Misja InSight - "kret" HP3

Przetransportowany na powierzchnię Marsa na pokładzie sondy InSight^[1], a zbudowany przez Polaków penetrator HP3 na razie nie zdołał wbić się w grunt na planowaną głębokość kilku metrów. Stanowiąca ważny cel misji realizacja pomiaru przewodności cieplnej skorupy Czerwonej Planety stoi w związku z tym pod znakiem zapytania. Trwają przygotowania do operacji, która ma dać polskiemu „Kretowi” nową szansę.

Fot. ESA

Dlaczego badamy przewodność cieplną skorupy Marsa?

Wszystkie planety skaliste były na początku swego istnienia gorącymi półpłynnymi globami, uformowanymi – jak się sądzi – z pierwotnej materii pyłowo-gazowej, tworzącej dysk protoplanetarny wokół nowo powstałego Słońca. W dysku tym w efekcie zderzeń formowały się coraz większe ziarna, aż wreszcie powstały całkiem duże skupiska materii skalnej, zwane planetozymalami. One to stanowiły zaczątki dzisiejszych planet. Grawitacja nadawała im mniej więcej kulisty kształt, zaś pochodząca ze zderzeń energia kinetyczna oraz energia ściskania grawitacyjnego intensywnie je podgrzewały. Proces planetotwórczy zakończył się wraz z wyczerpaniem się rozproszonej w dysku materii skalnej. Z biegiem czasu zewnętrzne warstwy globów stygły, odprowadzając energię głównie przez promieniowanie. W ślad za tym powinna się także stopniowo obniżać temperatura ich wnętrz. O szybkości stygnięcia decydują dwa współzawodniczące procesy. Materiał skalny przewodzi na zewnątrz energię cieplną, ale zawarte w nim pierwiastki promieniotwórcze, takiej jak uran²³⁸ czy tor²³², w trakcie rozpadu go podgrzewają.

Wiemy, że obecnie w jądrze Ziemi panuje temperatura około 6000°C, co jest porównywalne z temperaturą powierzchni Słońca. A jaka temperatura panuje wewnątrz znacznie mniejszego od Ziemi Marsa? Zapewne niższa, lecz o ile? Aby dowiedzieć się czegoś pewnego na ten temat, należy zmierzyć przewodność cieplną materiału tworzącego marsjańską skorupę^[2] – wartość przewodności decyduje bowiem o tempie stygnięcia wnętrza planety. To między innymi w tym celu amerykańska agencja NASA przy wsparciu Europejskiej Agencji Kosmicznej zaprojektowała i wysłała na Czerwoną Planetę bezzałogową sondę InSight^[8].

Na czym polega zadanie polskiego „Kreta”?

Wyposażona w specjalistyczny instrument HP3 sonda osiadła na powierzchni Marsa 26 października 2018 roku, zaś ostatniego dnia lutego 2019 roku podjęto pierwszą próbę wbicia penetratora w powierzchnię marsjańskiego gruntu. Planowano osiągnąć głębokość od 3 do 5 metrów, aby wyniki pomiarów były miarodajne. Końcówka mechanizmu wbijającego wyposażona jest w dokładny próbnik ciepła, a kilkanaście kolejnych czujników temperatury rozmieszczono w dziesięciocentymetrowych odstępach wzdłuż wiązki sygnałowej łączącej „Kreta” ze stacją bazową. Działanie całego urządzenia ma polegać nie tylko na wykonywaniu biernych pomiarów temperatury, ale też na wytwarzaniu impulsów cieplnych w celu śledzenia reakcji marsjańskiego gruntu. Jeśli grunt ten jest dobrym przewodnikiem ciepła (tak jak na przykład metale), to wyemitowana energia powinna szybko rozejść się po otoczeniu. A jeśli jest złym przewodnikiem ciepła (tak jak na przykład szkło), w podgrzanym miejscu odnotowany powinien zostać chwilowy wzrost temperatury. To właśnie znajomość przewodności cieplnej materiału tworzącego skorupę Marsa ma zasadnicze znaczenie dla naukowców, którzy zajmują się modelowaniem procesów prowadzących do ostatecznego uformowania się tej planety.

Kłopoty „Kreta” na marsjańskiej ziemi

Zarówno pierwsza, jak i kilka kolejnych prób wbicia się przez urządzenie na odpowiednią głębokość zakończyło się porażką. „Kret” zdołał zagłębić się w grunt na głębokość zaledwie 30 centymetrów. To zdecydowanie za mało, by móc przeprowadzić zaplanowane pomiary niezbędne do dalszych badań.

Cień ramienia nad „kretem” 03.11.2019, 333 dzień marsjański misji NASA InSight Fot. ESA

Po trwających kilka miesięcy analizach danych z sondy, na początku czerwca postanowiono przesunąć penetrator w nowe miejsce. Przed podejściem do kolejnej próby, należało za pomocą „łyżki” lądownika ubić grunt wokół nowej lokalizacji^[3]. Miało to poprawić warunki pracy wibracyjnego urządzenia, które do prawidłowego działania potrzebuje dosyć spoistego gruntu^[9]. Z całą operacją trzeba było jednak poczekać, ponieważ właśnie wtedy Mars znalazł się zbyt blisko Słońca. W lipcu inżynierom udało się wreszcie przywrócić urządzenie HP3 do aktywności, a od października podejmowane są próby wykonania wiercenia.

W konstruowaniu penetratora brała udział firma Astronika^[4] z Warszawy oraz Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk^[5]. Urządzenie jest mechanicznie oddzielone od lądownika – zaczepu u góry używa się wyłącznie do przemieszczania „Kreta”. Sygnały sterujące oraz wyniki pomiarów temperatury przekazywane są za pośrednictwem przewodów skupionych w wiązce kablowej.

Dotychczasowe sukcesy misji InSight

Sonda InSight wyposażona jest także w czuły instrument do pomiarów sejsmicznych. I właśnie przy pomocy tego sejsmografu dokonano dwóch spektakularnych rejestracji. Pierwszy raz w historii badań Czerwonej Planety udało się wykryć wstrząsy na jego powierzchni – prawdziwe trzęsienie Marsa^[6]. Ponadto, także po raz pierwszy, nagrano powiew marsjańskiego wiatru^[7]. Ponieważ w marsjańskim rzadkim powietrzu prędkość dźwięku jest niższa niż w ziemskiej atmosferze, tamtejszy wiatr wytwarza szumy o niskich częstotliwościach. Abyśmy mogli te dźwięki usłyszeć, zespół akustyków przetransponował je o trzy oktawy w górę.

Misja InSight stanowi kolejny już przykład współpracy między NASA i ESA. Jednym z pierwszych wspólnych dzieł obu agencji kosmicznych była działająca do dziś misja obserwatorium słonecznego SOHO, uruchomionego 26 lat temu. Łączenie wysiłków wielu partnerów w celu efektywniejszego badania przestrzeni kosmicznej to dziś konieczność – zarówno ze względów ekonomicznych, jak i techniczno-organizacyjnych. Złożoność problemów napotykanych przy planowaniu misji, projektowaniu i budowaniu sond kosmicznych, a także operowaniu nimi niejednokrotnie przekracza możliwości pojedynczej agencji, zaś kooperacja pozwala na pełniejsze wykorzystanie wiedzy i doświadczenia specjalistów z wielu krajów.

Autor: Grzegorz Sęk

Literatura:

wróć

NEWSLETTER

Kłopoty misji InSight