Nous vivons à l'âge d'or des missions de retour d'échantillons

Une illustration du rover Perseverance de la NASA à la surface de Mars. NASA/JPL-Caltech

Observer les roches spatiales de loin, c'est très bien, mais il faut parfois s'approcher.

Les plus grandes questions de la science spatiale - comment le système solaire s'est formé, comment il a conduit à la vie sur Terre et s'il y a déjà eu de la vie sur d'autres mondes voisins - ne peuvent vraiment être résolues qu'avec une étude directe des matériaux de ces mondes. Et cela signifie saisir un échantillon pour étudier à la maison sur Terre. Vous ne pouvez pas modéliser beaucoup, dit Tanja Bosak, géobiologiste au MIT. Les échantillons nous aident à tester et à valider la façon dont nous pensons que l'univers fonctionne.

L'année 2020 s'est avérée être une année importante pour les missions dites de retour d'échantillons. La mission OSIRIS-REx de la NASA a atterri avec succès sur l'astéroïde Bennu et a encaissé une somme débordante de matière à ramener sur Terre. Il commencera le voyage en mai. En décembre, la mission japonaise Hayabusa2 finalement ramené échantillons de l'astéroïde Ryugu. Plus tard ce mois-là, la Chine a livré le premier nouveau lot de roches lunaires depuis plus de 45 ans .

Les missions de retour d'échantillons les plus excitantes sont encore à venir. En quelques semaines, le Perseverance Rover, lancé l'année dernière , atterrira sur Mars pour explorer le paysage à la recherche de preuves de la vie ancienne (ou actuelle), ce qui comprend le forage et le stockage d'échantillons pour un retour sur Terre à une date ultérieure. La Chine devrait effectuer une autre livraison de roches lunaires sur Terre en 2023 avec Chang'e 6. La Russie fera de même avec Luna 28 en 2027. La Russie et la Chine devraient tenter des missions de retour d'échantillons vers Mars avant la fin de la décennie. . La mission japonaise Martian Moons Exploration (MMX), lancée en 2024, visitera la lune martienne Phobos avec des plans pour collecter des matériaux à la surface et les ramener sur Terre en 2029. La Chine est ruminant un exemple de mission de retour sur la planète naine Cérès. Et les possibles détection de phosphine dans l'atmosphère de Vénus (lequel est encore en cours de confirmation par plusieurs groupes ) amène des scientifiques et des ingénieurs à réfléchir à ce à quoi pourrait ressembler une mission potentielle sur la planète jaune.

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Alors, qu'est-ce qui rend possible cet âge d'or des missions de retour d'échantillons ? Les lancements sont moins chers, tout comme le matériel utilisé pour construire les sondes et les atterrisseurs. Des instruments comme les spectromètres, qui peuvent identifier la présence de différents éléments et composés, sont plus petits et plus résistants, et consomment beaucoup moins d'énergie. le technologie autonome utilisé pour naviguer dans ces mondes s'est considérablement amélioré - OSIRIS-REx en particulier a bénéficié du fait que le système de suivi des caractéristiques naturelles (NFT) à bord fournit une cartographie en temps réel de la surface pour protéger la sonde des rochers dangereux de Bennu. NFT est sur le point d'aider les futures missions robotiques à se dérouler en douceur et en toute sécurité, qu'il s'agisse de retour d'échantillons ou autre.

Les ingénieurs proposent également de nouvelles idées sur la manière de collecter et de stocker ces échantillons. La persévérance va à l'ancienne avec un kit de forage pour recueillir des noyaux de roche intacts du sol. OSIRIS-REx a mis au point un système de collecte tactile en forme de pogo stick qui a fait descendre le vaisseau spatial pendant quelques secondes au large de Bennu et a utilisé de l'air comprimé pour envoyer de petits gravats dans le conteneur de collecte. Haybausa2 a littéralement tiré des balles sur Ryugu. MMX utilisera des pneumatiques simples pour collecter les matériaux sableux de Phobos.

Pour une mission Vénus, les scientifiques ont envisagé un vaisseau spatial qui peut plonger dans l'atmosphère et mettre du gaz . Technologies cryogéniques permettra un meilleur stockage des volatiles extraterrestres —ou des éléments congelés qui peuvent être vaporisés. Fondamentalement, chaque monde a un environnement unique et un ensemble de circonstances qui dictent la meilleure approche pour la collecte d'échantillons, et nos technologies sont enfin au point où les méthodes d'échantillonnage qui semblaient autrefois trop difficiles ou difficiles sont raisonnables.

Ce ne sont pas des enquêtes que vous pouvez faire avec une simple sonde au sol. Il n'y a tout simplement pas de substitut aux types d'investigations que vous pouvez mener avec des équipements de laboratoire ici sur Terre. Supposons que nous ayons trouvé des preuves d'ADN sur Mars - Persévérance n'a aucun moyen de le séquencer, et pour l'instant, aucune sonde martienne ne pourrait être équipée de l'équipement nécessaire pour le faire. Si nous voulions étudier des échantillons de roche pour comprendre l'histoire du champ magnétique de Mars, un rover n'a tout simplement pas la capacité d'effectuer ce genre de tests.

Du papier à la pratique

Alors, comment une mission de retour d'échantillon passe-t-elle exactement de l'idée à l'exécution ? Pour un exemple de mission de retour, il s'agit d'accessibilité pour s'y rendre et d'accessibilité pour revenir, explique Richard Binzel, astronome du MIT et co-investigateur d'OSIRIS-REx.

Certaines destinations comme la lune et Mars ont toujours été au premier plan des préoccupations des planétologues, d'autant plus que nous en avons appris davantage sur l'histoire de l'eau sur les deux corps. Mais au-delà de ces lieux, les retours d'échantillons sont plus difficiles à justifier.

De l'avis de Binzel, les retours d'échantillons sont encore trop difficiles à obtenir pour toutes les questions, sauf les plus importantes. Celles-ci tournent autour des origines du système solaire et de la chimie qui a conduit à la vie sur Terre. Jusqu'où pouvons-nous remonter et obtenir une capsule temporelle du début de tout ce qui est la Terre et nous ? il dit. Tout tourne autour des volatils. Dans le contexte de la science planétaire, cela peut signifier de la glace d'eau, ou de l'azote, du dioxyde de carbone, de l'ammoniac, de l'hydrogène, du méthane, du dioxyde de soufre - les ingrédients de la vie. S'il n'y a pas de volatils - et donc aucune indication n'était autrefois habitable ou pourrait encore l'être - une mission de retour d'échantillon semble hautement improbable.

Une fois la cible sélectionnée, cependant, les ingénieurs prennent le relais pour déterminer la meilleure façon de collecter l'échantillon et de le rapporter. À partir de là, les scientifiques doivent simplement jouer les cartes qui leur sont distribuées et espérer que le matériel qui revient est suffisamment adapté pour être étudié.

Les gains peuvent être énormes. Entre 1969 et 1972, les astronautes d'Apollo ont ramené 842 livres de roches lunaires. Plus de 50 ans plus tard, les gens les étudient toujours et publient des articles détaillant de nouvelles idées. Nous réanalysons et remesurons et utilisons des techniques nouvellement développées pour examiner les échantillons, et nous posons de nouvelles questions, dit Bosak. C'est le cadeau qui continue à donner.

Le fait que ces échantillons puissent être transmis de génération en génération, dans lesquels les futurs scientifiques peuvent utiliser de nouvelles technologies et connaissances pour affiner leurs recherches et répondre à des questions auxquelles personne n'a encore pensé, signifie qu'il existe un héritage puissant qui vaut la peine d'être poursuivi. Lorsque Perseverance descendra sur Mars et visitera Jezero Crater ce mois-ci, il collectera du matériel que les scientifiques sur Terre étudieront pendant des décennies, peut-être des centaines d'années.

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