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Una misión de devolución de muestras es una misión de una nave espacial para recolectar y devolver muestras de una ubicación extraterrestre a la Tierra para su análisis. Las misiones de retorno de muestras pueden traer simplemente átomos y moléculas o un depósito de compuestos complejos como materiales sueltos y rocas. Estas muestras se pueden obtener de varias maneras, como excavación de suelo y roca o un conjunto de colectores utilizado para capturar partículas de viento solar o desechos cometarios. No obstante, se ha expresado la preocupación de que el regreso de tales muestras al planeta Tierra pueda poner en peligro a la Tierra misma. [1]
Hasta la fecha, se han recolectado muestras de roca lunar de la Luna de la Tierra mediante misiones robóticas y tripuladas; el cometa Wild 2 y los asteroides 25143 Itokawa , 162173 Ryugu y 101955 Bennu han sido visitados por naves espaciales robóticas que devolvieron muestras a la Tierra; y la misión robótica Génesis ha devuelto muestras del viento solar .
Además de las misiones de devolución de muestras, se han recogido por otros medios muestras de tres cuerpos no terrestres identificados: muestras de la Luna en forma de meteoritos lunares , muestras de Marte en forma de meteoritos marcianos y muestras de Vesta en el forma de meteoritos HED .
El 22 de noviembre de 2023, se informó que la NASA había recortado la misión de devolución de muestras a Marte debido a una posible escasez de fondos. [2]
Las muestras disponibles en la Tierra se pueden analizar en laboratorios , de modo que podamos ampliar nuestra comprensión y conocimiento como parte del descubrimiento y exploración del Sistema Solar . Hasta ahora, muchos descubrimientos científicos importantes sobre el Sistema Solar se realizaban de forma remota con telescopios , y algunos cuerpos del Sistema Solar eran visitados mediante naves espaciales en órbita o incluso alunizando con instrumentos capaces de realizar sensores remotos o analizar muestras. Si bien una investigación de este tipo del Sistema Solar es técnicamente más fácil que una misión de devolución de muestras, las herramientas científicas disponibles en la Tierra para estudiar dichas muestras son mucho más avanzadas y diversas que las que pueden ir en naves espaciales. Además, el análisis de muestras en la Tierra permite el seguimiento de cualquier hallazgo con diferentes herramientas, incluidas herramientas que pueden distinguir el material extraterrestre intrínseco de la contaminación terrestre, [3] y aquellas que aún no se han desarrollado; por el contrario, una nave espacial sólo puede transportar un conjunto limitado de herramientas analíticas, que deben elegirse y construirse mucho antes del lanzamiento.
Las muestras analizadas en la Tierra pueden compararse con los hallazgos de la teledetección para obtener más información sobre los procesos que formaron el Sistema Solar . Esto se hizo, por ejemplo, con los hallazgos de la nave espacial Dawn , que visitó el asteroide Vesta de 2011 a 2012 para obtener imágenes, y con muestras de meteoritos HED (recogidos en la Tierra hasta entonces), que se compararon con los datos recopilados por Dawn. [4] Estos meteoritos podrían luego identificarse como material expulsado del gran cráter de impacto Rheasilvia en Vesta. Esto permitió deducir la composición de la corteza, manto y núcleo de Vesta. De manera similar, algunas diferencias en la composición de los asteroides (y, en menor medida, en las diferentes composiciones de los cometas ) pueden discernirse únicamente mediante imágenes. Sin embargo, para un inventario más preciso del material de estos diferentes cuerpos, se recolectarán y devolverán más muestras en el futuro, para comparar sus composiciones con los datos recopilados a través de telescopios y espectroscopía astronómica .
Otro foco de esta investigación, además de la composición básica y la historia geológica de los distintos cuerpos del Sistema Solar, es la presencia de los componentes básicos de la vida en cometas, asteroides, Marte o las lunas de los gigantes gaseosos . Actualmente se están preparando varias misiones de devolución de muestras a asteroides y cometas. Más muestras de asteroides y cometas ayudarán a determinar si la vida se formó en el espacio y fue transportada a la Tierra por meteoritos. Otra cuestión que se está investigando es si se formó vida extraterrestre en otros cuerpos del Sistema Solar como Marte o en las lunas de los gigantes gaseosos , y si incluso podría existir vida allí. El resultado del último "Decadal Survey" de la NASA fue dar prioridad a una misión de retorno de muestras a Marte, ya que Marte tiene una importancia especial: está comparativamente "cerca", podría haber albergado vida en el pasado e incluso podría continuar sustentando vida. Europa , la luna de Júpiter , es otro foco importante en la búsqueda de vida en el Sistema Solar. Sin embargo, debido a la distancia y otras limitaciones, es posible que Europa no sea el objetivo de una misión de devolución de muestras en un futuro previsible.
La protección planetaria tiene como objetivo evitar la contaminación biológica tanto del cuerpo celeste objetivo como de la Tierra en el caso de misiones de devolución de muestras. El regreso de una muestra desde Marte u otro lugar con potencial para albergar vida es una misión de categoría V bajo COSPAR , que tiene como objetivo la contención de cualquier muestra no esterilizada devuelta a la Tierra. Esto se debe a que se desconoce cuáles serían los efectos que dicha hipotética vida tendría sobre los humanos o la biosfera de la Tierra. [5] Por esta razón, Carl Sagan y Joshua Lederberg argumentaron en la década de 1970 que deberíamos realizar misiones de retorno de muestras clasificadas como misiones de categoría V con extrema precaución, y estudios posteriores de la NRC y el ESF coincidieron. [5] [6] [7] [8] [9]
En julio de 1969, el Apolo 11 logró la primera devolución exitosa de una muestra de otro cuerpo del Sistema Solar cuando devolvió 22 kilogramos (49 libras) de material de la superficie lunar. A esto le siguieron 34 kilogramos (75 lb) de material y piezas del Surveyor 3 del Apolo 12 , 42,8 kilogramos (94 lb) de material del Apolo 14 , 76,7 kilogramos (169 lb) de material del Apolo 15 , 94,3 kilogramos (208 lb) de material del Apolo 16 , y 110,4 kilogramos (243 lb) de material del Apolo 17 . [ cita necesaria ] El programa Apolo en su conjunto devolvió más de 382 kg (842 lb) de rocas lunares y regolito , incluido el suelo lunar , al Laboratorio de Recepción Lunar en Houston . [10] [11] [12] Hoy en día, el 75% de las muestras se almacenan en el Laboratorio de Muestras Lunares construido en 1979. [13]
En 1970, la misión robótica soviética Luna 16 devolvió 101 gramos (3,6 oz) de suelo lunar, seguida por el retorno de Luna 20 de 55 gramos (1,9 oz) en 1974, y el retorno de Luna 24 de 170 gramos (6,0 oz). en 1976. Aunque recuperaron mucho menos que las misiones Apolo, lo hicieron de forma totalmente automática. Aparte de estos tres éxitos, otros intentos del programa Luna fracasaron. Las dos primeras misiones estaban destinadas a competir con el Apolo 11 y se llevaron a cabo poco antes, en junio y julio de 1969. Luna E-8-5 No. 402 falló en el lanzamiento y Luna 15 se estrelló en la Luna. Posteriormente, otras misiones de devolución de muestras fracasaron: Kosmos 300 y Kosmos 305 en 1969, Luna E-8-5 No. 405 en 1970, Luna E-8-5M No. 412 en 1975 tuvieron lanzamientos fallidos y Luna 18 en 1971 y Luna 23 en 1974 realizó aterrizajes fallidos en la Luna. [14]
En 1970, la Unión Soviética planeó una primera misión de retorno de muestras a Marte en 1975 en el proyecto Mars 5NM . Se planeó que esta misión utilizara un cohete N1 , pero este cohete nunca voló con éxito y la misión evolucionó hasta convertirse en el proyecto Mars 5M , que utilizaría un lanzamiento doble con el cohete Proton más pequeño y un ensamblaje en una estación espacial Salyut . Esta misión Mars 5M fue planeada para 1979, pero fue cancelada en 1977 debido a problemas técnicos y complejidad. [15]
El experimento Orbital Debris Collection (ODC) desplegado en la estación espacial Mir durante 18 meses entre 1996 y 1997 utilizó aerogel para capturar partículas de la órbita terrestre baja, incluido el polvo interplanetario y las partículas creadas por el hombre. [dieciséis]
La siguiente misión que devolvió muestras extraterrestres fue la misión Génesis , que devolvió muestras de viento solar a la Tierra desde más allá de la órbita terrestre en 2004. Desafortunadamente, la cápsula Génesis no pudo abrir su paracaídas al volver a entrar en la atmósfera terrestre y se estrelló en el estado de Utah. desierto. Se temía una contaminación grave o incluso la pérdida total de la misión, pero los científicos lograron salvar muchas de las muestras. Fueron los primeros en ser recolectados más allá de la órbita lunar. Génesis utilizó un conjunto colector hecho de obleas de silicio ultrapuro , oro , zafiro y diamante . Cada oblea diferente se utilizó para recolectar una parte diferente del viento solar . [17]
A Génesis le siguió la nave espacial Stardust de la NASA , que devolvió muestras del cometa a la Tierra el 15 de enero de 2006. Pasó con seguridad por el cometa Wild 2 y recogió muestras de polvo de la coma del cometa mientras tomaba imágenes del núcleo del cometa. Stardust utilizó un conjunto colector hecho de aerogel de baja densidad (el 99% del cual es espacio), que tiene aproximadamente 1/1000 de la densidad del vidrio. Esto permite la recolección de partículas cometarias sin dañarlas debido a las altas velocidades de impacto. Las colisiones de partículas con colectores sólidos, incluso ligeramente porosos, provocarían la destrucción de dichas partículas y daños al aparato colector. Durante el crucero, el conjunto recogió al menos siete partículas de polvo interestelar. [18]
En junio de 2010, la sonda Hayabusa de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) devolvió muestras de asteroides a la Tierra después de un encuentro (y un aterrizaje en) el asteroide tipo S 25143 Itokawa . En noviembre de 2010, los científicos de la agencia confirmaron que, a pesar del fallo del dispositivo de muestreo, la sonda recuperó microgramos de polvo del asteroide, el primero traído a la Tierra en perfectas condiciones. [19]
La rusa Fobos-Grunt fue una misión fallida de devolución de muestras diseñada para devolver muestras de Fobos , una de las lunas de Marte. Fue lanzado el 8 de noviembre de 2011, pero no logró abandonar la órbita terrestre y se estrelló después de varias semanas en el sur del Océano Pacífico. [20] [21]
La Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) lanzó la sonda espacial mejorada Hayabusa2 el 3 de diciembre de 2014. Hayabusa2 llegó al asteroide tipo C cercano a la Tierra 162173 Ryugu (anteriormente designado 1999 JU 3 ) el 27 de junio de 2018. [22 ] examinó el asteroide durante un año y medio y tomó muestras. Dejó el asteroide en noviembre de 2019 [23] [24] y regresó a la Tierra el 6 de diciembre de 2020. [25]
La misión OSIRIS-REx se lanzó en septiembre de 2016 con la misión de devolver muestras del asteroide 101955 Bennu . [26] [27] Se espera que las muestras permitan a los científicos aprender más sobre el tiempo anterior al nacimiento del Sistema Solar, las etapas iniciales de la formación de planetas y la fuente de compuestos orgánicos que llevaron a la formación de la vida. [28] Llegó a la proximidad de Bennu el 3 de diciembre de 2018, [29] donde comenzó a analizar su superficie en busca de un área de muestra objetivo durante los siguientes meses. Recogió su muestra el 20 de octubre de 2020, [30] [31] y aterrizó nuevamente en la Tierra el 24 de septiembre de 2023, lo que convirtió a Osiris Rex en la quinta misión exitosa de devolución de muestras para la humanidad, en su devolución de muestras de un cuerpo extraterrestre. [32] [33] [34] [35] Poco después de que el contenedor de muestra fuera recuperado y transferido a una "cámara hermética en el Centro Espacial Johnson en Houston, Texas", se abrió la tapa del contenedor. Los científicos comentaron que "encontraron polvo negro y escombros en la plataforma de aviónica del recipiente científico OSIRIS-REx" en la apertura inicial. Se planeó un estudio posterior. El 11 de octubre de 2023, se abrió la cápsula recuperada para revelar un "primer vistazo" al contenido de la muestra del asteroide. [36] [37] El 13 de diciembre de 2023, se informaron más estudios de la muestra devuelta y revelaron moléculas orgánicas , así como materiales desconocidos que requieren más estudios para tener una mejor idea de su composición y composición. [38] [39] El 13 de enero de 2024, la NASA informó que finalmente había abierto por completo, después de tres meses de intentos, el contenedor recuperado con muestras del asteroide Bennu. [40] [41] El peso total del material recuperado pesaba 121,6 g (4,29 oz), más del doble del objetivo de la misión. [42]
China lanzó la misión de retorno de muestras lunares Chang'e 5 el 23 de noviembre de 2020, que regresó a la Tierra con 2 kilogramos de suelo lunar el 16 de diciembre de 2020. [43] Fue el primer retorno de muestras lunares en más de 40 años. [44]
JAXA está desarrollando la misión MMX , una misión de retorno de muestras a Fobos que se lanzará en 2026. [45] MMX estudiará ambas lunas de Marte , pero el aterrizaje y la recolección de muestras serán en Fobos. Esta selección se hizo debido a las dos lunas, la órbita de Fobos está más cerca de Marte y su superficie puede tener partículas expulsadas de Marte. Por tanto, la muestra puede contener material procedente del propio Marte. [46] Se espera que un módulo de propulsión que transporte la muestra regrese a la Tierra en 2031. [45]
China planea lanzar la misión de retorno de muestras lunares Chang'e 6 en 2024. China también está planeando una misión llamada Tianwen-2 para devolver muestras de 469219 Kamoʻoalewa , cuyo lanzamiento está previsto para 2024. [47] China planea un retorno de muestras de Marte misión para 2030. [48] [49] Además, la Agencia Espacial China está diseñando una misión de recuperación de muestras de Ceres que tendría lugar durante la década de 2020. [50]
La NASA y la ESA llevan mucho tiempo planeando una misión de devolución de muestras a Marte . [51] El rover Perseverance , desplegado en 2020, está recolectando muestras de núcleos de perforación y escondiéndolas en la superficie de Marte. [52] Hasta septiembre de 2023, ha reunido una muestra atmosférica y 8 muestras de rocas ígneas, 11 muestras de rocas sedimentarias y un par de muestras de regolito. [53] Está prevista una misión conjunta NASA-ESA para devolverlas a principios de los años treinta, que consistirá en un módulo de aterrizaje para recuperar las muestras y ponerlas en órbita, y un orbitador para devolverlas a la Tierra. [54] En enero de 2024, un plan propuesto por la NASA había sido cuestionado debido a consideraciones de presupuesto y programación, y se había emprendido un plan de revisión más nuevo. [55]
Las misiones de devolución de muestras de cometas también siguen siendo una prioridad de la NASA. El retorno de muestras de la superficie del cometa fue uno de los seis temas de las propuestas para la cuarta misión Nuevas Fronteras de la NASA en 2017. [56]
Rusia tiene planes para que las misiones Luna-Glob devuelvan muestras de la Luna para 2027 y Mars-Grunt devuelva muestras de Marte a finales de la década de 2020. [ cita necesaria ]
Los métodos de devolución de muestras incluyen, entre otros, los siguientes:
Se puede utilizar una matriz colectora para recolectar millones o miles de millones de átomos, moléculas y partículas finas mediante el uso de obleas hechas de diferentes elementos. La estructura molecular de estas obleas permite la recogida de partículas de varios tamaños. Los conjuntos de colectores, como los que se encuentran en el Génesis , son ultrapuros para garantizar la máxima eficiencia de recolección, durabilidad y distinción analítica.
Los conjuntos de colectores son útiles para recolectar átomos diminutos y de rápido movimiento, como los expulsados por el Sol a través del viento solar, pero también pueden usarse para recolectar partículas más grandes, como las que se encuentran en la coma de un cometa. La nave espacial de la NASA conocida como Stardust implementó esta técnica. Sin embargo, debido a las altas velocidades y el tamaño de las partículas que componen la coma y el área cercana, una densa matriz de colectores de estado sólido no era viable. Como resultado, fue necesario diseñar otro medio para recolectar muestras para preservar la seguridad de la nave espacial y de las propias muestras.
El aerogel es un sólido poroso a base de sílice con una estructura similar a una esponja, el 99,8% de cuyo volumen es espacio vacío. El aerogel tiene aproximadamente 1/1000 de la densidad del vidrio. En la nave espacial Stardust se utilizó un aerogel porque las partículas de polvo que debía recoger la nave tendrían una velocidad de impacto de unos 6 km/s. Una colisión con un sólido denso a esa velocidad podría alterar su composición química o vaporizarlos por completo. [57]
Dado que el aerogel es en su mayor parte transparente y las partículas dejan un camino en forma de zanahoria una vez que penetran en la superficie, los científicos pueden encontrarlas y recuperarlas fácilmente. Dado que sus poros son de escala nanométrica , las partículas, incluso las más pequeñas que un grano de arena, no atraviesan completamente el aerogel. En cambio, reducen la velocidad hasta detenerse y luego quedan incrustados dentro de él. La nave espacial Stardust tiene un colector con forma de raqueta de tenis al que se le ha colocado un aerogel. El recolector se retrae dentro de su cápsula para su almacenamiento y envío seguro a la Tierra. El aerogel es bastante fuerte y sobrevive fácilmente tanto en entornos espaciales como de lanzamiento. [57]
Algunos de los tipos de misiones de devolución de muestras más riesgosos y difíciles son aquellas que requieren aterrizar en un cuerpo extraterrestre como un asteroide, una luna o un planeta. Se necesita una gran cantidad de tiempo, dinero y capacidad técnica incluso para iniciar dichos planes. Es una hazaña difícil que requiere que todo, desde el lanzamiento hasta el aterrizaje, la recuperación y el lanzamiento de regreso a la Tierra, se planifique con alta precisión y exactitud.
Este tipo de devolución de muestras, aunque presenta el mayor riesgo, es el más gratificante para la ciencia planetaria. Además, estas misiones conllevan un gran potencial de divulgación pública, lo que es un atributo importante para la exploración espacial en lo que respecta al apoyo público. Las únicas misiones robóticas exitosas de retorno de muestras de este tipo han sido los módulos de aterrizaje lunares soviéticos y el Chang'e 5 chino . [ cita necesaria ]
Clave de colores:
Un total de 382 kilogramos de material lunar, compuestos por 2200 especímenes individuales regresados de la Luna...
