„Mam już niewiele energii i może to być ostatni obraz, jaki uda mi się wysłać. Ale nie martwcie się o mnie. Mój czas na Marsie był produktywny i szczęśliwy. Jeśli uda mi się rozmawiać z członkami mojego zespołu, będę to robił. Ale wiem, że pożegnamy się już niedługo. Dziękuję, że byliście przy mnie” – taką informację NASA zamieściła na oficjalnym koncie misji InSight na Twitterze w poniedziałek 19 grudnia.
Od tej chwili zaczęło się odliczanie ostatnich chwil życia niewielkiego lądownika-sejsmologa. Wreszcie w nocy z 21 na 22 grudnia NASA potwierdziła zakończenie misji. Co nam przyniosła?
Ile kosztował lądownik InSight?
Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport („Eksploracja wnętrza przy użyciu badań sejsmicznych, geodezji i transportu ciepła”) to w skrócie InSight, czyli po polsku „wgląd”, „wnikliwość”. Była to relatywnie niedroga i krótka misja marsjańska, której zadaniem było badanie wnętrza planety. Należy do grupy misji NASA Discovery, czyli misji o wysokich wartościach naukowych, lecz tworzonych po niewielkich kosztach.
Ten koszt to 933 miliony dolarów. Choć wydaje się kwotą wręcz zawrotną, to np. koszt budowy i wysłania na Marsa łazika Curiosity wyniósł 2,5 miliarda dolarów. W przypadku Perseverance było to 2,7 miliarda dolarów.
Sama sonda była lądownikiem, nie łazikiem. Po posadzeniu na Marsie nie miała przemieszczać się po jego powierzchni. Za to miała zajrzeć pod nią.
– InSight przekazał na Ziemię wiele wartościowych danych o Marsie. Przede wszystkim dzięki niemu odkryto trzęsienia Marsa typu ziemskiego. Czyli takie nie spowodowane np. upadkiem meteorytu czy innymi czynnikami (np. temperaturowymi), ale o pochodzeniu tektonicznym – wyjaśnia dr Natalia Zalewska, geolożka Zespołu Eksploracji Marsa Centrum Badań Kosmicznych PAN (CBK PAN).
– Największe trzęsienie Marsa o sile 5,5 w skali Richtera miało miejsce 4 maja 2022 r. Było to dużym zaskoczeniem dla naukowców. Na podstawie urządzenia Rotation and Interior Structure Experiment (RISE) oszacowano także rozmiary jądra Marsa i wniesiono poprawki od czasów misji Mars Pathfinder. Okazało się że jądro Marsa jest większe niż przypuszczano i składa się prawdopodobnie z lżejszych pierwiastków niż jądro Ziemi – dodaje dr Zalewska.
Badanie jądra Czerwonej Planety
InSight zebrał nowe informacje o trzech głównych warstwach Marsa – skorupie, płaszczu i jądrze. Naukowcy odkryli, że skorupa pod InSight jest nieco cieńsza niż oczekiwano. Mierzy od 25 do 40 kilometrów grubości i składa się z trzech wewnętrznych warstw. Górna warstwa skorupy ma grubość około 10 kilometrów i ma mniejszą gęstość niż dolna skorupa.
Jądro Marsa jest płynne i znacznie większe niż przypuszczano. Ma promień mierzący ok. 1800 km, czyli o mniej więcej połowę mniejszy, niż promień jądra Ziemi. Niższa gęstość oznacza, że lżejsze pierwiastki mieszają się ze stopionym żelazem, obniżając jego temperaturę topnienia. Pomaga to wyjaśnić, w jaki sposób jądro Marsa może być nadal płynne, mimo że znacznie się ochłodziło od czasu powstania planety.
Określenie składu i struktury warstw oraz tego, jak szybko wypływa z nich ciepło, pomaga lepiej zrozumieć geologiczną historię powierzchni Marsa. A w szczególności jego zdolność do podtrzymywania życia. InSight, a konkretnie jego penetrator geologiczny, miał też wbić się na głębokość pięciu metrów pod powierzchnię Marsa. Jednak to się nie udało z przyczyn obiektywnych.
Polski kret na Marsie
– Firma Astronika, we współpracy z CBK PAN, zaprojektowała i dostarczyła na zlecenie Niemieckiej Agencji Kosmicznej (DLR) mechanizm młotkujący dla eksperymentu HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package). Mechanizm ten stanowił napęd systemu penetratora, którego celem był transport sondy termicznej pod powierzchnię Marsa. Odpowiada za wytwarzanie cyklicznych impulsów siły skierowanych w dół i powodujących rozpychanie gruntu pod penetratorem, a co za tym idzie – gwałtowne zagłębianie się na kilka milimetrów na uderzenie – wyjaśnia Łukasz Wiśniewski, wiceprezes Astroniki.
– Jednocześnie, dzięki wewnętrznej kompensacji energii, w przeciwnym kierunku działa już tylko stosunkowo niewielka, ale też niepomijalna, siła. Kiedy penetrator przemieszcza się w gruncie, siła ta równoważona jest przez tarcie między obudową penetratora a samym gruntem. Dzięki temu otrzymujemy samowbijający się mechanizm napędowy o działaniu podobnym do mechanicznej diody – dodaje Łukasz Wiśniewski.
Konstrukcja wykonana przez polski zespół jako jedyna spełniała wymagania eksperymentu. W trakcie licznych testów na Ziemi osiągnięto skuteczne zagłębianie się na wymaganą głębokość 5 metrów i to na dodatek w bardzo krótkim czasie, bo zaledwie kilkudziesięciu minut. To była wysoka skuteczność dla warunków geologicznych określonych przez zleceniodawcę.
Jakie były te warunki? – Kret miał pracować w ziarnistym materiale o małej spójności, czyli posiadającym sypkość zbliżoną do piasku kwarcowego. Inżynierowie i naukowcy z DLR oraz z Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA (JPL/NASA) dokonali analizy miejsca przyszłego lądowania misji InSight. Doszli do wniosku, że z dużym prawdopodobieństwem grunt, w który mechanizm ma się wbijać, będzie łatwo się zasypywał, a tym samym zapewni wymagane tarcie z obudową – wyjaśnia Łukasz Wiśniewski.
Gwóźdź z wewnętrznym młotkiem
Kłopot w tym, że kret trafił na zupełnie inne podłoże. Grunt, w jaki miał się wbić, przypominał bardziej skorupę niż sypki piasek. Otwór nie tylko się nie zasypywał, ale wytworzyło się zagłębienie znacząco szersze od samego penetratora. Kontakt obudowy z gruntem był niewystarczający dla uzyskania dalszego przemieszczania się w głąb. Na ścianach tak powstałego otworu wyraźnie było widać również liczne kamienie.
– Nasz mechanizm napędowy działał bezawaryjne przez cały okres wbijania, czyli przez kilkanaście tysięcy uderzeń. Stał się też pierwszym mechanizmem w historii, który samobieżnie wbił się pod powierzchnię innej planety. Uzyskana głębokość wynosiła około 40 cm. Dalsze zagłębianie nie było możliwie, ponieważ penetrator natrafił na grunt o znacznie podwyższonej wytrzymałości, większej niż by wynikało z typowej wytrzymałości gruntu sypkiego – wylicza wiceprezes Astroniki.
Dodaje, że InSight była pierwszą w historii misją mającą na celu zbadanie wnętrza Marsa. Instrument HP3 dokonał pionierskich pomiarów termicznych tej planety, dostarczając informacji na temat przewodności cieplnej jego powierzchni. A to jest pomocne w określeniu bilansu termicznego Marsa.
Ponadto misja InSight wykorzystała impulsy siły generowane przez mechanizm młotkujący jako źródło wstrząsów dla eksperymentu sejsmicznego i scharakteryzowania gruntu wokół lądownika na kilka metrów pod powierzchnią. Efekty pracy penetratora posłużyły odkryciu nieznanych wcześniej właściwości gruntu marsjańskiego. To zaś stanowi cenną informację dla kolejnych misji na Marsa czy na inne planety.
Polska flaga na InSight / fot. Astronika
– Wielkim sukcesem jest też fakt, że razem z lądownikiem InSight na powierzchni Marsa oficjalnie znajduje się polska flaga. To również pierwszy taki przypadek, z którego możemy być dumni i trzymać kciuki za kolejne osiągnięcia – podsumowuje Łukasz Wiśniewski.
