OTKA Magazin: Hogyan vizsgálható a marsi felszín földi analógiák alapján?
 |
| Kereszturi Ákos |
Az összes analógiakutatásnak az az alapja, hogy két égitest között valamilyen hasonlóság áll fenn a folyamatok szempontjából, de éppen az az érdekes, amiben különböznek, mert abból derül ki, hogy milyen következménnyel járnak azok a kis eltérések, amelyeket már ismerünk (például mi következik az eltérő gravitációból, szélsebességből). Az összehasonlítás segít a folyamatok jobb megértésében; azt szokták mondani, hogy a földi példa: kísérlet – egyfajta paraméterek között. Ha pedig kísérlet, változtassuk meg a paramétereket, például a gravitációt! A Földön nem tudjuk megváltoztatni, de a Marson sokkal kisebb, és nézzük meg, hogyan rakódnak le ott a dűnék.
OM: A paramétereket nehéz egyesével változtatni.
 |
| Újvári Gábor |
KÁ: Azért ez elég sok paraméter. És az elméletre is támaszkodhatunk: le tudjuk például írni, hogyan ülepszik ki egy szemcse. Az egyenletben szerepel a gravitációs állandó. Ha ezt kicseréljük, tudunk következtetni a változásra. De ha az ember okosan dolgozik, olyan kísérletet is tervezhet, amelyben nem várható, hogy fontos szerepet játszik a gravitáció.
ÚG: Ahogy Ákos utalt rá, ezeket a kísérleteket ki szokták egészíteni numerikus szimulációkkal, amelyekben a gravitációs paramétert is lehet változtatni. Az utóbbi időben azt is modellezték például, hogyan szállítja a szél az üledéket a Marson. Kiderült, hogy ott nagyon alacsony szélsebesség mellett is képes fennmaradni a szaltáció („ugráltatva szállítás”) – akár tizedakkora sebességen is, mint amilyennel megindul. A szállítási rendszernek hiszterézise van: a folyamat „emlékszik” arra, hogyan és honnan indult, és ahogy mondtam, sokkal alacsonyabb szélsebességek mellett is képes fennmaradni, mint amekkora elindította a szemcsék mobilizálódását. Feltételezések szerint ezért alakít ki a szél olyan sok dűnét a Marson.
KÁ: A magyarországi helyszínek azért kerülnek a képbe, mert az itteni képződmények jól vizsgálhatók és világosan elkülöníthetően folyóvíziek vagy szél által szállítottak. Nem csak az lehet érdekes, hogy mit okoz a csökkentett gravitáció. Ha például egy folyóvízi áramlás lerakott valamilyen homokot, utána kiszáradt, majd jött a szél, és az is lerakott valamilyen homokot – kicsit másféle formában –, akkor megnézhetjük, mi a tipikus különbség a kettő között. Mert várható, hogy a Marson is hasonló különbség jelenik meg a szállítási közeg változása miatt. Ha kitalálom, hogyan tudom elkülöníteni a Földön a szél szállította homokot a folyóvízi homoktól, akkor valószínűleg a Marson is alkalmazhatom ezt a tudást. Ez a fajta megközelítés jelenik meg ebben a projektben is: nem arra törekszünk Magyarországon, hogy ugyanolyan helyszíneket találjunk, mint a marsiak, hanem a földi analógiák alapján felkészülünk a Marson kapott kísérleti eredmények értelmezésére.
ÚG: Tehát a mostani és múltbeli marsi felszíni folyamatok megértése szempontjából érdekes ez a kutatás.
OM: Mit fognak vizsgálni?
KÁ: A projektünk az ExoMars roverhez kapcsolódik. Ez lesz az első eszköz a Marson, amelyik két méter mélyre fúr le. Eddig legfeljebb hét centiméterig jutottak csak el. A felhozott mintát minilaboratórium elemzi majd a Marson.
A kutatásunk erre rímel: mi itt, a Földön fúrunk, kiemeljük a mintát, és a laborban hasonló módszerekkel elemezzük, mint a marsi szonda. Magyarországon, persze, nem olyan területeket vizsgálunk, ahol fogalmunk sincs, hogy mi volt régen, hanem megbízható ismereteink vannak, hála a hazai földtudósoknak. Aztán megnézzük, hogy mit mutat a mintánk a laborban, ha szél fújt, vagy ha víz folyt a mintavétel helyén. Vagyis biztos hátterünk van: tudjuk, hogy amit látunk, azt szél vagy víz szállította-e, és megnézhetjük a marsihoz hasonló műszerekkel, hogy ez az eltérés sejthető-e. Ha ilyen méréseket végez a Marson a rover, akkor támpontokat adunk az adatai értelmezéséhez.
A Földön nem azt akarjuk megállapítani, hogyan keletkezett egy üledék, hanem azt, hogy miként lehet elkülöníteni a keletkezési körülményeket, ha csak a következményt vizsgáljuk, mert a marsi szonda erre lesz csak képes. Itt megvan a háttér: a nagy szelvényeken látjuk, hogy mi történt, hogyan keletkezett egy képződmény – a szonda pedig fúr egy szűk kis lyukat, és azt elemzi, ami onnan kijön. Mi össze tudjuk kapcsolni a két információt.
A Marsról jönnek majd a mérési adatok, de a Földön már látjuk kicsit, hogyan kapcsolódnak ezek az összképbe, és talán tudunk extrapolálni arra – a példánknál maradva –, hogy folyóvízi vagy szél szállította homokkal van dolgunk.
OM: Miért kell a rovernek a Marson elemeznie a mintákat? Nem tudná lehozni a Földre?
KÁ: Reméljük, ez előbb-utóbb sikerül, de egyelőre rendkívül megnövelné a költségeket. A minták lejuttatása olyasmi ugrás lesz, mint amilyen a szputnyik és az emberes űrutazás között volt.
A földi laborban szép nagy műszerek vannak, a szondában pedig kicsik. Azt a kevés és korlátozott adatot kell pontosan értelmeznünk, amit kapunk a Marsról – ezért is gyűjtjük a földi háttértudást.
Az űrszonda először távolról, panoráma-kamerával pásztázza majd a vidéket, utána kiválasztja, hol érdemes fúrni. Akkor odagurul, közelről is megnézi, közben felszín alá behatoló radarral és neutronspektrométerrel megméri, mennyi jég van saját maga alatt, esetleg megállapítja, milyen az üledékes szerkezet, és fúr. A furatlyuk falát is szkenneli: miközben forog a fúró, a rászerelt infravörös érzékelő dolgozik. Ezután kijön a furatból az anyag, a rover lefotózza, bejuttatja a laboratóriumba, kicsit összetöri a mintát, mert a műszereknek finom porra van szükségük, és szétküldi elemzésre négy-öt berendezésnek.
Mi mit csinálunk? A kezdeti pásztázást fotózással, a furatlyuk falának szkennelésével próbáljuk szimulálni. A kivett mintát részletesen elemezzük: Raman-, infravörös spektroszkópiával, optikai mikroszkópos módszerekkel. Ahogy mondtam, nekünk „óriási” műszereink vannak a Földön, a szondán pedig néhány kilóba kell mindent belepréselni.
OM: Számíthatnak a szkennelt képből geológiai információra?
KÁ: Valószínűleg igen. Éppen az az egyik tisztázandó kérdés, hogy mit lehet megfigyelni egy szkennelt furatlyuk-falon. A Földön egyszerűen odamegyek egy szelvényhez, és lefotózom.
Ezért vesz részt a projektben Maros Gyula, aki a Magyar Földtani és Geofizikai Intézetben dolgozik, mert ő régen kőolaj-kutatófúrások kiemelt fúrómagjait szkennelte – ami fordított feladat volt.
OM: Miről árulkodik például a szemcsék mérete?
ÚG: Többek között arról, hogy szél vagy víz szállította-e a port. De akkor is sok minden befolyásolja a szemcseméretet, ha a szél viszi magával a port; mindig az áramló közeg fizikai tulajdonságaiból kell kiindulni. Szerencsére, a Marson nem jön szóba néhány zavaró tényező, például a felszíni vegetáció. A szemcseméreten kívül természetesen kíváncsiak vagyunk az összetételre, és szeretnénk kideríteni, milyen távolságról származhatnak a szemcsék; hogyan, honnan kerültek az adott helyszínre. Ehhez, persze, nagyon sok kiegészítő információra lenne szükség, többek között a Mars geológiájáról, amit egyelőre csak felszínesen ismerünk. A hosszabb távú cél is részben ez: szeretnénk jobban megérteni, milyen szerepet játszott ez a két felszínformáló folyamat a Mars korábbi életében – hogyan alakították a felszínt.
OM: Felvetették korábban, hogy a nehézásvány-összetétel segíthet a forrás és a szállítási mód megismerésében.
ÚG: Azt látom, hogy önmagában a nehézásvány-összetételből, illetve annak a változásából nem olyan egyszerű megmondani, honnan jöttek a szemcsék. Földi körülmények között gyakran előfordulhat, hogy különböző területekről származó szemcsék hasonló összetételt produkálnak a háttérkőzetek miatt. A forrás pontos felderítéséhez további, főleg izotóp-geokémiai információk szükségesek. De mint Ákos mondta, a műszereket bepréselik a szondákba – ezért sok mindent nem tudnak mérni. Tudomásom szerint nemesgáz-izotóparányokon kívül nehezebb elemek izotóparányait még sohasem mértek in-situ marsi anyagon (a meteoritokat kivéve). Lehet, hogy az amerikaiak már erre is készülnek, néhány évtizeden belül biztosan megoldják.
KÁ: A forrásrégió megállapítása a Földön is rettentő nehéz. De az a lényeg, hogy most születnek először mérési adatok a marsi üledékről. Bármilyen kevés ismeretet kapunk is, az valószínűleg új lesz. Most nem annak járunk utána, hogy honnan származik, mondjuk, a harminc centi mélyen található nehézásvány, hanem azt szeretnénk látni, hogy hogyan változik a nehézásvány-arány egy két méter mély szelvényben. Esetleg lesz egy-két réteg, ahol nagyon megnő; vagy például erősen megemelkedik a gipsz aránya, máshol pedig nem lesz gipsz. Akkor megnézzük a gipszszemcséket. Ezek hogyan kerültek oda, a szél vagy a víz szállította őket? Nekünk az egész szelvényt kell értelmeznünk. Önmagában egy rétegről talán alig tudunk meg valamit, de ha az egész szelvényt nézzük, akkor összehasonlításokra is van lehetőség.
ÚG: A Marson főleg mafikus – bazaltokban jellemző – ásványokkal (olivin, piroxén, plagioklász földpát) találkozunk. Egyelőre nem tudjuk, mennyire heterogén a marsi kéreg, de világos, hogy főként bazaltos kőzetek alkotják. Látunk-e jelentősebb különbségeket? Ez azért fontos, mert akkor tudunk következtetni egy forrásra az összletből, ha annak unikális az ásványi összetétele.
OM: Ez a kutatás egy nagy európai műszaki-tudományos programhoz is csatlakozik, amely az élet eredetét keresi.
KÁ: Az ORIGINS célja az európai asztrobiológiai intézet megalakítása. Ennek fontos része a Naprendszer asztrobiológiai vonatkozásainak kutatása, és a Mars az egyik fő célpont. Szintén jelentős partnerünk az Európai Űrügynökség, amelynek az idén lettünk a tagjai. Az ExoMars-küldetés vezetőjével és a műszeres laborok (Raman-, IR-spektrométer, optikai mikroszkóp) vezetőivel is közvetlen kapcsolatban állunk; munka közben folyamatosan konzultálunk majd velük. Felvettünk egy doktoranduszt, Kapui Zsuzsannát, aki rövid kutatócserék keretében kimegy egy-egy laboratóriumba, ahol abból a műszerből is van egy példány, amelyik a Marson működik majd. Az itthon elemzett mintát ott is leméri. Ha tehát itthon szemcseméret-eltolódást látunk például, azt is megtudjuk, hogyan látja ezt a marsi műszer. Ha pedig a műszer észlel majd valamit a Marson, meg tudjuk becsülni, hogy az milyen szemcseméret-eloszlásnak felel meg. Persze, itt nincs szó „egy az egyben” megfeleltetésről, mert a mai tudásunk szintjén sok bizonytalansággal kell dolgoznunk, de ez az a lépés, amit most meg kell tenni a pontos kutatási eredmények érdekében.
OM: Az asztrobiológiai vizsgálatok kapcsán többen felvetik, hogy nem az ember visz-e baktériumokat a szondákkal a Marsra.
KÁ: A műszerekkel most már olyan apró szennyeződéseket ki tudunk mutatni, amilyeneket korábban észre sem vettünk. Gondoskodnunk kell arról, hogy biztosan csak a marsi anyagot vizsgáljuk, ne azt, amit a Földről szállítottunk. Úgy tűnik, az a legjobb megoldás, ha olyan vizsgálatokat tervezünk a Marson, amelyek több méréssel kontrollálhatók, hogy kizárhassuk a földi szennyezést. Ez általában nem könnyű, de ha bonyolult szerves molekulákat, fehérjéket vagy akár, mondjuk, DNS-t keresünk, nincs nehéz dolgunk, mert ha olyan bonyolult, biogén eredetű molekulákat mutatunk ki a Marson, amilyeneket ismerünk a Földről, akkor azok jó eséllyel a Földről származnak.
OM: A felszínformálódás és az élet szempontjából is fontos kérdés lehet a marsi víz megjelenése.
KÁ: „Benne vagyunk” a Mars-szonda másik részében is, egy svédek vezette konzorciumban. A Marson éjszaka, amikor erősen lecsökken a hőmérséklet, és a nagyon ritka légkör majdnem túltelített lesz vízgőzzel, az erősen higroszkópos ásványok felületén mikroszkopikus mennyiségű víz válhat ki. Több, egymástól független megfigyelés már utalt erre, de még senki sem bizonyította, hogy mikroszkopikus mennyiségű folyékony víz van a Marson. A szondán egy gyufaskatulyányi műszer is leszáll majd, de nem vándorol a roverrel, hanem minden éjszaka méri, hogy csapódott-e ki víz az ásványokra (az elektromos ellenállás változásából tud erre következtetni).
Az ExoMars-küldetés fő célja mégis a fúrás. Ez lesz az első rover, amelyik két méterig hatol le. Ezért az üledékek vizsgálata a legfontosabb.
A projekttel szeretnénk példát mutatni arra, hogy a planetáris analógia – más égitestek földi kapcsolódási pontjainak a vizsgálata – nemcsak azt jelenti, hogy sivatagba vagy sarkvidékre kell mennünk például a Mars esetében. Megfelelő műszerekkel és módszerekkel akár Magyarországon is végezhetők analógiás vizsgálatok. A magyar földtudós közösség igenis képes olyan ismereteket, módszertani felismeréseket adni az űrtudomány számára, amelyek akár a marsi, akár egyéb égitestekről származó minták elemezésében, interpretálásában hasznosíthatók.
Silberer Vera
2016. február