Jepun lancar MMX untuk membawa pulang sampel Phobos dan kemungkinan sisa dari Marikh pada 2031

Perjalanan lima tahun untuk memperoleh sekurang-kurangnya 10 gram bahan dari dunia lain

Kapal angkasa Martian Moons eXploration milik Jepun telah dilancarkan menuju Marikh dengan sasaran kecil tetapi bercita-cita tinggi: membawa sekurang-kurangnya 10 gram bahan dari bulan Phobos kembali ke Bumi pada 2031. Antara butiran itu mungkin terdapat serpihan yang terhambur dari Marikh sendiri, sekali gus memberi para saintis akses kepada bahan dari sebuah planet yang program pemulangan sampel secara langsungnya berdepan masalah kos dan kejuruteraan.

Misi yang dikenali sebagai MMX itu berlepas menggunakan roket H3 dari Pusat Angkasa Tanegashima pada pukul 4:41 pagi Waktu Piawai Jepun, 20 Oktober, bersamaan 19 Oktober di timur Amerika Syarikat. Kapal angkasa itu berpisah daripada roket kira-kira 71 minit kemudian, menjalin komunikasi dan membuka panel solarnya.

Yasuhiro Kawakatsu, pengurus projek MMX di Agensi Penerokaan Aeroangkasa Jepun, menyifatkan keadaan kapal angkasa itu selepas berpisah:

Setakat ini, semuanya berjalan lancar.

Gambaran keseluruhan misi MMX JAXA menghuraikan perjalanan yang merangkumi pemerhatian terhadap kedua-dua bulan Marikh, penghantaran rover mendahului kapal angkasa utama, pengambilan sampel di Phobos dan pemulihan kapsul bawa balik di Australia. Sasaran agensi itu ialah sekurang-kurangnya 10 gram secara keseluruhan, bukannya jumlah yang dijamin dari setiap pendaratan.

MMX dibangunkan berdasarkan misi Hayabusa Jepun, yang membawa pulang bahan dari asteroid Itokawa dan Ryugu masing-masing pada 2010 dan 2020. Destinasinya memperkenalkan satu cabaran baharu: beroperasi berhampiran bulan kecil ketika Marikh yang jauh lebih besar sentiasa menarik kapal angkasa itu.

Hiroshi Yamakawa, presiden JAXA, mengisytiharkan pelancaran itu berjaya dan menyifatkan permulaan misi berkenaan:

Perjalanan panjang selama lima tahun baru sahaja bermula.

Apa yang berlaku antara pelancaran dengan pendaratan di Australia?

MMX dijangka tiba di Marikh pada Ogos tahun berikutnya, kemudian menghabiskan kira-kira tiga tahun mengkaji planet itu dan bulan-bulannya. Perjalanan pulang dijangka mengambil masa kira-kira setahun lagi.

Halaman projek MMX JAXA menyatakan jadual umum mengikut tahun fiskal Jepun: pelancaran pada tahun fiskal 2026, memasuki orbit Marikh pada tahun fiskal 2027 dan kembali pada tahun fiskal 2031. Tahun fiskal Jepun bermula pada April, manakala jadual misi awam yang lebih terperinci menyatakan kepulangan ke Bumi pada tahun kalendar 2031.

• 20 Oktober 2026, waktu Jepun: MMX dilancarkan dari Tanegashima menggunakan roket H3.
• Ogos 2027: Kapal angkasa itu dijangka tiba di Marikh dan memulakan kempen pemerhatian.
• Akhir 2028 atau awal 2029: Unjuran operasi meletakkan penghantaran rover Idefix dalam tempoh ini, diikuti kemungkinan pendaratan kapal angkasa pada 2029. Aliran misi awam JAXA mengumpulkan pemerhatian dan aktiviti pengambilan sampel terperinci di bawah tahun 2030.
• 2030: MMX dijadualkan meninggalkan Marikh, dengan November dikenal pasti dalam liputan pelancaran sebagai bulan berlepas yang dirancang.
• 2031: Kapsul yang membawa sampel dijangka mendarat di Australia sebelum bahan itu dibawa ke Jepun.

Deimos, bulan Marikh yang lebih kecil, turut menjadi sebahagian daripada program pemerhatian. MMX merancang untuk mengkajinya dari jauh dan semasa lintas dekat. Pelan pengambilan sampel terperinci menyasarkan Phobos; Deimos akan dikaji melalui pemerhatian kapal angkasa.

Mengapa asal usul bulan-bulan ini begitu sukar dijelaskan?

Phobos berukuran kira-kira 22 kilometer lebar dan mengorbit pada ketinggian kira-kira 6,000 kilometer di atas permukaan Marikh, dengan melengkapkan sekitar tiga orbit sehari. Deimos lebih kecil, kira-kira 12 kilometer lebar. Kedua-duanya tidak menyerupai Bulan Bumi yang besar dan bulat.

Dua penjelasan utama bersaing untuk menerangkan kewujudannya. Menurut hipotesis penangkapan, kedua-duanya bermula sebagai asteroid yang ditangkap oleh tarikan graviti Marikh. Menurut hipotesis hentaman gergasi, perlanggaran melontarkan bahan dari Marikh ke angkasa, lalu sebahagiannya berkumpul menjadi bulan.

Permukaan gelap kedua-duanya menyerupai asteroid primitif tertentu, menyokong teori penangkapan. Laluan orbitnya yang hampir bulat di sekitar khatulistiwa Marikh lebih sepadan dengan pembentukan daripada gelang serpihan perlanggaran. Graviti Marikh yang agak lemah juga menyukarkan penangkapan asteroid yang melintas dalam keadaan utuh.

Tom Statler, saintis utama NASA bagi jasad kecil dalam sistem suria, menerangkan bagaimana MMX akan menguji penjelasan ini:

Dengan mengunjungi bulan-bulan Marikh, mengkajinya dari dekat dan membawa pulang sampel ke Bumi, kita akan dapat menentukan sama ada bahan Phobos lebih menyerupai komposisi asteroid atau serpihan yang terhasil daripada perlanggaran melibatkan Marikh.

Apakah yang boleh didedahkan oleh butiran itu tentang air dan sejarah planet?

Pengukuran makmal boleh membezakan antara bahan yang dipanaskan semasa perlanggaran besar dengan bahan yang terpelihara di dalam asteroid purba. Hentaman gergasi boleh meninggalkan batuan berkaca, mineral yang berubah akibat tekanan melampau dan bukti bahawa bahan mudah meruap, termasuk air, telah hilang.

Asal usul asteroid pula boleh menghasilkan bahan kaya karbon, tanah liat dan sebatian organik. Sebatian organik ialah bahan kimia yang mengandungi karbon, termasuk banyak yang terlibat dalam sistem hidupan. Para saintis akan mengkaji komposisi dan sejarahnya bersama mineral di sekelilingnya.

Kimia air boleh memberikan satu lagi petunjuk. Hidrogen biasa dan bentuknya yang lebih berat, deuterium, wujud dalam nisbah berbeza di bahagian-bahagian berlainan dalam sistem suria. Mengukur nisbahnya dalam bahan yang dibawa pulang boleh membantu penyelidik mengenal pasti tempat bahan itu terbentuk serta mengkaji bagaimana air sampai ke planet berbatu.

Para saintis juga sedang menguji variasi kepada dua teori utama tentang asal usulnya. Jacob Kegerreis, ahli sains planet di Imperial College London, telah mensimulasikan asteroid yang ditarik sehingga terlerai oleh graviti Marikh, lalu menghasilkan cakera serpihan yang boleh membentuk bulan. Matija Cuk, saintis penyelidikan di Institut SETI, telah mengkaji kemungkinan kitaran berulang apabila bulan terlerai dan terbentuk semula sebagai objek yang lebih kecil.

Usia mineral dan kesan pendedahan kepada angkasa boleh membantu menguji sejarah tersebut. Para penyelidik juga berharap dapat memperbaik garis masa hentaman di sekitar Marikh. Pentarikhan butiran yang dibawa pulang boleh memberikan rujukan yang lebih kukuh berbanding amalan semasa yang menyesuaikan kronologi yang dibangunkan berdasarkan Bulan Bumi.

Phobos mungkin telah mengumpulkan cebisan Marikh

Hentaman asteroid di Marikh boleh melontarkan batu dan debu ke angkasa. Oleh sebab Phobos mengorbit berhampiran, sebahagian serpihan itu mungkin mendap di permukaannya. Oleh itu, MMX mungkin mengumpulkan campuran bahan bulan itu dengan butiran yang berasal dari Marikh.

Kiyoshi Kuramoto, ahli sains planet di Universiti Hokkaido yang mengetuai pasukan sains antarabangsa misi itu, menganggarkan bahan dari Marikh mungkin membentuk kira-kira 1% daripada sampel. Pada kadar itu, koleksi seberat 10 gram akan mengandungi kira-kira 0.1 gram, atau 100 miligram, bahan dari Marikh. Kadar sebenar hanya akan diketahui selepas para penyelidik mengenal pasti dan menganalisis butiran yang dibawa pulang.

Sesetengah serpihan mungkin berasal daripada batuan purba yang terbentuk ketika Marikh lebih panas dan basah. Yang lain mungkin digali dari bahagian lebih dalam kerak planet oleh hentaman kemudian. Para penyelidik mungkin dapat mengaitkan sebahagian bahan yang lebih muda dengan kawah Marikh yang agak baharu.

Mengenal pasti butiran tersebut bukan tugas mudah. Butiran itu mungkin sangat kecil, lokasi asalnya mungkin tidak diketahui dengan pasti dan pendedahan kepada radiasi di Phobos yang tiada atmosfera telah mengubahnya. Para saintis perlu membina semula sejarahnya melalui kimia, struktur mineral dan pengukuran usia.

Rover bergerak dahulu dalam graviti yang amat lemah

Idefix, rover sumbangan agensi angkasa Perancis dan Jerman, dirancang untuk meneroka Phobos sebelum kapal angkasa utama cuba mendarat. Rover itu seberat kira-kira 25 kilogram dan boleh beroperasi selama sekitar 100 hari.

MMX akan melepaskannya dari ketinggian kurang daripada 100 meter di atas permukaan. Graviti permukaan Phobos kurang daripada satu perseribu graviti Bumi, jadi rover itu akan turun dengan perlahan. Pendaratan tetap mencabar kerana robot itu boleh melantun atau terbalik, manakala pemanduan memerlukan kawalan rapi supaya rodanya kekal menyentuh tanah.

Idefix membawa kamera dan instrumen untuk memeriksa mineral serta sifat permukaan. Pemerhatiannya akan membantu pasukan menilai sama ada permukaan itu keras atau longgar, mengenal pasti bahaya dan memilih lokasi yang mempunyai maklumat geologi berguna.

Kapal angkasa utama akan melakukan tinjauannya sendiri menggunakan kamera, lidar dan spektrometer sebagai sebahagian daripada 13 instrumen. Lidar mengukur jarak menggunakan cahaya laser, membolehkan pasukan memetakan cerun dan bentuk permukaan. Spektrometer memeriksa cahaya atau radiasi lain untuk mengenal pasti bahan yang hadir.

Sumbangan NASA termasuk MEGANE, spektrometer sinar gama dan neutron yang dibangunkan oleh penyelidik di Makmal Fizik Gunaan Universiti Johns Hopkins dan Makmal Kebangsaan Lawrence Livermore. Instrumen itu akan mengukur isyarat yang terhasil apabila zarah bertenaga menghentam permukaan, bagi membantu saintis menentukan unsur kimia yang terkandung dalam Phobos.

Dua kaedah pengambilan sampel dengan ruang kesilapan yang amat kecil

MMX perlu menghampiri lokasi pendaratan terpilih dengan ketepatan kira-kira 10 meter. Phobos mempunyai rupa bumi yang tidak rata, graviti yang amat lemah dan persekitaran graviti yang sangat dipengaruhi Marikh. Kapal angkasa itu akan mengelilingi Marikh pada laluan yang mengekalkannya berhampiran Phobos, dikenali sebagai orbit kuasi-satelit, dan bukannya berada dalam orbit stabil biasa mengelilingi bulan itu.

JAXA merancang sehingga dua pendaratan, memberi misi itu peluang untuk mengumpulkan bahan dari rupa bumi yang berbeza. Kawasan di Phobos kelihatan kemerahan atau kebiruan apabila dilihat melalui penapis tertentu, yang mungkin mencerminkan perbezaan mineral, hentaman atau pendedahan kepada angkasa.

Alat pengorek akan mencapai kedalaman kira-kira dua sentimeter di bawah permukaan. Pensampel kedua, yang disediakan oleh NASA, akan melepaskan gas nitrogen bertekanan untuk menyapu butiran longgar ke dalam bekas. Penggunaan kedua-dua kaedah membolehkan pasukan mendapatkan bahan dari bawah permukaan cetek dan debu permukaan.

Masa kapal angkasa berada di permukaan dijangka hanya beberapa jam. Kaki pendaratannya perlu menyerap sentuhan dengan cukup lembut untuk mengelakkan kapal itu terbalik atau melantun kembali ke angkasa. Jurutera juga perlu mengurus kelewatan komunikasi yang menurut JAXA boleh mencecah 44 minit bagi isyarat bergerak ke kapal angkasa dan kembali.

Oleh itu, pengawal di Bumi tidak dapat bertindak balas serta-merta semasa penurunan. Kapal angkasa itu memerlukan sistem navigasi dan kawalan terbina dalam untuk mengikuti pendekatan yang dirancang serta menangani perubahan pantas.

Sejauh manakah pencarian kehidupan purba boleh pergi?

Para saintis berharap butiran dari Marikh mungkin mendedahkan keadaan yang membolehkan kehidupan wujud di sana suatu ketika dahulu. Mineral yang dikaitkan dengan air dan kimia organik yang terpelihara boleh membantu membina semula persekitaran planet itu pada masa lampau.

Kuramoto, ketua pasukan sains misi itu, menyatakan kemungkinan yang lebih besar:

Saya memang berpendapat ada kemungkinan kesan kimia aktiviti biologi terkandung dalam sampel pasir itu.

Penyelidikan tentang daya tahan semasa hentaman membantu menjelaskan mengapa para saintis mempertimbangkan kemungkinan itu. Lily Zhao, pelajar kedoktoran yang baru menamatkan pengajian di Universiti Johns Hopkins, mengenakan kejutan yang direka untuk menyerupai aspek perlanggaran asteroid terhadap bakteria tahan lasak Deinococcus radiodurans. Sesetengah bakteria itu bertahan pada tekanan sehingga 30 kali ganda tekanan di jurang laut paling dalam.

Eksperimen itu mengkaji satu peringkat dalam perjalanan yang sukar. Sebarang bahan biologi yang bergerak dari Marikh ke Phobos juga perlu menghadapi proses terlontar, perjalanan melalui angkasa, pendaratan dan pendedahan berpanjangan kepada radiasi. Para penyelidik yang mengkaji sampel MMX perlu menyiasat sejarah itu sambil mengawal pencemaran dari Bumi dengan teliti.

Wataru Fujiya, ahli kosmokimia di Universiti Ibaraki yang mengetuai pasukan analisis sampel, menjangkakan butiran itu akan dikendalikan dalam kebuk makmal terlindung di Institut Sains Angkasa dan Astronautik JAXA di Sagamihara. Vakum atau gas nitrogen tidak reaktif akan membantu memelihara bahan itu untuk kajian.

Laluan berbeza daripada perlumbaan membawa pulang batuan Marikh

Rover Perseverance NASA telah mengumpulkan sampel Marikh yang dipilih dengan teliti sejak 2021, sambil merekodkan batuan dan persekitaran asalnya. Usaha yang dirancang untuk mengambil semula sampel itu kehilangan pembiayaan Kongres berikutan peningkatan kos dan kebimbangan tentang kebolehlaksanaan teknikal, termasuk pelancaran bahan yang dikumpulkan dari permukaan Marikh.

MMX mengambil laluan berbeza dengan mengumpulkan sampel dari bulan yang mempunyai graviti jauh lebih lemah. Butiran Marikh yang ditemui di sana akan memberikan para saintis akses kepada bahan dengan sejarah geologi yang kurang pasti, manakala koleksi dari Phobos pula akan menjawab persoalan tersendiri tentang pembentukan bulan dan pergerakan bahan dalam sistem suria.

Misi Tianwen-3 China dijadualkan dilancarkan sekitar 2028 dan mungkin membawa pulang sampel secara langsung dari Marikh seawal 2031. Jadual misi itu dan jadual kepulangan MMX menjadikan susunan ketibaan kedua-duanya tidak pasti.

Anggaran kos MMX ketika pelancaran ialah $578 juta, berbanding anggaran $350 juta yang diterbitkan sebelum pelancaran. Lima agensi angkasa menyertai misi ini, menggabungkan pengalaman Jepun dalam kapal angkasa dan pemulangan sampel dengan instrumen, teknologi rover serta sokongan saintifik daripada rakan antarabangsa.

Selepas dipulihkan di Australia, JAXA merancang untuk mengasingkan dan mengkatalogkan bahan itu sebelum berkongsi sebahagiannya untuk penyelidikan. Pusat Angkasa Johnson NASA dijangka menerima 15% daripada koleksi itu. Jika MMX membawa pulang tepat 10 gram, bahagian tersebut akan seberat 1.5 gram.

Misi asteroid Jepun sebelum ini menunjukkan bahawa sampel yang amat kecil boleh menyokong penyelidikan makmal yang meluas. Kini MMX perlu melaksanakan langkah operasi yang lebih sukar: tiba di Marikh, meninjau permukaan yang belum dikenali, mendarat dengan selamat, mengumpulkan bahan dan menghantarnya pulang. Usaha Soviet dan Rusia untuk mengkaji Phobos, termasuk misi Phobos-Grunt yang dilancarkan pada 2011, gagal sebelum mencapai matlamatnya.

Perkara Utama

• MMX dilancarkan dari Tanegashima pada 20 Oktober waktu Jepun, bersamaan 19 Oktober di timur Amerika Syarikat.
• JAXA menyasarkan untuk membawa sekurang-kurangnya 10 gram bahan Phobos kembali ke Bumi pada 2031.
• Rover Idefix akan meninjau permukaan sebelum sehingga dua pendaratan kapal angkasa menggunakan alat pengorek dan pensampelan gas.
• Butiran yang dibawa pulang boleh membantu menjelaskan bagaimana bulan-bulan Marikh terbentuk dan bagaimana air serta bahan organik bergerak dalam sistem suria.
• Para saintis menganggarkan serpihan Marikh mungkin membentuk kira-kira 1% daripada koleksi.
• Kapsul bawa balik dijangka mendarat di Australia, sebelum sampel dikaji di Jepun dan dikongsi di peringkat antarabangsa.