Στον κόσμο της πλανητικής επιστήμης, μια αποστολή δεκαετίας θεωρείται φιλόδοξη. Η JAXA, η διαστημική υπηρεσία της Ιαπωνίας, ζυγίζει τώρα κάτι πολύ πιο τολμηρό: μια αποστολή δείγματος επιστροφής που δεν θα παρέδιδε το φορτίο της μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 2040, περισσότερα από 22 χρόνια από τα πρώτα στάδια σχεδιασμού. Η προτεινόμενη αποστολή της επόμενης γενιάς Small-Body Return (NGSR) στον κομήτη 289P/Blanpain θα ήταν, οπωσδήποτε, μία από τις μακροχρόνιες εκστρατείες δειγμάτων επιστροφής που επιχειρήθηκαν ποτέ. Και αυτό το χρονοδιάγραμμα δεν είναι ένα σφάλμα στο σχεδιασμό της αποστολής – είναι ένα χαρακτηριστικό που αποκαλύπτει μια θεμελιώδη ένταση στον τρόπο με τον οποίο η ανθρωπότητα χρηματοδοτεί την επιστήμη της προέλευσής της.
Οι επιστήμονες που αρχίζουν να εργάζονται στο NGSR ως μεταδιδακτορικοί θα μπορούσαν να είναι ανώτεροι καθηγητές μέχρι να φτάσουν τα δείγματα. Οι μηχανικοί που σχεδίασαν το διαστημόπλοιο μπορεί να έχουν αποσυρθεί πριν ολοκληρώσει το έργο του. Σε ένα περιβάλλον πολιτικής χρηματοδότησης που ανταμείβει γρήγορες νίκες και ορατά ορόσημα, η JAXA ζητά από την κυβέρνησή της «και δυνητικά διεθνείς εταίρους» να στοιχηματίσουν μια γενιά στην παγωμένη σκόνη κομήτη. Το ερώτημα δεν είναι μόνο αν η επιστήμη δικαιολογεί την αποστολή. Είναι αν η δομή χρηματοδότησης οποιασδήποτε διαστημικής υπηρεσίας μπορεί να διατηρήσει τη θεσμική υπομονή που απαιτεί μια αποστολή σαν αυτή.
Γιατί ένας κομήτης και γιατί αυτός
Η επιστημονική υπόθεση αυτής της υπομονής είναι, ομολογουμένως, επιτακτική. Οι αποστολές επιστροφής δειγμάτων αστεροειδών έχουν ήδη αποδείξει την αξία τους – το Hayabusa2 της JAXA επέστρεψε υλικό από τον αστεροειδή Ryugu και το OSIRIS-REx της NASA παρέδωσε δείγματα από τον αστεροειδή Bennu. Αλλά αστεροειδείς όπως αυτοί έχουν ψηθεί από την ηλιακή ακτινοβολία και έχουν αναμορφωθεί από συγκρούσεις για δισεκατομμύρια επιφάνειες μακροχρόνια. Σχηματίστηκαν στο εξωτερικό τμήμα του πρωτοπλανητικού δίσκου, όπου οι θερμοκρασίες ήταν αρκετά χαμηλές για να διατηρήσουν τους πτητικούς πάγους, τα οργανικά μόρια και τους κόκκους ορυκτών που προϋπήρχαν του ίδιου του ηλιακού συστήματος.
«Τα κομητατικά υλικά είναι το πιο κοντινό πράγμα που έχουμε σε μια χρονοκάψουλα από τη γέννηση του ηλιακού συστήματος», είπε ο Δρ Michael Zolensky, κοσμικός ορυκτολόγος στο Διαστημικό Κέντρο Τζόνσον της NASA, ο οποίος έχει εργαστεί σε πολλαπλές αναλύσεις επιστροφής δειγμάτων. “Τα δείγματα αστεροειδών έχουν μεταμορφωθεί, αλλά έχουν υποστεί θερμική και υδατική επεξεργασία. Ένα κρυογονικά διατηρημένο δείγμα κομήτη θα ήταν ένα θεμελιωδώς διαφορετικό είδος απόδειξης.»
Αλλά οι περισσότεροι κομήτες είναι επικίνδυνοι να προσεγγιστούν. Οι ενεργοί κομήτες εκτοξεύουν ρεύματα αερίου και σκόνης που δημιουργούν απρόβλεπτα περιβάλλοντα για τα διαστημόπλοια. Αυτό κάνει το 289P/Blanpain έναν ασυνήθιστα ελκυστικό στόχο.
Αυτός ο κομήτης έχει μια περίεργη ιστορία. Οι αναφορές δείχνουν ότι παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στις αρχές του 19ου αιώνα, στη συνέχεια χάθηκε για σχεδόν δύο αιώνες πριν ανακαλυφθεί ξανά στις αρχές του 2000. Την εποχή της εκ νέου ανακάλυψής του, αρχικά είχε ταξινομηθεί ως αστεροειδής κοντά στη Γη, επειδή δεν παρουσίαζε σχεδόν καμία κομητική δραστηριότητα. Μόνο μετά από ένα απροσδόκητο ξέσπασμα επιβεβαιώθηκε ως κομήτης.
Με εκτιμώμενη ακτίνα περίπου 160 μέτρων και πολύ χαμηλή παραγωγή αερίου και σκόνης, ο 289P/Blanpain συμπεριφέρεται περισσότερο σαν αδρανής κομήτης παρά σαν ενεργός. Αυτό καθιστά τις λειτουργίες εγγύτητας πολύ πιο ασφαλείς από ό,τι θα ήταν κοντά σε έναν τυπικό κομήτη που εκτοξεύει υλικό στο διάστημα. Οι μηχανικοί της JAXA μπορούν να σχεδιάσουν ακολουθίες προσέγγισης και δειγματοληψίας χωρίς να χρειάζεται να λάβουν υπόψη το είδος του χαοτικού περιβάλλοντος συντριμμιών που θα απειλούσε ένα διαστημόπλοιο κοντά σε έναν πιο έντονο στόχο.
The Mission Architecture – Και το ρολόι που ξεκινά
Σύμφωνα με εκτιμήσεις αποστολής, το NGSR θεωρείται ως αποστολή μεγάλης κλάσης για τη δεκαετία του 2030. Το προγραμματισμένο χρονοδιάγραμμα είναι σκόπιμο και μακρύ: εκτόξευση στα μέσα της δεκαετίας του 2030, άφιξη στον κομήτη αρκετά χρόνια αργότερα, περίπου 1,5 χρόνο επιχειρήσεων εγγύτητας και αξιολόγησης επιφάνειας και επιστροφή δείγματος στη Γη στα τέλη της δεκαετίας του 2040.
Αυτό το χρονοδιάγραμμα δεν είναι απλώς μια αντανάκλαση της τροχιακής μηχανικής. Είναι μια αντανάκλαση της φιλοδοξίας. Η JAXA σχεδιάζει να δαπανήσει ένα σημαντικό μέρος της αποστολής χαρακτηρίζοντας την επιφάνεια του κομήτη προτού επιχειρήσει να συλλέξει υλικό – το είδος της μεθοδικής προσέγγισης που μεγιστοποιεί την επιστημονική απόδοση αλλά επεκτείνει κάθε θεσμική δέσμευση στα όριά της.
Η στρατηγική δειγματοληψίας περιλαμβάνει μια τεχνική που έχει χρησιμοποιήσει η JAXA στο παρελθόν σε διαφορετική μορφή. Το διαστημικό σκάφος θα αναπτύξει ένα Small Carry-on Impactor για να ανατινάξει έναν κρατήρα στην επιφάνεια του κομήτη, εκθέτοντας τον υπόγειο πάγο και τη σκόνη που έχουν θωρακιστεί από την ηλιακή ακτινοβολία. Αυτό απηχεί την προσέγγιση που χρησιμοποιήθηκε από το Hayabusa2 στον αστεροειδή Ryugu, όπου ένα κρουστικό κρουστικό δημιούργησε έναν τεχνητό κρατήρα για πρόσβαση σε υλικό κάτω από το ξεπερασμένο εξωτερικό στρώμα.
Αλλά η αποστολή NGSR προσθέτει ένα επίπεδο πολυπλοκότητας που δεν αντιμετώπισε το Hayabusa2. Τα δείγματα που συλλέγονται πρέπει να διατηρούνται κρύα. Πτητικές ενώσεις, οργανικά μόρια και πάγοι που καθιστούν τα δείγματα κομήτων επιστημονικά πολύτιμα θα καταστραφούν ή θα αλλοιωθούν αν αφεθούν να ζεσταθούν. Η JAXA σχεδιάζει να αναλύσει δείγματα επί τόπου χρησιμοποιώντας εξειδικευμένη φασματομετρία μάζας, να στεγνώσει με κατάψυξη ένα τμήμα και να επιστρέψει το υλικό σε κρυογονικές συνθήκες σε μια ειδική εγκατάσταση καθαρού δωματίου στη Γη. Αυτή η κρυογονική αλυσίδα «που διατηρείται για χρόνια διαστημικών πτήσεων και ατμοσφαιρικής επανεισόδου» είναι από μόνη της μια τεχνική πρόκληση χωρίς πραγματικό προηγούμενο στο ιστορικό επιστροφών δειγμάτων.
Τι θα μπορούσαν να αποκαλύψουν τα δείγματα
Το NGSR έχει δύο δηλωμένους επιστημονικούς στόχους. Το πρώτο είναι η κατανόηση του προηλιακού υλικού και της διαστρικής χημείας. Μερικοί από τους κόκκους που είναι ενσωματωμένοι σε κομήτες σχηματίστηκαν πριν το ηλιακό σύστημα συγχωνευθεί από το μητρικό μοριακό του νέφος. Η ανάλυση δειγμάτων αστεροειδών έχει ήδη ρίξει φως στην προέλευση του εξωτερικού ηλιακού συστήματος, αλλά το κομητητικό υλικό θα μπορούσε να ωθήσει αυτή την κατανόηση ακόμη πιο πίσω στο χρόνο.
Ο δεύτερος στόχος αφορά τους μηχανισμούς σχηματισμού πλανητών. Η σύνθεση και η δομή του κομήτα πάγου και σκόνης μπορεί να πει στους επιστήμονες για τις συνθήκες στον εξωτερικό πρωτοπλανητικό δίσκο, τις διαβαθμίσεις θερμοκρασίας που υπήρχαν και τις διαδικασίες με τις οποίες τα μικρά σώματα συσσωρεύονται σε μεγαλύτερα.
Υπάρχει επίσης ένα πιο εικαστικό αλλά επιστημονικά φορτισμένο ερώτημα που διακυβεύεται. Εάν η αποστολή βρει προηλιακά οργανικά υλικά κάτω από την επιφάνεια του κομήτη, θα παρείχε άμεσες ενδείξεις ότι χημικοί πρόδρομοι για τη ζωή παραδόθηκαν από το διαστρικό διάστημα. Ορισμένοι ανθρακούχοι μετεωρίτες περιέχουν ήδη οργανική ύλη, συμπεριλαμβανομένων αμινοξέων. Αλλά οι μετεωρίτες είναι θραύσματα που έχουν θερμανθεί και συγκλονιστεί κατά την ατμοσφαιρική είσοδο. Τα κρυογονικά διατηρημένα δείγματα κομήτη θα ήταν εντελώς διαφορετική κατηγορία στοιχείων.
Το πρόβλημα χρηματοδότησης που καθορίζει την αποστολή
Η JAXA έχει κερδίσει αξιοπιστία σε αυτόν τον τομέα. Η αρχική αποστολή Hayabusa επέστρεψε δείγματα από έναν αστεροειδή το 2010, παρά τον καταρράκτη τεχνικών αστοχιών που σχεδόν καταδίκασαν το διαστημόπλοιο. Το Hayabusa2 απέδωσε άψογα συγκριτικά, παρέχοντας δείγματα από τον αστεροειδή Ryugu που έκτοτε έχουν δώσει μια σταθερή ροή επιστημονικών αποτελεσμάτων. Ο οργανισμός σχεδιάζει επίσης την αποστολή Martian Moons Exploration (MMX) για να επισκεφθεί τον Φόβο και τον Δείμο, επεκτείνοντας περαιτέρω το χαρτοφυλάκιό του με αποστολές μικρού σώματος.
Αλλά το NGSR θα αντιπροσώπευε την πιο φιλόδοξη είσοδο σε αυτό το χαρτοφυλάκιο με σημαντικό περιθώριο – και η ιστορία των διαστημικών αποστολών πολλών δεκαετιών είναι γεμάτη με προειδοποιητικές ιστορίες. Η εμπειρία της NASA είναι διδακτική: το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, που αρχικά προβλεπόταν να κοστίσει 1 δισεκατομμύριο δολάρια και κόστισε το 2007, εκτοξεύτηκε 10 δισεκατομμύρια δολάρια. Η εκστρατεία επιστροφής, που κάποτε υπολογιζόταν σε 5,3 δισεκατομμύρια δολάρια, είδε το προβλεπόμενο κόστος να ξεπεράσει τα 11 δισεκατομμύρια δολάρια πριν η NASA αναγκαστεί να αναδιαρθρώσει ολόκληρο το πρόγραμμα το 2024. Το ρόβερ ExoMars της ESA υπέμεινε πάνω από μια δεκαετία καθυστερήσεων, επανασχεδιασμού και αλλαγών συνεργασίας προτού εξασφαλιστεί η πορεία του προς τα εμπρός.
«Το πιο δύσκολο μέρος μιας 20ετούς αποστολής δεν είναι η μηχανική – είναι η πολιτική οικονομία», είπε ο Δρ. John Logsdon, ομότιμος καθηγητής στο Ινστιτούτο Διαστημικής Πολιτικής του Πανεπιστημίου George Washington.
Ο διαστημικός προϋπολογισμός της Ιαπωνίας είναι ένα κλάσμα του προϋπολογισμού της NASA – περίπου 3,5 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως σε σύγκριση με τα 25 δισεκατομμύρια δολάρια της NASA. Η JAXA έχει αντισταθμίσει ιστορικά μικρότερους προϋπολογισμούς με έξυπνη μηχανική και εστιασμένο σχεδιασμό αποστολής. Ο χειρισμός δειγμάτων, το πολυετές προφίλ πτήσης, η ανάπτυξη κρουστικού εκκρεμούς και η αποκλειστική εγκατάσταση καθαρού δωματίου, θα ωθούσαν τα όρια του τι μπορεί να επιτύχει μόνος ένας λιτός οργανισμός.
Οι διεθνείς συνεργασίες θα μπορούσαν να γίνουν απαραίτητες – όχι μόνο επιστημονικά επιθυμητές, αλλά δομικά απαραίτητες για την κατανομή του κόστους και τις δεσμεύσεις πέρα από τα σύνορα. Η συμμετοχή της NASA στην αποστολή MMX της JAXA και οι αμοιβαίες συμφωνίες ανταλλαγής δειγμάτων μεταξύ των φορέων προσφέρουν ένα πρότυπο. δικαιώματα, οι προτεραιότητες μέσων και η κατανομή δειγμάτων στις εθνικές γραφειοκρατίες προσθέτουν χρόνια διπλωματικών εξόδων σε ένα ήδη μακρύ χρονοδιάγραμμα.
Η επιστημονική κοινότητα από την πλευρά της εμφανίζεται πρόθυμη για τη συνεργασία. «Ένα δείγμα κομήτη που διατηρείται σε κρυογονικές θερμοκρασίες θα ήταν το πιο περιζήτητο υλικό στην πλανητική επιστήμη», είπε η Δρ Σάρα Ράσελ, πλανητολόγος στο Μουσείο Φυσικής Ιστορίας του Λονδίνου που έχει συμμετάσχει στην ανάλυση δειγμάτων Hayabusa2 και OSIRIS-REx. “Κάθε μεγάλο εργαστήριο στον κόσμο θα ήθελε ένα κομμάτι από αυτό. Αυτό είναι ένα ισχυρό κίνητρο για διεθνή κατανομή κόστους.â€
Ένα μακρύ στοίχημα σε θεμελιώδεις ερωτήσεις
Η αποστολή NGSR, αν περάσει από την αξιολόγηση στην έγκριση, θα ήταν ένα έργο γενεών. Και αυτό αναγκάζει ένα ερώτημα που εκτείνεται πολύ πέρα από το διαστημικό πρόγραμμα της Ιαπωνίας: καθώς τα επιστημονικά ερωτήματα που έχουν μεγαλύτερη σημασία απαιτούν ολοένα και περισσότερο χρονοδιαγράμματα μετρημένα σε δεκαετίες, είναι τα υπάρχοντα μοντέλα χρηματοδότησης ικανά να τα υποστηρίξουν;
Η σωματιδιακή φυσική αντιμετώπισε μια εκδοχή αυτού του ερωτήματος με τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, ο οποίος χρειάστηκε 25 χρόνια από τη σύλληψη μέχρι την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs. Η έρευνα για την ενέργεια σύντηξης έχει καταπιαστεί με αυτήν για ακόμη περισσότερο. Η πλανητική επιστήμη εισέρχεται τώρα στην ίδια περιοχή. Μια αποστολή πολλών δεκαετιών για την ανάκτηση παγωμένης σκόνης κομήτη δεν είναι το είδος του προγράμματος που δημιουργεί γρήγορες πολιτικές νίκες. Αλλά τα ερωτήματα που θέτει – σχετικά με το από πού προήλθαν τα δομικά στοιχεία της ζωής και πώς συναρμολογούνται τα πλανητικά συστήματα – βρίσκονται στο επίκεντρο του γιατί υπάρχουν οι διαστημικές υπηρεσίες.
Το στοίχημα της JAXA είναι ότι η επιστημονική φιλοδοξία μπορεί, με την πάροδο του χρόνου, να δημιουργήσει τη δική της πολιτική αντοχή. Η δραματική επιστροφή του Hayabusa, με τη θερμική ασπίδα του να φλέγεται πάνω από την αυστραλιανή περιοχή, αιχμαλώτισε τη φαντασία του κοινού στην Ιαπωνία με τρόπους που συνέχισαν την υποστήριξη για το Hayabusa2. Εάν εγκριθεί το NGSR, ο οργανισμός θα πρέπει να βρει τρόπους να διατηρήσει αυτή την αφήγηση για δύο δεκαετίες – μέσω ορόσημων, μέσω ενδιάμεσων επιστημονικών αποτελεσμάτων, μέσω της αργής συσσώρευσης δημόσιων επενδύσεων σε μια αποστολή που δεν θα αποδώσει πλήρως μέχρι τα μέσα του αιώνα.
Η επιλογή του 289P/Blanpain είναι από μόνη της ένα μικρό μάθημα επιστημονικής ευκαιρίας. Ένας κομήτης χαμένος για σχεδόν δύο αιώνες, παρερμηνευόμενος με αστεροειδή, που επιβεβαιώθηκε μόνο από ένα τυχερό ξέσπασμα. Τώρα μπορεί να γίνει στόχος μιας από τις πιο φιλόδοξες αποστολές επιστροφής δείγματος που επιχειρήθηκε ποτέ. Το ηλιακό σύστημα έχει έναν τρόπο να κρύβει τα πιο ενδιαφέροντα αντικείμενά του σε κοινή θέα. Το πιο δύσκολο ερώτημα είναι εάν τα θεσμικά μας όργανα έχουν την υπομονή να τα ανακτήσουν.
Φωτογραφία του Enrico Bellodi στο Pexels
