Deze zomer gaan drie nieuwe ruimtesondes op pad naar Mars. Brengen zij eindelijk antwoord op de vraag of er ooit leven was op de rode planeet?
Donderdag 18 februari 2021. Na een spectaculaire landing in een opgedroogde rivierdelta komt de Amerikaanse Marswagen Perseverance (‘Volharding’) zoemend en piepend tot leven. Hij fotografeert zijn omgeving, rijdt rond door het buitenaardse landschap en onderzoekt mineralen en gesteenten, net als zijn voorgangers dat deden. Maar één taak is compleet nieuw: Perseverance gaat bodemmonsters verzamelen. In de toekomst zullen ze worden opgehaald voor onderzoek in een aards laboratorium. Sterrenkundigen en biologen kijken er reikhalzend naar uit. Wie weet vinden we straks onomstotelijk bewijs voor leven buiten de aarde.
Ruimteonderzoek is een zaak van lange adem. Het zal nog wel ruim tien jaar duren voordat wetenschappers ‘verse’ bodemmonsters van Mars in handen hebben. En het duurt trouwens ook nog ruim een half jaar voordat NASA’s Perseverance eindelijk aankomt op de rode planeet, na een reis van ongeveer zeven maanden. Ergens tussen 17 juli en 5 augustus wordt hij gelanceerd vanaf Cape Canaveral in Florida, met een zware Atlas V-raket.
‘Ik ben optimistisch over de mogelijkheid dat er ooit leven op Mars was’
Het is niet de enige Marsvlucht die deze zomer van start gaat: ook China en de Verenigde Arabische Emiraten lanceren onbemande ruimtesondes naar onze buurplaneet. ‘Het is allemaal super opwindend’, zegt planeetonderzoeker Jim Bell van de Arizona State University.
Mars is met een diameter van 6.779 kilometer kleiner dan de aarde. Door de geringe zwaartekracht heeft de planeet geen substantiële dampkring kunnen vasthouden; de luchtdruk is er ruim honderdmaal zo laag als bij ons. Door de grotere afstand tot de zon is het op Mars bovendien een stuk kouder: gemiddeld zo’n 50 graden onder nul. Toch spreekt de planeet al minstens anderhalve eeuw tot de verbeelding als mogelijke ‘woonplaats’ van buitenaards leven. Geen intelligente Marsbewoners, zoals eind 19de eeuw nog serieus werd gesuggereerd, maar eencellige micro-organismen. Die weten per slot van rekening ook op aarde onder de meest extreme omstandigheden te overleven.
Geen wonder dus dat een van de eerste onbemande ruimtemissies, Mariner 4, richting Mars werd gestuurd. Dat was in november 1964; in de daaropvolgende zomer vloog hij met hoge snelheid langs de planeet en maakte hij in het voorbijgaan 21 foto’s van het oppervlak. Die eerste Marskiekjes waren enigszins teleurstellend, maar begin jaren 1970 liet de Marssonde Mariner 9 vanuit een baan rond de planeet een veel interessanter beeld zien, met gigantische vulkanen en canyons, en met mogelijke sporen van stromend water in een ver verleden. Wie weet zouden er ook nu nog steeds Marsbacteriën kunnen leven op deze fascinerende wereld.
Op zoek naar leven
De twee Amerikaanse Viking-landers, die daar in 1976 gericht onderzoek naar deden, vonden helaas geen overtuigend bewijs voor het bestaan van leven op Mars (hoewel sommige onderzoekers daar nog steeds anders over denken). Latere ruimtemissies naar de rode planeet hebben wel onomstotelijk aangetoond dat Mars een paar miljard jaar geleden een veel milder klimaat had, met een dikkere dampkring en een hogere temperatuur, en met zeeën en oceanen aan het oppervlak.
Die kennis hebben we met name te danken aan het geochemisch onderzoek van de Marsrovers Spirit, Opportunity en Curiosity – die laatste is nog steeds actief. ‘Elke rover en lander op Mars heeft aanwijzingen gevonden voor levensvatbare omstandigheden in het verre verleden,’ zegt Katie Stack van NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL), de deputy project scientist voor Perseverance, ‘dus ik ben optimistisch over de mogelijkheid dat er ooit leven op Mars was.’
‘Het is alsof je geologisch veldwerk doet terwijl overal om je heen sluipschutters staan die je af en toe onder vuur nemen’
Met zijn geavanceerde instrumentarium (zie ‘Een rijdend laboratorium’) gaat Perseverance onder andere onderzoek doen aan de geochemie en de mineralogie van Marsgesteenten, en aan de aanwezigheid van organische (koolstofhoudende) molecules. ‘Dat zijn dezelfde onderzoeksstrategieën die we in oude aardse gesteentelagen gebruiken om op zoek te gaan naar fossiele sporen van leven’, zegt Stack. Net als zijn voorganger Curiosity is Perseverance op het JPL ontwikkeld en gebouwd, voor een groot deel zelfs door gebruik te maken van reserveonderdelen van Curiosity. De nieuwe Marsrover is met zijn lanceergewicht van 1.050 kilogram wel 17 procent zwaarder, en beschikt ook over geavanceerdere meetinstrumenten.
De Amerikaanse Marswagen Perseverance heeft – naast een groot aantal navigatiecamera’s, een kleine helikopter, twee microfoons, een thermo-elektrische generator voor de stroomvoorziening en een 2 meter lange robotarm – een keur aan wetenschappelijke instrumenten aan boord.
Mastcam-Z is een dubbele hogeresolutiekleurencamera met een zoombereik van 27 tot 111 millimeter, waarmee stereofoto’s van de omgeving gemaakt gaan worden.
SuperCam gebruikt twee lasers en vier spectrometers voor onderzoek op afstand aan de scheikundige samenstelling van Marsmateriaal. Met de lasers wordt een klein beetje materiaal verdampt; de spectrometers bestuderen vervolgens de samenstelling van het resulterende gas.
SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals) doet precisie-onderzoek aan Marsstenen en kan organische molecule detecteren.
PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) gebruikt röntgenfluorescentie om te achterhalen welke scheikundige elementen er aanwezig zijn in het onderzochte material.
RIMFAX (Radar Imager for Mars’ subsurFAce eXperiment) is een radarinstrument waarmee de ondergrond in kaart gebracht kan worden; zo hopen wetenschappers onder andere ondergronds ijs op te sporen.
MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) is een weerstation dat metingen doet aan onder andere luchtdruk, windsterkte en -richting, temperatuur en vochtigheidsgraad.
MOXIE (Mars OXygen ISRU Experiment) is een technologie-experiment om zuurstof te winnen uit de ijle, koolzuurrijke Marsatmosfeer.
Bij de landing, gepland voor 18 februari volgend jaar, wordt net als bij Curiosity gebruik gemaakt van een hitteschild, parachutes en een zogeheten ‘luchtkraan’ (sky crane), die met behulp van retroraketjes op enige hoogte boven het Marsoppervlak blijft hoveren en de Marswagen aan kabels naar beneden laat zakken. ‘Er zijn tijdens de hele missie talloze momenten waarop het fout kan gaan’, zegt Bell. ‘Het is een beetje alsof je geologisch veldwerk doet terwijl er overal om je heen sluipschutters staan die je af en toe onder vuur nemen.’ Ooit zal Perseverance de geest geven (net als de meeste van zijn voorgangers); volgens Bell is het de uitdaging om zo veel mogelijk wetenschap te bedrijven voordat het zo ver is.
Jim Bell is hoofdonderzoeker van Mastcam-Z, de dubbele stereoscopische kleuren-zoomcamera op de verticale ‘mast’ van de rover. Die is veel krachtiger en veelzijdiger dan de soortgelijke stereocamera van Curiosity. ‘We zouden er een vlieg mee kunnen onderscheiden op een afstand van 100 meter’, zegt hij. ‘De stereobeelden hopen we onder andere te gebruiken voor het samenstellen van een gedetailleerd driedimensionaal model van de omgeving.’ Die omgeving, in de 50 kilometer grote Marskrater Jezero, is wetenschappelijk bijzonder interessant: in de krater bevindt zich een grote opgedroogde rivierdelta. Het is een uitgelezen locatie om op zoek te gaan naar fossiele sporen van micro-organismen.
Een van de belangrijkste opdrachten voor Perseverance is het verzamelen van circa veertig zorgvuldig geselecteerde bodemmonsters. Die worden hermetisch afgesloten in titanium capsules, en op verschillende plaatsen op Mars achtergelaten. Een toekomstige ruimtemissie moet de waardevolle capsules ophalen en terugbrengen naar de aarde.
Het is een van de onderdelen van de missie waar Katie Stack het meest naar uitkijkt. ‘Het is enorm spannend te denken dat die bodemmonsters in de toekomst kunnen leiden tot revolutionaire ontdekkingen over Mars, het zonnestelsel, en buitenaards leven’, zegt ze. De sample return-missie moet over een jaar of tien in samenwerking met de Europese ESA worden uitgevoerd.
De Amerikaanse Marswagen Perseverance heeft een klein helikoptertje aan boord, dat onlangs de naam Ingenuity heeft gekregen. Het is een kubusvormig toestelletje van nog geen 2 kilogram en met de afmetingen van een auto-accu, uitgerust met een dubbele rotor, vier pootjes, een zonnepaneeltje en een camera. De bedoeling is dat Ingenuity in een periode van dertig dagen een paar testvluchtjes van anderhalve minuut maakt, tot een hoogte van een meter of vijf. Later kunnen misschien iets langere vluchten worden uitgevoerd, tot een grotere hoogte. Bij gebleken succes hoopt NASA in de toekomst vaker gebruik te kunnen maken van drones en helikopters in de ijle dampkring van de rode planeet.
Internationale invasie
De Amerikaanse NASA is niet de enige ruimtevaartorganisatie die deze zomer de pijlen op Mars richt. Half juli moet ook de ruimtesonde Hope (Al-Amal) van de Verenigde Arabische Emiraten (VAE) gelanceerd worden, met een Japanse H-IIA-raket. Hope gaat niet op Mars landen, maar moet vanuit een omloopbaan onderzoek doen aan de atmosfeer en het klimaat van de rode planeet.
Het is voor het eerst dat er een Arabische ruimtesonde bij een andere planeet arriveert. Het project staat onder leiding van het Mohammed bin Rashid Space Centre in Dubai. Er werken overigens drie Amerikaanse universiteiten aan mee.
‘De bodemmonsters kunnen leiden tot revolutionaire ontdekkingen over Mars, het zonnestelsel, en buitenaards leven’
Over de Chinese Marsmissie, die eveneens deze zomer van start gaat, is relatief weinig informatie naar buiten gebracht. De 5 ton zware ruimtesonde, Tianwen-1 geheten (‘Hemelse raadsels’), wordt gelanceerd met een zware Lange Mars 5-raket vanaf het Chinese eiland Hainan, en moet in februari 2021 in een baan om Mars aankomen. Enkele maanden later zal een lander naar het oppervlak afdalen, met aan boord een klein Marskarretje. Zowel de lander als het wagentje maken gebruik van Chinese technologie die eerder met succes is toegepast bij onbemande landingen op de maan. Als alles goed gaat, is China straks het tweede land ter wereld dat een succesvolle landing op Mars uitvoert.
Dat de verschillende ruimtemissies alle drie in juli 2020 op pad gaan, is geen toeval. Eens in de 26 maanden staan de aarde en Mars in de juiste onderlinge positie om zo’n ruimtereis mogelijk te maken. Oorspronkelijk zou ook de Europese Marswagen Rosalind Franklin deze zomer richting Mars vertrekken, maar dat project heeft het afgelopen jaar veel vertraging opgelopen, waardoor de lancering uitgesteld moest worden tot september 2022.
In juli 2020 zou ook de Marsrover Rosalind Franklin van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA op pad gaan naar Mars. De lancering is afgelopen voorjaar echter met ruim twee jaar uitgesteld. Het project had al veel vertraging opgelopen door problemen met de parachutes – die scheurden bij verschillende tests op aarde kapot. Mede als gevolg van de coronacrisis bleek het vervolgens onmogelijk om het volledige testprogramma nog op tijd uit te voeren.
Volgens wetenschappelijk projectleider Jorge Vago van ESA’s technologiecentrum ESTEC in Noordwijk is het parachuteprobleem inmiddels getraceerd en opgelost; nieuwe tests staan voor komend najaar op het programma. Daarnaast zal ESA de komende maanden de zonnepanelen van Rosalind Franklin van nieuwe scharnieren voorzien (die bleken ook kuren te vertonen), en zullen er verschillende onderdelen worden vervangen.
Rosalind Franklin, genoemd naar de Britse mede-ontdekker van DNA, maakt deel uit van het Europees-Russische ExoMars-project. Behalve met camera’s en meetinstrumenten is de 300 kilogram zware Marswagen uitgerust met een boor die bodemmonsters kan nemen op een diepte van 2 meter, voor onderzoek ter plaatse.
Perseverance, Hope en Tianwen-1 hebben de laatste maanden natuurlijk ook alle drie te kampen gehad met potentiële vertragingen, als gevolg van de uitbraak van het coronavirus. Toch zullen de drie onbemande Marsmissies wel volgens plan van start gaan.
Wanneer en door wie er voor het eerst bemande vluchten naar de rode planeet uitgevoerd zullen worden, is vooralsnog een open vraag. Dát dat ooit zal gebeuren, is volgens Jim Bell boven alle twijfel verheven. ‘We doen dit onderzoek om de vele raadsels rond de rode planeet op te lossen,’ zegt hij, ‘en om ondersteuning te bieden aan toekomstige landers, rovers en – uiteindelijk – mensen die in de toekomst op pad zullen gaan naar Mars.’
