En returkampanj för Mars-prover skulle föra tillbaka prover av den röda planeten till jorden för undersökning i de bästa terrestra laboratorierna – men att välja ut proverna och lagra dem på Mars för senare återkomst är bara en del av den omfattande kampanjen som planeras av uppdragsdesignerna och forskare.

En serie uppdrag som för närvarande planeras kommer att sätta en ny ribba för mänsklighetens tekniska landvinningar eftersom NASA och ESA strävar efter att ta tillbaka prover från Mars yta.

Kampanjen förutser tre uppskjutningar från jorden och en från Mars, två Mars-rovers och ett autonomt möte och dockning i Mars-banan – över 50 miljoner km från markkontroll.

Kampanjen för återlämnande av Mars-prover syftar till att ta tillbaka marsmaterial från Jezero-kratern som en gång höll en sjö och innehåller ett gammalt bevarat floddelta. Stenarna i området kommer att ha bevarad information om Mars långa och mångsidiga geologiska historia.

Sampling av Mars kommer att tillåta mänskligheten att dramatiskt utöka vår kunskap om vår grannplanet, dess geologi och klimathistoria.

Med ingenjörer i Europa och USA redo för utmaningen, forskare är ivriga att ta emot de första proverna från en annan planet och har redan börjat undersöka och förbereda hur de ska analysera det dyrbara, stenar, damm och gas när proverna återförs till jorden.

Inneslutning och kontamineringskontroll

En viktig fråga är hur man analyserar proverna samtidigt som man skyddar dem från kontaminering av jordens kemiska signaturer, och även att hålla dem i en säker innesluten miljö.

Vid ankomsten kommer proverna att gå i karantän ungefär som månstenarna som återvände till jorden på Apollo- och Luna Moon-uppdragen. Internationella riktlinjer för planetskydd revideras för att förbereda prover från mars, och få en uppdatering för att införliva mer modern teknik.

Karantän kommer att finnas i en provmottagningsanläggning, där proverna redan kommer att erbjuda en skattkammare av information för forskare redan innan de öppnas. Allt damm från mars som kan täcka utsidan av provrören kan analyseras och icke-invasiva tekniker som röntgenundersökningar kan köras, även på oöppnade rör.

Efter att provrören har öppnats, en förutbestämd uppsättning initiala mätningar kommer att generera en detaljerad katalog med information, vilket gör det möjligt för specialiserade vetenskapliga undersökningar att rikta in sig på specifika delar av proverna.

Meddelanden på flaska

"Provrören kommer att innehålla stenar från mars, damm och atmosfär, " säger Elliot Sefton-Nash, MSR Study Scientist från ESA:s Science Support Office, "Även om planen är att öppna rören i en innesluten och inert miljö, för några mätningar kommer klockan att ticka:till exempel, instängda gaser i provmaterialet kan börja blandas med sin omgivning, som skulle kunna modifiera Mars kemiska signaturer som vi vill mäta."

Att välja ordningen för att bearbeta den mängd mätningar som forskare vill göra är en huvudvärk av interplanetära proportioner. Proverna måste så småningom steriliseras enligt planetskyddsprotokollet, som kan kräva värme, strålning eller kemiska processer. Men själva steriliseringsproceduren kan ändra vissa prover från deras ursprungliga tillstånd, vilket betyder att vissa "steriliseringskänsliga" undersökningar måste göras i inneslutningen, innan sterilisering sker.

• 
• 

Den goda nyheten är att en nyligen publicerad publikation från Mars Sample Return Science Planning Group rapporterar att ungefär tre fjärdedelar av alla mätningar kan uppnås efter sterilisering.

Ordningen av efterföljande utredningar är viktig, eftersom vissa mätningar kommer att påverka andra. Vissa måste förstöra provmaterial för att få resultat, och alla mätningar kan inte göras på alla prover. Laboratoriet i sig kan vara en avgörande faktor - att mäta kol exakt kommer att kräva strikta kontroller av hur mycket kol som kan användas i laboratoriet, så ett helt metalllaboratorium kan behövas för att få giltiga resultat. Å andra sidan, ett metalllaboratorium skulle kontaminera prover för andra mätningar, så en noggrann balans behövs. Hur man säkerställer att den bästa vetenskapen görs på proverna i de bästa laboratorierna i världen – och i vilken ordning – är ett annat pussel.

Efter ESA:s Space19+-råd, där framtiden och omfattningen av ESA:s inblandning i Mars-provåterlämnandekampanjen kommer att avgöras, de deltagande organen (för närvarande NASA och ESA) i samverkan med vetenskaps- och teknikgemenskaperna, kommer att fortsätta lösa utmaningen hur man bäst gör upptäckter med prover som returneras från Mars.

"Mars provåterkomst skulle vara ett stort framsteg för Mars vetenskap och utforskningen av solsystemet, avslutar Sanjay Vijendran, ESA:s Mars-samordnare för återvändandekampanjer. "Proverna kommer i grunden att främja vår förståelse av Mars, historien om vårt solsystem, och kommer att hjälpa oss att planera för framtida prospekteringsuppdrag."