NASA, tillsammans med Europeiska rymdorganisationen, utvecklar en kampanj för att återföra marsproverna till jorden.

Den 1 september NASA:s Perseverance-rover vecklade ut sin arm, placerade en borr på Mars yta, och borrade cirka 2 tum, eller 6 centimeter, ner för att utvinna en bergkärna. Rovern förseglade senare bergkärnan i sitt rör. Denna historiska händelse markerade första gången en rymdfarkost packade ihop ett stenprov från en annan planet som skulle kunna återföras till jorden av framtida rymdfarkoster.

Mars Sample Return är en fleruppdragskampanj utformad för att hämta de kärnor som Perseverance kommer att samla in under de kommande åren. För närvarande i konceptdesign- och teknikutvecklingsfasen, Kampanjen är en av de mest ambitiösa ansträngningarna i rymdfärdshistorien, involverar flera rymdfarkoster, flera lanseringar, och dussintals statliga myndigheter.

"Att returnera ett prov från Mars har varit en prioritet för planetarisk vetenskapsgemenskap sedan 1980-talet, och den potentiella möjligheten att äntligen förverkliga detta mål har släppt lös en ström av kreativitet, sa Michael Meyer, ledande forskare för NASA:s Mars Exploration Program baserat vid NASA:s högkvarter i Washington.

Fördelen med att analysera prover tillbaka på jorden – snarare än att tilldela uppgiften till en rover på Mars-ytan – är att forskare kan använda många typer av banbrytande labbtekniker som är för stora och för komplexa för att skickas till Mars. Och de kan göra analyser mycket snabbare i labbet samtidigt som de ger mycket mer information om huruvida liv någonsin funnits på Mars.

"Jag har drömt om att ha Mars-prover att analysera sedan jag var doktorand, sa Meenakshi Wadhwa, huvudforskare för Mars Sample Return-programmet, som förvaltas av NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien. "Insamlingen av dessa väldokumenterade prover kommer så småningom att tillåta oss att analysera dem i de bästa laboratorierna här på jorden när de väl har återlämnats."

Mars Sample Return skulle innebära flera första försök att lösa en öppen fråga:Har liv slagit rot någonstans i solsystemet förutom jorden? "Jag har arbetat hela min karriär för möjligheten att svara på den här frågan, sa Daniel Glavin, en astrobiolog från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Glavin hjälper till att designa system för att skydda Mars-proverna från kontaminering under hela deras resa från Mars till jorden.

Utvecklas i samarbete med ESA (Europeiska rymdorganisationen), Mars Sample Return skulle kräva autonom uppskjutning av en raket full av värdefull utomjordisk last från Mars yta. Ingenjörer skulle behöva se till att raketens bana är i linje med den för en rymdfarkost som kretsar kring Mars så att provkapseln kan överföras till orbitern. Orbitaren skulle sedan returnera provkapseln till jorden, där forskare skulle vänta på att säkert innesluta det innan det transporteras till en säker anläggning för biologiska risker, en som är under utveckling nu.

Innan vi tar prover från mars till jorden, forskare och ingenjörer måste övervinna flera utmaningar. Här är en titt på en:

Skydda jorden från Mars

Att hålla prover kemiskt orörda för rigorösa studier på jorden samtidigt som de utsätter sin förvaringsbehållare för extrema steriliseringsåtgärder för att säkerställa att inget farligt levereras till jorden är en uppgift som gör Mars Sample Return helt oöverträffad.

För miljarder år sedan kan den röda planeten ha haft en mysig miljö för livet som trivs i varma och våta förhållanden. Dock, det är högst osannolikt att NASA kommer att ta tillbaka prover med levande Mars-organismer, baserat på årtionden av data från orbiters, landare, och rovers på Mars. Istället, forskare hoppas kunna hitta fossiliserat organiskt material eller andra tecken på forntida mikrobiellt liv.

Trots den låga risken att föra något levande till jorden, en överflöd av försiktighet driver NASA att vidta betydande åtgärder för att säkerställa att marsproverna förblir säkert förseglade under hela resan. Efter att ha samlat bergkärnor i hela Jezero-kratern och placerat dem i rör gjorda mestadels av titan, en av världens starkaste metaller, Uthållighet försluter rören tätt för att förhindra oavsiktlig utsläpp av även de minsta partiklarna. Rören förvaras sedan i roverns mage tills NASA bestämmer tid och plats för att släppa dem på Mars-ytan.

En returkampanj för prover skulle inkludera en ESA-provhämtningsrover som skulle starta från jorden senare detta årtionde för att plocka upp dessa prover som samlats in av Perseverance. Ingenjörer vid NASA:s Glenn Research Center i Cleveland, Ohio, designar hjulen till apportrovern. Rovern skulle överföra prover till en landare, utvecklas vid JPL. En robotarm på landaren skulle packa proverna i spetsen av en raket som designas av NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama.

Raketen skulle leverera provkapseln till Mars omloppsbana, där en ESA orbiter skulle vänta på att ta emot den. Inuti orbiter, kapseln skulle förberedas för leverans till jorden av en nyttolast som utvecklades av ett team ledd av NASA Goddard. Denna förberedelse skulle innefatta att försegla provkapseln inuti en ren behållare för att fånga in allt material från mars. sterilisera förseglingen, och att använda en robotarm som utvecklas vid Goddard för att placera den förseglade behållaren i en jord-inträdeskapsel innan återresan till jorden.

En av de primära uppgifterna för NASA-ingenjörer är att ta reda på hur man försluter och steriliserar provbehållaren utan att utplåna viktiga kemiska signaturer i bergkärnorna inuti. Bland teknikerna som teamet för närvarande testar är lödning, som går ut på att smälta en metallegering till en vätska som i huvudsak limmar ihop metall. Hårdlödning kan försegla provbehållaren vid en temperatur som är tillräckligt hög för att sterilisera eventuellt damm som kan finnas kvar i skarven.

"Bland våra största tekniska utmaningar just nu är att tum bort från metall som smälter vid ungefär 1, 000 grader Fahrenheit (eller 538 grader Celsius) måste vi hålla dessa extraordinära Mars-prover under den hetaste temperaturen de kan ha upplevt på Mars, vilket är cirka 86 grader Fahrenheit (30 grader Celsius), sa Brendan Feehan, Goddards systemingenjör för systemet som ska fånga, innehålla, och leverera proverna till jorden ombord på ESA:s orbiter. "De första resultaten från testningen av vår hårdlödningslösning har bekräftat att vi är på rätt väg."

Noggrann design av Feehan och hans kollegor skulle tillåta värme att appliceras endast där det behövs för hårdlödning, begränsa värmeflödet till proverna. Dessutom, ingenjörer skulle kunna isolera proverna i ett material som absorberar värmen och sedan släpper ut den mycket långsamt, eller så kan de installera ledare som leder bort värmen från proverna.

Vilken teknik teamet än utvecklar kommer att vara avgörande inte bara för marsproverna, Glavin sa, men för framtida prov-returuppdrag till Europa eller Enceladus, "där vi kunde samla in och returnera färska havsplymprover som kan innehålla levande utomjordiska organismer. Så vi måste ta reda på det här."

NASA:s rigorösa ansträngningar för att eliminera risken för skadlig kontaminering av jorden dateras till det internationella yttre rymdfördraget från 1967, som uppmanar nationer att förhindra att himlakroppar kontamineras med organismer från jorden, och för att förhindra kontaminering av jorden genom returnerade prover. För att säkert återlämna ett marsprov till jorden, NASA samarbetar inte bara med ESA, men också med minst 19 amerikanska regeringsdepartement och myndigheter, inklusive U.S. Centers for Disease Control and Prevention och U.S.A. Department of Homeland Security.