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Una misión de retorno de muestras es una misión de una nave espacial para recoger y devolver muestras desde un lugar extraterrestre a la Tierra para su análisis. Las misiones de retorno de muestras pueden traer de vuelta simplemente átomos y moléculas o un depósito de compuestos complejos, como material suelto y rocas. Estas muestras pueden obtenerse de diversas formas, como excavando en el suelo y la roca o utilizando un conjunto de colectores para capturar partículas de viento solar o desechos cometarios. No obstante, se ha expresado la preocupación de que el retorno de dichas muestras al planeta Tierra pueda poner en peligro a la propia Tierra. [1]
Hasta la fecha, se han recogido muestras de rocas lunares 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 han devuelto muestras a la Tierra; y la misión robótica Genesis ha devuelto muestras del viento solar .
Además de las misiones de retorno 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 forma de meteoritos HED .
Las muestras disponibles en la Tierra pueden analizarse en laboratorios , de modo que podemos ampliar nuestra comprensión y conocimiento como parte del descubrimiento y la exploración del Sistema Solar . Hasta ahora, muchos descubrimientos científicos importantes sobre el Sistema Solar se hicieron de forma remota con telescopios , y algunos cuerpos del Sistema Solar fueron visitados por naves espaciales en órbita o incluso aterrizando con instrumentos capaces de detectar de forma remota o analizar muestras. Si bien una investigación de este tipo del Sistema Solar es técnicamente más fácil que una misión de retorno 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, [2] y aquellas que aún están por desarrollar; en contraste, una nave espacial solo puede llevar un conjunto limitado de herramientas analíticas, y estas 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 sonda 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. [3] Estos meteoritos pudieron entonces identificarse como material expulsado del gran cráter de impacto Rheasilvia en Vesta. Esto permitió deducir la composición de la corteza, el manto y el núcleo de Vesta. De manera similar, algunas diferencias en la composición de los asteroides (y, en menor medida, diferentes composiciones de los cometas ) pueden discernirse solo mediante imágenes. Sin embargo, para un inventario más preciso del material en estos diferentes cuerpos, se recogerán y devolverán más muestras en el futuro, para hacer coincidir sus composiciones con los datos recopilados a través de telescopios y espectroscopia astronómica .
Otro objetivo de esta investigación, además de la composición básica y la historia geológica de los diversos cuerpos del Sistema Solar, es la presencia de los elementos básicos de la vida en cometas, asteroides, Marte o las lunas de los gigantes gaseosos . Actualmente se están preparando varias misiones de retorno 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 traída a la Tierra por meteoritos. Otra cuestión que se está investigando es si la vida extraterrestre se formó en otros cuerpos del Sistema Solar como Marte o en las lunas de los gigantes gaseosos , y si la vida podría incluso existir allí. El resultado del último "Estudio Decenal" de la NASA fue priorizar una misión de retorno de muestras a Marte, ya que Marte tiene una importancia especial: está comparativamente "cercano", podría haber albergado vida en el pasado e incluso podría seguir albergando vida. La luna de Júpiter , Europa, es otro foco importante en la búsqueda de vida en el Sistema Solar. Sin embargo, debido a la distancia y otras limitaciones, Europa podría no ser el objetivo de una misión de retorno de muestras en el futuro previsible.
La protección planetaria tiene como objetivo evitar la contaminación biológica tanto del cuerpo celeste de destino como de la Tierra en el caso de misiones de retorno de muestras. Un retorno de muestra desde Marte u otro lugar con el potencial de albergar vida es una misión de categoría V según COSPAR , que indica la contención de cualquier muestra no esterilizada que se devuelva a la Tierra. Esto se debe a que se desconoce cuáles serían los efectos de esa vida hipotética sobre los humanos o la biosfera de la Tierra. [4] 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 del NRC y la ESF estuvieron de acuerdo. [4] [5] [6] [7] [8]
En julio de 1969, la Apolo 11 logró el primer retorno exitoso de muestras de otro cuerpo del Sistema Solar cuando trajo 22 kilogramos (49 libras) de material de la superficie lunar. A esto le siguieron 34 kilogramos (75 libras) de material y partes de Surveyor 3 de la Apolo 12 , 42,8 kilogramos (94 libras) de material de la Apolo 14 , 76,7 kilogramos (169 libras) de material de la Apolo 15 , 94,3 kilogramos (208 libras) de material de la Apolo 16 y 110,4 kilogramos (243 libras) de material de la Apolo 17. [ cita requerida ] El programa Apolo en su conjunto devolvió más de 382 kg (842 libras) de rocas lunares y regolito , incluido el suelo lunar , al Laboratorio de Recepción Lunar en Houston . [9] [10] [11] En la actualidad, el 75% de las muestras se almacenan en el Laboratorio de Muestras Lunares construido en 1979. [12]
En 1970, la misión soviética robótica Luna 16 recuperó 101 gramos de suelo lunar, seguida por la Luna 20 , que recuperó 55 gramos en 1974, y la Luna 24 , que recuperó 170 gramos 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 la Apolo 11 y se llevaron a cabo poco antes, en junio y julio de 1969. La Luna E-8-5 No. 402 falló en el despegue y la Luna 15 se estrelló en la Luna. Más tarde, otras misiones de retorno 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 tuvieron aterrizajes fallidos en la Luna. [13]
En 1970, la Unión Soviética planeó una primera misión de retorno de muestras a Marte en 1975 en el marco del proyecto Mars 5NM . Esta misión estaba prevista para utilizar un cohete N1 , pero este cohete nunca voló con éxito y la misión evolucionó hacia 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 estaba prevista para 1979, pero se canceló en 1977 debido a problemas técnicos y complejidad. [14]
El experimento de Recolección de Desechos Orbitales (ODC) desplegado en la estación espacial Mir durante 18 meses entre 1996 y 1997 utilizó aerogel para capturar partículas de la órbita baja de la Tierra, incluyendo polvo interplanetario y partículas creadas por el hombre. [15]
La siguiente misión para traer muestras extraterrestres fue la misión Génesis , que trajo muestras del viento solar a la Tierra desde más allá de la órbita terrestre en 2004. Desafortunadamente, la cápsula Génesis no pudo abrir su paracaídas al reingresar a la atmósfera terrestre y se estrelló en el desierto de Utah. Hubo temores de una contaminación severa o incluso de la pérdida total de la misión, pero los científicos lograron salvar muchas de las muestras. Fueron las primeras en ser recolectadas desde más allá de la órbita lunar. Génesis utilizó un conjunto de colectores hechos de obleas de silicio ultrapuro , oro , zafiro y diamante . Cada oblea diferente se utilizó para recolectar una parte diferente del viento solar . [16]
El 15 de enero de 2006, la sonda espacial Stardust de la NASA envió muestras del cometa a la Tierra. Pasó sin problemas por el cometa Wild 2 y recogió muestras de polvo de la coma del cometa mientras tomaba imágenes de su núcleo. La Stardust utilizó un conjunto de colectores hecho de aerogel de baja densidad (el 99% del cual es espacial), 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 esas partículas y daños en el aparato de recolección. Durante el crucero, el conjunto recogió al menos siete partículas de polvo interestelar. [17]
En junio de 2010, la sonda Hayabusa de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) trajo muestras de asteroides a la Tierra después de un encuentro con (y aterrizaje en) el asteroide de tipo S 25143 Itokawa . En noviembre de 2010, los científicos de la agencia confirmaron que, a pesar de la falla del dispositivo de muestreo, la sonda recuperó microgramos de polvo del asteroide, el primero que regresó a la Tierra en perfectas condiciones. [18]
La misión rusa Fobos-Grunt fue una fallida misión de retorno de muestras diseñada para traer muestras de Fobos , una de las lunas de Marte. Fue lanzada el 8 de noviembre de 2011, pero no logró salir de la órbita terrestre y se estrelló después de varias semanas en el sur del océano Pacífico. [19] [20]
La Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) lanzó la sonda espacial mejorada Hayabusa2 el 3 de diciembre de 2014. Hayabusa2 llegó al asteroide cercano a la Tierra de tipo C 162173 Ryugu (anteriormente designado 1999 JU 3 ) el 27 de junio de 2018. [21] Estudió el asteroide durante un año y medio y tomó muestras. Salió del asteroide en noviembre de 2019 [22] [23] y regresó a la Tierra el 6 de diciembre de 2020. [24]
La misión OSIRIS-REx se lanzó en septiembre de 2016 con el objetivo de traer muestras del asteroide 101955 Bennu . [25] [26] Se espera que las muestras permitan a los científicos aprender más sobre la época 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. [27] Llegó a las proximidades de Bennu el 3 de diciembre de 2018, [28] donde comenzó a analizar su superficie en busca de un área de muestra objetivo durante los próximos meses. Recogió su muestra el 20 de octubre de 2020, [29] [30] y aterrizó de nuevo en la Tierra el 24 de septiembre de 2023, lo que convierte a OSIRIS-REx en la quinta misión de retorno de muestras exitosa para la humanidad, en su retorno de muestras de un cuerpo extraterrestre. [31] [32] [33] [34] 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 cubierta de aviónica del contenedor científico OSIRIS-REx" en la apertura inicial. Se planeó un estudio posterior. El 11 de octubre de 2023, la cápsula recuperada se abrió para revelar un "primer vistazo" al contenido de la muestra del asteroide. [35] [36] El 13 de diciembre de 2023, se informó sobre estudios adicionales de la muestra devuelta y se revelaron moléculas orgánicas , así como materiales desconocidos que requieren más estudios para tener una mejor idea de su composición y constitución. [37] [38] El 13 de enero de 2024, la NASA informó que finalmente se abrió por completo, después de tres meses de intentarlo, el contenedor recuperado con muestras del asteroide Bennu. [39] [40] El peso total del material recuperado fue de 121,6 g (4,29 oz), más del doble del objetivo de la misión. [41]
La CNSA de China lanzó las misiones de retorno de muestras lunares Chang'e 5 y 6 el 23 de noviembre de 2020 y el 3 de mayo de 2024 respectivamente, que regresaron a la Tierra con 2 kilogramos de suelo lunar cada una el 16 de diciembre de 2020 y el 25 de junio de 2024 respectivamente. [42] Estas fueron las primeras misiones de retorno de muestras lunares en más de 40 años. [43] La misión Chang'e 6, que aterrizó en la cuenca del cráter Apolo en el hemisferio sur del lado lejano lunar, fue la primera en recuperar muestras del lado lejano de la Luna , ya que todas las muestras lunares colectivas anteriores se habían recolectado del lado cercano . [44]
La CNSA está planeando una misión llamada Tianwen-2 para traer muestras de 469219 Kamoʻoalewa, cuyo lanzamiento está previsto para 2025. [45] La CNSA planea una misión de retorno de muestras de Marte para 2030. [46] [47] Además, la Agencia Espacial China está diseñando una misión de recuperación de muestras de Ceres que se llevaría a cabo durante la década de 2020. [48]
La JAXA está desarrollando la misión MMX , una misión de retorno de muestras a Fobos que se lanzará en 2026. [49] MMX estudiará ambas lunas de Marte , pero el aterrizaje y la recolección de muestras se realizarán en Fobos. Esta selección se realizó debido a que las dos lunas, la órbita de Fobos está más cerca de Marte y su superficie puede tener partículas expulsadas de Marte. Por lo tanto, la muestra puede contener material originado en el propio Marte. [50] Se espera que un módulo de propulsión que lleve la muestra regrese a la Tierra en 2031. [49]
La NASA y la ESA llevan mucho tiempo planeando una misión de retorno de muestras a Marte . [51] El rover Perseverance , desplegado en 2020, está recogiendo muestras de núcleos de perforación y almacenándolas en la superficie de Marte. [52] A fecha de septiembre de 2023, ha recogido una muestra atmosférica y 8 muestras de rocas ígneas, 11 muestras de rocas sedimentarias y un par de muestras de regolito. [53] El 22 de noviembre de 2023, la NASA anunció que estaba recortando la misión de retorno de muestras a Marte debido a la escasez de fondos. [54] En enero de 2024, el plan propuesto por la NASA fue cuestionado debido a consideraciones de presupuesto y programación, y se inició la investigación de planes alternativos. [55]
Rusia tiene planes para que las misiones Luna-Glob traigan muestras de la Luna en 2027 y Mars-Grunt traigan muestras de Marte a finales de la década de 2020. [ cita requerida ]
Los métodos de devolución de muestras incluyen, entre otros, los siguientes:
Se puede utilizar un conjunto de colectores 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 recolección de partículas de distintos tamaños. Los conjuntos de colectores, como los que se utilizan en Genesis , son ultrapuros para garantizar la máxima eficiencia de recolección, durabilidad y capacidad de distinción analítica.
Los conjuntos de colectores son útiles para recolectar átomos diminutos y de rápido movimiento, como los que expulsa el Sol a través del viento solar, pero también se pueden utilizar 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, un conjunto de colectores denso de estado sólido no era viable. Como resultado, se tuvo que 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, cuyo 99,8% del volumen es espacio vacío. El aerogel tiene aproximadamente 1/1000 de la densidad del vidrio. Se utilizó un aerogel en la nave espacial Stardust porque las partículas de polvo que la nave espacial debía recoger tendrían una velocidad de impacto de aproximadamente 6 km/s. Una colisión con un sólido denso a esa velocidad podría alterar su composición química o vaporizarlas por completo. [56]
Como el aerogel es en su mayor parte transparente y las partículas dejan un camino con forma de zanahoria una vez que penetran la superficie, los científicos pueden encontrarlas y recuperarlas fácilmente. Como sus poros están en la escala nanométrica , las partículas, incluso las más pequeñas que un grano de arena, no pasan simplemente a través del aerogel por completo, sino que se detienen y luego se incrustan en él. La nave espacial Stardust tiene un colector con forma de raqueta de tenis con aerogel incorporado. El colector se retrae dentro de su cápsula para su almacenamiento seguro y su envío de regreso a la Tierra. El aerogel es bastante fuerte y sobrevive fácilmente tanto al lanzamiento como a los entornos espaciales. [56]
Algunas de las misiones de retorno de muestras más arriesgadas y difíciles son aquellas que requieren aterrizar en un cuerpo extraterrestre, como un asteroide, una luna o un planeta. Se necesita mucho tiempo, dinero y capacidad técnica para iniciar esos planes. Es una hazaña difícil que requiere que todo, desde el lanzamiento hasta el aterrizaje, la recuperación y el regreso a la Tierra, se planifique con gran precisión y exactitud.
Este tipo de retorno de muestras, aunque conlleva mayores riesgos, es el más gratificante para la ciencia planetaria. Además, estas misiones tienen un gran potencial de divulgación pública, lo que es un atributo importante para la exploración espacial cuando se trata de apoyo público. Las únicas misiones robóticas de retorno de muestras de este tipo que han tenido éxito han sido la soviética Luna y las sondas chinas Chang'e . Si bien otras misiones recogieron materiales de asteroides por diversos medios, lo hicieron sin "aterrizar", dada su muy baja gravedad.
Un total de 382 kilogramos de material lunar, que comprende 2200 especímenes individuales, fueron devueltos desde la Luna...
