Der tælles nu ned hos NASA. Efter Emiraternes og Kinas opsendelser af marssonder denne måned er det blevet USA’s tur.
30. juli kl. 13.50 dansk tid skal den avancerede sonde Perseverance efter planen begynde sin rejse til Mars, og NASA har netop offentliggjort, at forberedelserne til opsendelsen forløber, som de skal.
Men selv hvis affyringen og rejsen til Mars lykkes, får Perseverance sine udfordringer.
For det er ikke nogen let opgave at udforske Mars, og selvom det er den mest avancerede rumsonde, der endnu er sendt til Mars, vil vi kun få lagt endnu en brik til det enorme puslespil, det er at kortlægge fortiden på Mars.
Til gengæld får vi den hidtil bedste mulighed for selv at opleve, hvordan det er at køre rundt på Mars.
Perseverance vil sende video fra sine køreture. En mikrofon gør det næsten muligt at høre, når vinden blæser. Og med dens lille helikopter kan vi se det hele fra oven.
Opfattelsen har ændret sig
Det er nu 55 år siden, rumsonden Mariner 4 fløj forbi Mars og tog de første nærbilleder af planeten. Der blev kun taget 22 ikke særligt gode billeder, men billede nummer 11 nede fra den sydlige halvkugle var af så god kvalitet, at det kom til helt at ændre vores opfattelse af Mars.
For billede 11 viste et kraterdækket landskab, der mere mindede om Månen, end den verden vi drømte om med vegetation, kanaler og måske endda spor efter en ældgammel civilisation.
Men nye rumsonder kom til, og viste os, at man ikke kan dømme en hel planet ud fra et enkelt billede. I 1971 gik Mariner 9 i bane om Mars, og igen blev vores opfattelse af Mars ændret, da vi fik de første billeder fra den nordlige halvkugle.
Mars’ Verden
Der er kratere overalt på Mars, men de er ikke jævnt fordelt. De fleste gamle meteorkratere findes syd for ækvator. Nord for ækvator er der også kratere, men samtidig helt andre landskabsformer.
En 4000 kilometer lang og op til seks kilometer dyb kløft dominerer sammen med nogle enorme vulkaner landskabet. Der er også flere tegn på, at der engang har været vand på overfladen.
Et af tegnene er mange gamle og nu udtørrede flodlejer, og desuden er meget af den nordlige halvkugle dækket af en enorm slette, som geologerne i dag mener er gammel havbund.
Der tales om et ’Nordligt Hav’, som eksisterede i kort tid, da Mars var ung, og som forsvandt for måske 2-3 milliarder år siden.
Spor fra fortiden
Selv om Mars i dag er en kold og tør ørken, så er der mange tegn på, at Mars i den korte tid, hvor havet har eksisteret, måske lignede Jorden så meget, at liv kunne opstå og udvikle sig.
Desværre er det meget længe siden, og det er ganske svært at studere de ganske svage spor, der endnu eksisterer fra denne fjerne fortid.
Man kan jo også være optimistisk og håbe, at noget af dette liv på en eller anden måde har overlevet, måske ved at gemme sig under overfladen for at beskytte sig både mod stråling og lave temperaturer.
Perseverance skal ikke lede efter nutidigt liv, men efter spor af meget gammelt liv. Det er en vanskelig opgave, så navnet på roveren er meget passende, da Perseverance betyder vedholdenhed eller udholdenhed.
Det er noget både rumsonderne og forskerne her på Jorden får godt brug for, når de skal til at analysere og forstå de data, der sendes hjem.
For man ved ikke på forhånd, hvor de afgørende målinger gemmer sig blandt de titusinder af observationer, som skal foretages med mange forskellige instrumenter.
Vand eller liv på Mars?
Forskerne har lagt et meget stort arbejde i at udvælge det helt rigtige landingssted. De endte med det 49 kilometer store krater Jezero, som ligger 18 grader nord for ækvator.
Krateret blev valgt, fordi meget tyder på, at krateret engang har været en sø. Man har nemlig fra satellitter, der kredser om Mars, fundet ler, karbonater og forskellige hydrerede mineraler, som kun kan være dannet, hvis der har været vand til stede.
Desuden befinder krateret sig et sted, hvor landskabet minder meget om et gammelt floddelta. Dette landskab findes, hvor en kanal eller flod engang har ført vand ind i krateret
Da det tager millioner af år at danne et sådant delta, er det sandsynligt, at der har været vand i krateret i en meget lang periode. Derfor er Jezero et godt sted at lande, hvis man ønsker at finde spor efter liv.
Nederst i denne artikel kan du læse om de vanskeligheder, man står overfor ved at landsætte en sonde på Mars. Men denne gang er det ikke nok at lande – det er også vigtigt at lande meget præcist.
Jordkontrollen er ret sikre på, at rumsonden nok skal ramme Jezero-krateret – men det er ikke nok. For at gennemføre forskningsprogrammet, skal Perseverance lande særdeles præcist.
Og her vi skal huske, at det er overladt til robotter at gennemføre landingen.
‘Syv minutters rædsel’
Sker landingen bare få kilometer fra det beregnede sted, så kan det tage uger eller måneder at køre hen til der, man ønsker. Og det fører lige til det begreb i marsforskningen, der går under navnet ’Seven minutes of terror’.
Perseverance ankommer til Mars i februar med en fart på 21.000 km/t, og herefter har den syv minutter til at bremse ned og lande – de berømte ’Seven Minutes of Terror’.
Navnet skyldes, at jordkontrollen ikke har nogen mulighed for at gribe ind, da det tager meget mere end syv minutter for et radiosignal at blive sendt fra Mars, inden der kan komme en reaktion fra Jorden, så hele den kortvarige landing skal klares af rumsonden selv.
Når rumsonden ankommer, skal den naturligvis bremses ned, og det sker først med et varmeskjold, derefter med faldskærm og til sidst med raketter. Det sidste skridt er dog, at Perseverance sænkes ned til overfladen med en slags kran.
Kranen er det metalskelet, hvor bremseraketterne er monteret, og fra en højde af nogle få meter sænkes Perseverenance så ned, mens den hænger i nogle kabler. Når overfladen er nået, kappes kablerne, og selve ’kranen’ flyver væk for ikke at falde ned på Perseverance.
Robotten må klare sig selv
I forhold til forgængeren Curiosity er det nye, at Perseverance under hele nedturen selv holder øje med kursen.
Hvis den er på vej til at flyve for langt, foldes faldskærmen tidligt ud, og hvis den ser ud til at lande før målet, venter computeren med at folde faldskærmen ud.
Her anvendes et avanceret IT-program, som har lagret meget detaljerede billeder af landingsområdet taget af satellitter. Kursen fastlægges så ved at sammenligne de lagrede billeder med det landskab, som computeren observerer.
Det giver også mulighed for i sidste øjeblik at undgå et meget ujævnt eller stenet terræn, og under hele nedturen optages video og lyd i det omfang, det er muligt.
Måske kan vi ligefrem komme til at høre faldskærmen folde sig ud, og hvordan det lyder, når bremseraketterne starter.
Så det er virkelig noget af en landing, hvor Perseverance til sidst sænkes de sidste meter ned med en kran, men det gik jo godt med Curiosity, så mon ikke også Perseverance vil klare opgaven.
Mars – men ikke som vi ser den
Når Perseverance sætter hjulene på Mars, vil det være i et rødligt og stenet landskab, der ser meget dødt ud.
Det har det muligvis også været i den sidste milliard år eller mere, men måske er der stadig tegn på, at der engang har været liv, dengang for meget længe siden, da Jezero-krateret var en sø.
Den vigtigste opgave for Perseverance er nu at lede efter de såkaldte biosignaturer. De vil være tegn på, at man har fundet et sted, hvor der måske engang har været liv.
Det sker med instrumenter, der viser os marslandskabet på en måde, vi ikke kan se med vores øjne, men som gør det muligt at identificere de sten og klipper, hvor sandsynligheden for at finde biosignaturer er størst.
Det svarer fuldstændigt til, at bier ser blomster i andre farver, end vi gør, fordi de kan se ultraviolet lys. Blomster, der ser ens ud for os, kan nemt tage sig forskelligt ud for en bi.
Ser verden som en astronaut
På toppen af marsroveren sidder en mast med to kameraer, der befinder sig to meter over overfladen. Perseverance vil altså se omgivelserne på omtrent samme måde som en astronaut, der står på overfladen.
De to kameraer hedder Mastcam-Z og Supercam, og som omtalt i artiklen ‘Mars 2020: Her er de danske bidrag til NASAs store mission’ har Danmark en andel i disse kameraer – og også i flere andre instrumenter.
Du kan også læse om de danske bidrag i den helt nye artikel Mars 2020 begynder nu: Dansk udstyr skal jagte liv på vores naboplanet.
Mastcam-Z har to ’øjne’, der i modsætning til vores øjne både kan se ultraviolet og infrarødt lys. Så hvad vi måske ser som nogle lidt kedelige, ensfarvede sten, ser Mastcam som noget helt andet.
Den ser jo mange forskellige farver, som er usynlige for os. Og det gør det lettere for kameraet at identificere de klipper, forskerne er mest interesserede i – nemlig dem, der indeholder vand eller er dannet i vand. De billeder får vi naturligvis i 3D.
Den mere detaljerede analyse skal nu foretages af Supercam.
Supercam har hele to metoder til at analysere sten og klipper. Den ene metode er simpelthen en nøje analyse af den måde, klipperne tilbagekaster sollyset.
Med denne metode kan man over en afstand på flere kilometer skelne mellem ler, karbonater, sulfater, silikater og andre mineraler.
Den anden metode er mere direkte, men kræver så, at afstanden til den klippe, man vil undersøge, ikke overstiger syv meter. Med en infrarød laser belyses en lille plet at klippen, som derved varmes op og fordamper.
Sammensætningen af disse dampe kan derpå analyseres med et spektroskop. På denne måde kan man få ret præcise oplysninger om de mineraler, som klippen er opbygget af.
Nærkontakt med Mars’ klipper
Når Perseverance så, efter måske lang tids søgning, har fundet en klippe, der ser rigtig lovende ud, så er tiden kommet til en nærkontakt. Derfor kører Perseverance nu så tæt på klippen, at den kan række ud og røre den med sin robotarm.
I spidsen af robotarmen sidder tre instrumenter kaldet Sherlock, Watson og Pixl.
Det er klart, at vi nu straks tænker på detektiverne Sherlock Holmes og Watson, men efter den amerikanske tradition er navnene dog også akronymer for en mere præcis beskrivelse af instrumenternes opgave.
Vi nøjes med et enkelt eksempel. Sherlock er således et akronym for ’Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals’.
Sådan foregår det
Nærkontakten begynder med, at man med et lille bor skaber en flad plet på klippen med en diameter på omkring 4 cm. Da boret støver, gøres pletten bagefter ren med et pust af kvælstof, og så er man parat til at gå i gang.
Derefter belyser PIXL nu den flade og rene plet med en tynd røntgenstråle. Selve strålen har en tykkelse som et hår, og den bruges til at scanne et område på størrelse med et frimærke.
Røntgenstrålen får nu de forskellige mineraler til at fluorescere. Det betyder, at de optager energien fra røntgenstrålen og derefter genudsender noget af denne energi i form af synligt lys.
Bølgelængden af det synlige lys afhænger af, hvilke grundstoffer mineralet indeholder.
Denne fluorescens kan nu måles og give os en uhyre præcis bestemmelse af de grundstoffer og mineraler, der findes i klippen.
Sherlock gør lidt af det samme, men med en stråle af ultraviolet lys, der er bedre egnet til at undersøge mineraler og organiske stoffer, som normalt forbindes med liv.
Watsons opgave er næsten den samme som romanernes Watson har, nemlig at assistere Sherlock. Den tager nemlig en række billeder af den lille plet, og det gør det lettere at fortolke målingerne af mineraler fra Pixl og molekyler og organiske stoffer fra Sherlock.
Det ikke alene lyder indviklet – det er indviklet. Men resultatet skulle meget gerne blive en samling så nøjagtige målinger, at forskerne har en mulighed for at vurdere, om noget af det man ser, er dannet af liv engang for meget længe siden.
Hvad gemmer sig i dybet
I den nordiske mytologi er Rimfaxe navnet på den hest, der trækker Månen hen over himlen om natten.
På Perseverance er Rimfax navnet på et instrument, som kan se ned under overfladen (naturligvis et akronym – men det viser, at i hvert fald et par forskere har kendt til nordisk mytologi).
Rimfax er en særlig radar, der kan se op til 10 meter ned i undergrunden. På den måde bliver det muligt at kortlægge i hvert fald den øvre del af undergrunden for at se, hvad der gemmer sig her.
Det kunne være lava eller sand eller det måske mest spændende, nemlig is eller vand, enten som rent vand eller saltholdigt vand.
Hvis vi en dag selv kommer til Mars, er det meget vigtigt at vide, hvor der er vand i undergrunden – ikke bare fordi vi har brug for vand til at overleve i en tør ørken, men også fordi vand kan spaltes i ilt og brint.
Ilten har vi jo brug for i en atmosfære af næsten ren CO2, men ilt og brint er også tilsammen et meget effektivt raketbrændstof.
Og der bliver brug for meget ilt, hvis det skal være muligt at optanke raketter på Mars. Selv om tyngdekraften på Mars kun er 1/3 af tyngdekraften på Jorden, vil det koste mindst 25-30 ton ilt at sende et hold astronauter op fra Mars.
Måske kan man lave ilt på Mars
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient’er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De står bag bogen ‘Det levende Univers‘ og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet ‘Stubberne’.
Perceverance skal også udføre et lille forsøg, der går ud på at fremstille ilt ud fra atmosfæren, der jo består af næsten ren CO2. Det sker fra det lille instrument Moxie, der ved hjælp af elektricitet skal nedbryde CO2 molekylerne til ilt og kulilte (CO).
Det er ikke helt simpelt, for man ender i praksis let med et overskud af kulstof, som kan få processen til at gå i stå. Den danske forsker Morten Bo Madsen fra Københavns Universitet deltager som ekspert i støvet på Mars i dette forsøg.
Der er dog tale om et mindre forsøg, der bare skal vise, at processen kan gennemføres. Man håber at kunne producere 6 gram ilt i timen, hvilket kun er en brøkdel af, hvad et menneske har brug for.
Hvis vi overhovedet vil bosætte os på Mars, er det helt nødvendigt at kunne udnytte ressourcerne på planeten, og her tager Perseverance så det første skridt.
Og vi bringer vejrudsigten
Det er jo altid rart at vide, hvordan vejret er, især hvis man planlægger en rejse til stedet. Så Perseverance har en meteorologisk målestation Meda, som hver time sender en rapport om det lokale vejr.
De målinger har vi naturligvis ikke endnu, men landingsstedet for Perseverance er ikke så langt fra landingsstedet for en anden rumsonde ved navn InSight. Den sender også daglige vejrrapporter, og på NASA’s hjemmeside ses en af de nyeste for Mars.
Vi bemærker, at selv om InSight er endnu nærmere ækvator end det planlagte landingssted for Perseverance, så sniger temperaturen sig selv om dagen ikke over frysepunktet.
Stort set svinger temperaturerne på overfladen af Mars mellem -80 grader om natten og -20 grader om dagen. Enkelte steder ved ækvator kan den dog snige sig op nær 20 grader.
Det store udsving mellem dag og nat skyldes den meget tynde atmosfære, der bestemt ikke holder på varmen – når Solen går ned, er der fri udstråling til rummet.
I de daglige vejrrapporter fra InSight er atmosfæretrykket angivet i Pascal. Vi regner normalt i bar, men omregningen er simpel: 1 bar = 100.000 Pascal. Heraf ses, at trykket svinger mellem 7,2 og 8 millibar.
Det er meget lidt. Lufttrykket på Jorden er omkring 1.000 millibar, og vi skal op i en højde på over 30 kilometer for at finde et så lavt lufttryk som på Mars.
Det blæser ofte på Mars, med vindhastigheder typisk omkring 5 m/s svarende til det, som vi på Jorden kalder for let vind eller jævn vind, og typisk er vindretningen fra vest eller nordvest.
Enorme støvstorme volder problemer
På Mars er det store problem de hyppige støvstorme. Næsten hvert år er der støvstorme, som dækker store dele af Mars, og som kan vare i ugevis.
Og med 5-6 års mellemrum opstår en global støvstorm, der dækker hele planeten og kan vare flere måneder. Støvstormene starter ofte på den sydlige halvkugle.
Uanset filmen ’The Martian’ så kan disse støvstorme hverken vælte raketter eller ødelægge en base.
Det skyldes både den meget tynde atmosfære, og at vindhastigheden på Mars normalt holder sig under 100 km/t, altså under det, vi kalder orkan her på Jorden.
Den tynde atmosfære betyder, at vindstød slet ikke føles så kraftige som her på Jorden, men på andre måder kan støvstorme nu godt give problemer. Klimaet på Mars er utroligt tørt, så de små støvkorn kan let blive elektrisk ladede og derved komme til at klæbe på overflader.
Det er forklaringen på, at Curiosity og flere andre rumsonder hurtigt begynder at se beskidte ud. Marsstøvet klæber til sonderne, og det betyder, dels at støv kan dække solpanelerne, og dels at støv kan trænge ind i bevægelige dele og blokere.
Så den vigtigste del af vejrudsigten på Mars er ikke udsigten til regn, for det regner aldrig, men udsigten til støvstorm.
Helikopteren Ingenuity
Endelig må vi ikke glemme den lille kun 1,8 kilo tunge helikopter Ingenuity – navnet betyder opfindsomhed. Den skal først og fremmest afprøve teknologien med henblik på kommende rumsonder.
Der er planlagt op til fem korte flyvninger på få minutters længde, hvor den lille helikopter holder sig i nærheden af Perseverance. Flyvehøjden bliver ikke meget over fem meter, så der bliver ikke tale om nogen opdagelsesrejse.
Men på længere sigt vil det være en stor fordel at kunne bruge en helikopter til at planlægge ruten for en rover og også have mulighed for at sende helikopteren til steder, som roveren ikke selv kan udforske direkte – det kunne være kløfter eller et meget ujævnt terræn.
Den sidste opgave
Forskerne ønsker naturligvis et langt og godt liv for Perseverance, men en dag ender også den på pension som et monument over den tidlige udforskning af Mars. Men inden det sker, har Perseverance en sidste opgave.
Denne opgave går ud på at indsamle prøver og gemme dem på overfladen, hvor de så kan hentes af en kommende rumsonde og bringes tilbage til Jorden.
Efter de nyeste planer skal det ske i et samarbejde mellem NASA og det europæiske rumagentur ESA – men det er nok noget, som ligger flere år ude i fremtiden.
\ Læs mere
\ Derfor er det så svært at lande på Mars
Der findes tre typer planeter, som giver hver sin egen udfordring, hvis man vil forsøge en landing. Når rumsonder ankommer til en planet, har de jo normalt stor fart på, og skal derfor bremses ned.
Det er ikke nogen helt let opgave, når vi taler om ankomsthastigheder, der ofte ligger mellem 20.000 og 40.000 km/t. Selv når man flyver hjem fra rumstationen ISS, så vender man tilbage til atmosfæren med en fart på 28.000 km/t
Vi vil her skelne mellem tre typer landinger:
- Landing på planeter med en tæt atmosfære som Jorden.
- Landing på planeter uden atmosfære – vi vil her bruge Månen som eksempel.
- Landing på planeter med en meget tynd atmosfære som Mars.
Af disse tre typer er dem med en meget tynd atmosfære de vanskeligste at lande på.
Når man skal lande på Jorden bruger man et varmeskjold. Under nedturen gennem atmosfæren bliver det varmet godt op, men samtidig bremses rumskibet uden at bruge brændstof.
Jordens atmosfære er så tæt, at når varmeskjoldet til sidst afkastes, så er farten meget lille, kun få hundrede km/t, og så kan en faldskærm overtage den sidste del af turen.
Det er muligt, fordi Jordens tætte atmosfære gør det muligt at klare hele resten af opbremsningen.
Mars’ atmosfære og tyngdekraft volder problemer
På Månen uden atmosfære behøver man ikke noget varmeskjold, da hele opbremsningen klares af raketter. Det koster en del brændstof, men da Månens tyngdekraft kun er 1/6 af Jordens tyngdekraft, så er problemet til at overse.
Mars giver med sin kombination af en meget tynd atmosfære og en forholdsvis stærk tyngdekraft store problemer. Atmosfæren er nemlig så tynd, at et varmeskjold ikke kan bremse et rumskib ret meget ned.
Når varmeskjoldet afkastes, vil rumsonden stadig have stor fart på, måske et par tusinde km/t.
At folde en faldskærm ud ved en så høj fart er ikke spor let – især hvis rumsonden er tung. Så kan man let risikere, at faldskærmen simpelthen bliver flået i stykker. Desuden virker faldskærme ikke særlig godt i en meget tynd atmosfære.
Bremseraketter skal anvendes med stor omtanke, fordi tyngdekraften på Mars er mere en dobbelt så høj som på Månen, selv om den stadig kun er 1/3 af Jordens tyngdekraft.
Med en så stærk tyngdekraft, vil bremseraketter sluge meget brændstof, selv om de først tændes lige før selve landingen, når faldskærmene har bremset rumsonden så meget som muligt.
For tiden er den øvre grænse for, hvad vi kan landsætte på Mars omkring et ton, og det kræver et kompliceret sammenspil mellem varmeskjold, faldskærm og bremseraketter.
Næste udfordring bliver naturligvis at landsætte et mange ton tungt bemandet rumskib, men det kan blive emnet for en senere artikel.
