Marsrover Curiosity gaat rode planeet uitvlooien

Op 6 augustus om 7u31 uur ’s ochtends zal de Curiosity-verkenner van NASA starten met de eerste directe zoektocht naar leefbare omgevingen op Mars.

Elke vorm van wetenschap begint in een Star Trek- modus: gaan waar niemand anders ooit is geweest en nieuwe dingen ontdekken zonder vooraf te weten wat ze kunnen zijn. Nadat onderzoekers hun onderwerp hebben afgetast en een lange vragenlijst hebben opgesteld, schakelen ze naar een Sherlock Holmes-modus: specifieke hypotheses formuleren en methodes ontwikkelen om ze te testen. De verkenning van Mars staat nu op het punt om deze overgang te maken. Satellieten hebben de geografische eigenschappen en samenstelling in kaart gebracht, en landers hebben de grote lijnen in elkaar gepuzzeld van de geologische geschiedenis van de planeet. Het wordt tijd voor het meer verfijnde werk.

Wetenschappers en ingenieurs hebben het Mars Science Laboratory gebouwd, beter bekend als de Curiosity-verkenner, vanuit de hypothese dat Mars ooit een bewoonbare planeet was. De verkenner draagt een analytisch laboratorium met zich mee om die hypothese te testen en uit te vinden wat er is gebeurd met het vroegere milde milieu dat de planeet vermoedelijk had. Kort door de bocht: een leefbare omgeving bevat water, energie en koolstof. Voorgaande missies concentreerden zich op die eerste vereiste en bevestigden dat Mars vloeibaar water had – en soms nog heeft. Die missies vonden ook hints van geochemische gradiënten die energie zouden leveren voor metabolisme. Maar geen van hen zag koolstof in een vorm die mogelijk geschikt is voor leven.

Zoals de twee Viking-landers uit midden jaren 1970 voert Curiosity een gaschromatograaf/massaspectrometer mee die in staat is om organische samenstellingen te herkennen, zowel van biologische als niet-biologische aard. In tegenstelling tot de Vikings is Curiosity echter mobiel en landt hij op een veel hoopgevender plek. Nog meer dan op het vinden van koolstof zelf, richt de missie zich op het uitvinden van hoe de zoektocht uitgevoerd moet worden. Zelfs op aarde weten we niet helemaal zeker hoe we de diepe geologische grondlagen moeten doorzoeken op bewaard gebleven biologische resten. De karakteristieken die zoveel omgevingen bewoonbaar maken – water, oxidanten, temperatuur en chemische toestand – hebben paradoxaal genoeg ook de neiging om organische samenstellingen te vernietigen.

Paleontologen hebben geleerd om te letten op de zeldzame omstandigheden die conservatie mogelijk maken, zoals geochemische condities die zeer vroege mineralisatie bevorderen. Kiezelaarde, fosfaat, klei, sulfaat en – minder voorkomend – carbonaat staan er allemaal om bekend dat ze organische stoffen begraven als ze bezinken. Satellieten hebben landkaarten gemaakt van sommige van deze mineralen op Curiosity’s landingsplek, die als gids dienen voor zijn rondreis.

Van de ruimte naar de grond in zeven minuten
Een verfijnde verkenner betekent een grote, zware verkenner. Curiosity is ongeveer zo groot als een Mini Cooper en weegt een ton. De capsule die hem door de ruimte voert, is groter dan het gevaarte dat de Apollo-astronauten naar de maan bracht. De manier waarop de Curiosity-verkenner zal landen, is dan ook weergaloos en brutaal.


Klik om de foto te vergroten.

Verscholen in een entreecapsule scheidt de verkenner zich eerst af van zijn interplanetaire voortstuwings- en aandrijvingssystemen. De capsule werpt ballast (blokken wolfraam) uit om zijn zwaartepunt te verschuiven en te veranderen in een bestuurbare vleugel.

Hij komt in aanraking met de bovenste atmosferische laag van Mars met een hypersonische snelheid van ongeveer zes kilometer per seconde. Een hitteschild absorbeert de enorme energie van de afremming.

Het ruimtevaartuig vliegt dan horizontaal en verliest snelheid, terwijl stuwraketten aan de zijkant het naar zijn landingsplaats sturen.

Op een hoogte van 10 kilometer spreidt het ruimtevaartuig een parachute uit die 50 meter lang is en een diameter heeft van 21,5 meter. Op dat moment is de verkenner nog steeds supersonisch. Het ontwerpen van de parachute was een bijzonder grote uitdaging. De fysica van hoe een parachute opblaast (of slingert, of niet opblaast) aan deze snelheden is slecht bekend en erg moeilijk om te modelleren.

Kort na het uitwerpen van de parachute gooit het ruimtevaartuig zijn hitteschild overboord en zet het zijn radarsysteem aan, dat de grond detecteert. Op een hoogte van ongeveer twee kilometer reist het ruimtevaartuig met ongeveer 100 meter per seconde – bijna de eindsnelheid. Meer dan dit kan de atmosfeer een inkomend ruimtevaartuig niet afremmen, wat nog steeds te snel is voor een veilige landing. Op dat moment koppelt de verkenner zich los van de parachute en gebruikt hij een raket-aangedreven ‘rugzak’ die stuwraketten afvuurt om de afdaling onder controle te houden.

Op ongeveer 20 meter boven het Mars-oppervlak wordt de verkenner omlaag getakeld met drie kabels – een configuratie die bekend staat als de luchtkraan – en op de grond geplaatst met zijn wielen en ophanging volledig uitgezet. De verkenner raakt de bodem met ongeveer 0,75 meter per seconde. Hij wacht twee seconden om te bevestigen dat hij op vaste grond staat en vuurt vervolgens verschillende pyro’s (kleine explosieve apparaatjes) af om de kabels en een datanavelstreng los te snijden.

Het aangedreven afdalingsgestel vliegt daarna weg en crasht ongeveer 450 meter verderop. Binnen ruwweg een uur zouden we de eerste beelden moeten hebben van het oppervlak, en tegen het einde van de tweede maand zal het lab aan boord de eerste rots- en bodemmonsters hebben geanalyseerd.



Gale-krater
Na vijf jaar onderzoek selecteerde NASA uit een aanvankelijke lijst van meer dan 50 kandidaten de Gale-krater als landingsplaats voor Curiosity. Binnen deze oude inslagkrater heeft de eeuwige winderosie samen met recente inslagen materialen blootgelegd die voordien onder de grond zaten. Daarnaast zijn er oude rivierbeddingen die getuigen van stromend oppervlaktewater en mineraalrijke terreinen die analoog zijn aan de grond die - op aarde - boven waterhoudende aardlagen ligt.



De krater van 150 kilometer doorsnede wordt gedomineerd door een centrale berg die meer dan vijf kilometer boven de vlakte uitsteekt. Mount Sharp, zoals de plek gedoopt werd, is voor het grootste gedeelte of misschien zelfs helemaal toegankelijk voor de verkenner via een reeks paden vanaf het midden van het landingsgebied.

De verkenner zal 6 tot 12 maanden na de landing beginnen aan zijn tocht omhoog. De berg is opgebouwd uit sedimentaire gesteentelagen die kunnen worden uitgelezen als een boek, van beneden naar boven, om een chronologie te ontwikkelen van de vroege geschiedenis van Mars, vanaf een bepaald punt na de vorming van de enorme krater waar de berg in past. De Opportunity-verkenner heeft 15 tot 20 meter gesteentelagen onderzocht tijdens zijn achtjarige expeditie – op zichzelf niet genoeg om de evolutie bloot te leggen van het klimaat op Mars, maar wel genoeg om een voorproefje te geven van wat Curiosity zal zien.

Vooral sedimentaire rotsen die zijn neergezet door water zijn belangrijk; ze kunnen misschien tekenen van vroeger leven bevatten, als dat er ooit was. Door te graven in de geschiedenis van Mars werpt Curiosity indirect licht op een periode in de aardse geschiedenis die bijna volledig verloren is gegaan in onze geologische documentatie; een tijd waarin beide planeten misschien niet zo verschillend waren, voordat Mars aan zijn onverbiddelijke verval begon en de aarde begon te bloeien. Het uiteindelijke doel van planetaire wetenschap is tenslotte om onze eigen thuiswereld beter te begrijpen. (uit: Scientific American (NL), nr. 4, 2012)

Live verslaggeving van de landing:



Dit artikel verschijnt ook in Eos Weekblad op iPad
Elke vrijdag bieden we u een nieuwsgedreven weekblad, gelardeerd met beeld en geluid. De Eos-app kunt u gratis downloaden in de App-store van iTunes. Met die app haalt u de wekelijkse uitgaven (gratis sinds 13/07/2012) binnen.