudja mondani, hogy mely ionok jellegzetes spektrumvonalai keverednek benne. Hasonló ez ahhoz az iskolai kísérlethez, amelyben fémreszelékek lángfestéséből (a gerjesztett fémionok optikai viselkedése alapján) döntjük el, hogy mely anyagról van szó. Az eszköz elsősorban az ásványok vas, illetve víztartalmára, valamint karbonátos kőzetek jelenlétére utaló jeleket keres. Elsőként a poláris jégsapkák víz- és szén-dioxid-tartalmát mérték meg vele.

A Mars Express képes vizsgálni a légkör összetételét, az időjárási jelenségeket is. A felső légkör felgyorsult atomjait és ionjait tanulmányozó műszere segítségével információt nyerhetünk a bolygó légkörvesztésének jelenlegi üteméről és a folyamat részleteiről. Ez segíthet megérteni, hogyan tűnhetett el a Mars légkörének (és talán vízborításának) nagyobbik része.

Az egyik legérdekesebb kísérlet az, amelyben alacsony frekvenciájú (1,3-5,5 MHz) radarhullámok visszaverődéséből az akár kilométerekkel a felszín alatt rejtőző struktúrákról kívánnak képet alkotni. Ebből a kísérletből sok mindent megtudhatunk a talaj rétegződéséről, találhatunk az alapkőzeten fekvő üledékes kőzeteket, lerakódásokat, kivételesen beleértve a fogalomba az esetleges fagyott jégrétegeket is. Persze az összetétel azonosításához a többi műszer adatait is segítségül kell hívni.

Egy további, de nem elhanyagolható szerepe a szondának, hogy átjátszó állomásként részt vesz a felszínen tartózkodó űreszközök és a Föld kommunikációjában is.

A NASA ikerszondái, a Spirit és az Opportunity 2004. január 4-én, illetve 25-én értek Marsot a bolygó két átellenes pontján. Az ejtőernyős és rakétás fékezést, majd légzsákos talajt érést kombináló leszállási műveleteket mindkét esetben siker koronázta, és a marsjárók - eleinte még mozdulatlanul - megkezdték a leszállóhely környezetének tanulmányozását. Természetesen mindkét leszállóhelyet úgy választották ki, hogy környezetük marstörténeti múltjában hosszabb nedves periódusok legyenek valószínűsíthetők. A Spirit a Gusev-kráterben szállt le, amelyről az űrszondák képei alapján feltételezik, hogy valaha egy tó töltötte ki. Az Opportunity az úgynevezett Hematit-régióban landolt, melynek talajában távérzékeléssel nagy mennyiségű hematitot mutattak ki. Ez az ásvány földi körülmények között többnyire vizes környezetben jön létre.

A marsjárókat úgy tervezték, hogy a lehető legjobban helyettesíthessenek egy a bolygó felszínén dolgozó geológust. Sztereoszkopikus panorámakameráik 1,5 m magasságból, a hatkerekű testből kinyúló árboc legmagasabb pontjáról olyan képet közvetítenek, amilyet a helyükön álló ember is láthatna. Ízelt karjuk végén, a tudós nagyítójaként ott van egy-egy mikroszkópos felvételeket készítő kamera. A geológus kalapácsát egy összetett csiszolóeszköz helyettesíti, amellyel megtisztíthatják az érdekes felületeket, valamint néhány mm mély és 45 mm átmérőjű mélyedéseket mélyíthetnek a kövek felületébe. A karok végén, illetve a robotok "testén" különböző típusú spektrométerek kaptak helyet, amelyekkel meghatározható a vizsgált kőzetek összetétele. Az egyik spektrométer hasonló a Mars Expressnél említett optikai/infravörös tartományban dolgozó műszerhez. Egy másik az ásványokban kis mennyiségben mindig megtalálható radioaktív izotópok bomlásakor keletkező alfa- és gamma-sugárzást elemzi. A harmadik, a Mössbauer-effektus felhasználásával, a kőzetek vastartalmának pontos meghatározását végzi. Mindkét járművön elhelyeztek néhány mágneses csapdát is, ezek a mágnesezhető porszemcsékből gyűjtenek mintákat, amelyeket a többi műszerrel időről időre elemeznek.

A marsjáró szerkezete

Az Opportunity leszállását legjobban a "vakon a százas körbe talált" kifejezés jellemzi, ugyanis éppen egy kisebb kráter alján állapodott meg, s már az első képei egy olyan geológiai alakzatot mutattak, amelyről a szonda elindítói csak titkon álmodtak: egy finoman rétegezett szerkezetű kőzetkibúvást a kráter oldalában. A kibúvás réteges alakzatai üledékes eredetről tanúskodnak.

Az elmúlt hetekben a szonda minden műszerét bevetette, hogy minél több információt gyűjtsön erről a sziklás területről. A munka első komoly eredményét március másodikán közölték a sajtóval. Az Opportunity az egykori vízborításnak mindazokat a bizonyítékait megtalálta, amelyeket jelen cikknek a helyszíni vizsgálat szükségességét taglaló részében említettem. A rétegződés áramló közegben lerakódó üledékekre jellemző. A kövek közeli vizsgálata olyan réseket, repedéseket mutat, amelyek kristályképződés és részleges visszaoldódás/erózió során keletkezhettek. A sziklák felületén kiválási alakzatok láthatók, melyek közül különös figyelmet keltettek az úgynevezett szferulák (gömböcskék) ezek az 1-2 mm átmérőjű apró gömbök, amelyek egyenletes eloszlásban úgy ágyazódnak be a kőzetanyagba, mint a mazsola a süteménybe.

A gömböcskék eredete rejtély, bár sokféle magyarázat lehetséges. Az egyenletes eloszlás vizes eredetre utal, mivel a vulkáni kiszóródások egy-egy rétegbe koncentrálnák termékeiket. A kiválási alakzatok a spektroszkópos vizsgálat során magas kéntartalmú sólerakódásoknak bizonyultak. A lerakódások főként magnézium- és vasszulfátokból állnak, de egyéb kéntartalmú ásványokra, valamint más sófélékre (kloridokra és bromidokra) utaló jeleket is találtak. Ezen túlmenően, a kutatók azonosítottak egy jarosit nevű ásványt, amely egy hidratált vas-szulfát, és földi körülmények között enyhén savas, vizes környezetben keletkezik. A kőzetkibúvás szikláinak szulfáttartalma a 30%-ot is elérheti, míg a felszíni porréteg kéntartalma ennek csak töredéke.

Mindezen bizonyítékok alapján a kutatók kijelentették, hogy az Opportunity leszállóhelyének környezete valaha, geológiai léptékkel mérve is jelentős ideig vízben ázott. A víz körülfolyta ezeket a sziklákat, megváltoztatta szerkezetüket, kémiai összetételüket. Azaz, volt olyan időszak a Mars történetében, amikor a bolygó az élet számára barátságos feltételeket biztosított.

A Spirit a Gusev-kráter felszínén sokkal szárazabb múltra utaló körülményeket talált. Elsősorban szél formálta, vulkanikus eredetű kövek borítják a hatalmas kráter talaját. A szonda több sziklát megvizsgált, és az egyikbe fúrt mélyedés a szikla repedéseit kitöltő kiválásos eredetű anyagot tárt a műszerek elé. Mégis, ezek a megfigyelések összességében sokkal kevesebb víz jelenlétéről mesélnek. Azonban, amikor e sorokat írom (2004. március 10.), a Spirit nagy lehetősége még előttünk áll. A szonda már több mint a fele utat megtette legfontosabb úti célja felé. A leszállóhelytől mintegy 250 m-re egy 150 m átmérőjű kráter található. Ez egy meteorit vájta jókora munkagödör a marsjáró számára, amelynek mélyén megvizsgálhatja a vulkanikus eredetű felszíni réteg alatt fekvő kőzeteket, és ahol talán egy valaha létezett hatalmas tó üledékei rejtőznek.

A marsjárók küldetése még folytatódik. Talán meg tudják határozni, milyen hosszan tartott a nedves periódus a bolygó történetében. Talán információval szolgálnak a hajdani vízborítás ásványtartalmáról, összetételéről. Szerencsés esetben az üledékrétegek segítségével vázlatot állíthatunk össze a bolygó nedves múltjának geológiai eseménysoráról. Megannyi lehetőség.

És tovább...

A jelenleg dolgozó szondák eredményei nyomán tudjuk, hogy a Marson, legalább jég formájában, jelenleg is van víz. Tudjuk, hogy a bolygó múltjában léteztek olyan hosszú, nedves időszakok, amelyek alatt a folyékony vízborítás komoly változásokat idézett elő a vízzel fedett kőzetek szerkezetében, összetételében. Tudjuk, hogy volt olyan periódus, amely alatt a földi típusú életnek legalább bizonyos egyszerű formái élhettek és szaporodhattak volna a Mars vizeiben. Elég hosszú volt-e ez az időszak ahhoz, hogy a marsi élet kialakuljon? Milyen volt a légkör összetétele? Kedvezett-e a marsi őslégkör egy egyszerű szerves molekulákat tartalmazó "ősleves" kialakulásának? Sok-sok kérdés, amelyet a ma összegyűjtött tudásra épülő holnapi missziók megválaszolhatnak. Egy tartósan vizes világon szükségszerűen volt eső is. Ésszerűnek tűnik a feltevés, hogy a kémiai sokszínűséget felerősítő villámtevékenység is jelen volt. Lehet, hogy az élet kialakulásának minden, általunk ismert feltétele adott volt testvérbolygónkon? Lehet, hogy hamarosan azon kell elgondolkoznunk, miért nem alakult ki a marsi élet? Vagy talán néhányan már azon törik a fejüket, hogyan tudnánk felismerni egy számunkra alapvetően furcsa, alapvetően idegen élet kövületeit? Meglódul, messze előreszalad a fantázia, amikor felidézi a távoli képet: az idegen bolygó idegen szelek borzolta ősi vizeit.

További információ:
http://marsrover.jpl.nasa.gov/home/
http://www.esa.int./export/SPECIALS/Mars_Express/