Badanie próbek asteroid. Po co, skoro piasku mamy na Ziemi pod dostatkiem?

Ludzkość poznaje obecnie kosmos na cztery podstawowe sposoby. Po pierwsze badamy to, co jest pod naszymi nogami, bo Ziemia to także element kosmosu. Drugi sposób to obserwacje z daleka obiektów kosmicznych, przynosząca bardzo dużo informacji, ale też obarczona sporym ryzykiem błędu i niepewnością metoda. Trzecia technika to rozwinięcie drugiej, polega na wysłaniu sond, łazików w okolice interesującego obiektu.

Najciekawsza i najbardziej wyrafinowana jest jednak technika czwarta, która polega na zastosowaniu techniki pierwszej w przypadku innych niż Ziemia ciał niebieskich. Oznacza to, że musimy wysłać pojazd, który pobierze próbki danego obiektu i dostarczy je na Ziemię. Tych próbek nie musi być wiele, wystarczy nawet kilka gramów, by dokonać przełomowych odkryć. A z asteroidy Bennu będzie ich prawdopodobnie kilkadziesiąt razy więcej.

W ciągu roku na Ziemię z kosmosu spada 5200 ton materii. To głównie drobiny, ale też większe odłamki asteroid, które znajdują poszukiwacze kosmicznych skarbów. Wśród meteorytów są nawet te, które pochodzą z Marsa. Jednakże mają one jedną, ogromną wadę. Trafiając w ziemską atmosferę, a potem lądując na Ziemi, stają się próbkami zanieczyszczonymi, które nie odzwierciedlają faktycznego stanu natury w miejscu, skąd pochodzą.

Owszem, również badania meteorytów są wartościowe, dlatego po znalezieniu meteorytu, jeśli ma on być przydatny, należy go od razu umieścić w suchej torbie za pomocą czystych rękawiczek lub owijając w aluminiową folię. Lecz dla geologów, astrobiologów i astrofizyków nic nie zastąpi próbki dostarczonej wprost z kosmosu w sterylnym zamknięciu. Poza tym taka próbka będzie dokładnie powiązana z konkretnym obiektem.

Najsłynniejsze próbki innych niż Ziemia ciał niebieskich to oczywiście te, które pochodzą z misji Apollo. Stanowią największą, bo ważący ponad 382 kilogramy kolekcję materii pozaziemskiej. Rosjanie w czasie pierwszego kosmicznego wyścigu zdołali przywieźć z Księżyca niespełna kilogram skał. W XXI wieku jedynym krajem, który dostarczył próbki na Ziemię z Księżyca są Chiny, które ochoczo dzielą się nimi nawet z USA. Jednak nie tylko Księżyc jest obiektem, którego fragmenty trafiły do ziemskich laboratoriów.

Najbardziej spektakularne są próbki wiatru słonecznego, czyli zawieszone w aerożelu cząstki, które zebrała sonda NASA Genesis. W 2004 roku, nie bez komplikacji, trafiły na Ziemię jako pierwszy w historii inny niż księżycowy materiał z kosmosu. Dwa lata później powróciła na Ziemię kapsuła innej misji NASA. Celem Stardust było pobranie próbek warkocza komety Wild 2 w trakcie przelotu w pobliżu Ziemi. Zastosowano podobną jak w misji Genesis technologię aerożelu.

Potem naukowcy zwrócili swoją uwagę w stronę innych ciał niebieskich. Asteroid, których w Układzie Słonecznym są dziesiątki tysięcy. Dla biznesmenów to potencjalne kopalnie pieniędzy, dla badaczy świadkowie najwcześniejszych etapów istnienia Układu Słonecznego. Zawarta w nich materia pełni rolę podobną jak bloki lodowe wydobywane głęboko spod powierzchni Antarktydy, które to z kolei są świadkami przeszłości Ziemi.

Tym razem jednak zdecydowano się na bezpośrednie pobranie próbki z powierzchni, umieszczając ją w pojemniku. Po raz pierwszy dokonali tego Japończycy. Misja Hayabusa odwiedziła składającą się głównie z krzemu asteroidę Itokawa. Pomimo problemów z urządzeniem do pobierania pyłu z powierzchni asteroidy udało się w 2010 roku uzyskać po raz pierwszy kilka mikrogramów asteroidy prosto z kosmosu. Większym sukcesem była misja Hayabusa 2 do asteroidy Ryugu, tym razem zawierającej oprócz skał bogate zasoby węgla. Próbki z jej powierzchni wylądowały na Ziemi w grudniu 2020 roku.

Ostatnią taką realizowaną misją do asteroid jest OSIRIS-REx, która badała przez ponad dwa lata obiekt o nazwie Bennu. To arcyciekawa asteroida, przypominająca zbitą gruzową bryłę. OSIRIS-REx w październiku 2020 roku dosłownie przysiadł na Bennu i wykorzystał impet chwilowego uderzenia w powierzchnię, by zassać próbki gruntu. Te szczęśliwie wylądowały w specjalnej kapsule na Ziemi we wrześniu 2023 roku. Sonda OSIRIS-REx wciąż pozostaje w kosmosie i pod nową nazwą OSIRIS-APEX jako cel obrała sobie asteroidę Apophis, którą dogoni w 2029 roku. Ten obiekt zapisał się w naszej pamięci za sprawą początkowo wysokiej szansy zderzenia z Ziemią właśnie w 2029 roku, a potem w 2036. Obecnie wiemy, że Apophis nie stworzy zagrożenia przez co najmniej 100 lat.

Kolekcja skał i pyłu zebranego z powierzchni Bennu to największa w historii próbka przywieziona z asteroidy. Początkowo przypuszczano, że uda się zebrać co najwyżej 60 gramów, a okazało się, że sam materiał znajdujący się wokół zapieczętowanej głównej próbki w tak zwanym mechanizmie TAGSAM, to już ponad 70 gramów. To konsekwencja silniejszego uderzenia głowicy kolektora w powierzchnię asteroidy i dłuższy czas kontaktu niż planowany.

Już pobieżne analizy wskazały na obecność węgla i wody, czyli składników niezbędnych do powstania życia w takiej formie, jaka występuje na Ziemi. W grudniu 2023 roku ogłoszono, że są tam ślady uwodnionych i bogatych w związki organiczne pozostałości z początków Układu Słonecznego. To właśnie w ich poszukiwaniu wyruszyła misja OSIRIS-REx. Są jednak też pytania. Skąd w zewnętrznym materiale dziwna kombinacja magnezu, sodu i fosforu? A także, jak wyjaśnić znacznie większą obfitość wody niż przewidywano?

Jednak największe odkrycia, które powiększą nasza wiedzę na temat, jaki był skład materii we wczesnym Układzie Słonecznym i pomogą odpowiedzieć na pytanie, czy to ona odpowiada za powstanie sprzyjających życiu warunków na Ziemi, jeszcze przed nami. Najważniejsza jest bowiem próbka zawarta wewnątrz kolektora TAGSAM. Jego otwarcie okazało się sporym problemem, Trzeba to zrobić tak, by nie naruszyć sterylności zawartego wewnątrz materiału. A dwie z 35 blokad kolektora nie chciały się otworzyć. Dopiero na początku stycznia inżynierom udało się skutecznie zastosować technikę bezpiecznego ich zwolnienia.

Przywiezione na Ziemię fragmenty asteroidy Bennu zawierają pył i skały, których rozmiary sięgają 1 cm. Wizualnie przypomina ona drobiny grafitu, a w zbliżeniu wygląda jak węgiel, jest ciemnoszara i ma połysk. To materia, w której posiadanie nie można wejść inaczej niż przywożąc ją na Ziemię. Aż 75 proc. zawartości próbki zostanie zachowane na przyszłość, gdy techniki analizy będą jeszcze doskonalsze niż obecnie. Badaniem reszty zajmie się ponad 200 naukowców na świecie.

Choć badania asteroid przedstawiane są jako istotne z perspektywy poznania genezy życia na Ziemi, to przyniosą one korzyści także dla jego przyszłości. Im więcej wiemy o tym jak dokładnie zbudowane są różne asteroidy (nie chodzi tu tylko o skład, ale i strukturę), tym lepiej możemy planować ewentualną ochronę przed takimi obiektami o sporym rozmiarze, które kiedyś mogą obrać sobie nasz świat za cel.

Karol Żebruń, dziennikarz benchmark.pl