Hàng chục nhà thám hiểm robot đã được gửi đến sao Hỏa trong nhiều thập kỷ, nhưng cho đến nay, hầu hết chúng chỉ làm được rất ít việc trên bề mặt. Tuy nhiên, sứ mệnh Insight (Thăm dò bên trong sử dụng Điều tra địa chấn, Đo đạc và Vận chuyển nhiệt) của NASA sẽ nhìn sâu hơn vào hành tinh này so với bất kỳ nhiệm vụ nào trước đó.
Tàu đổ bộ InSight đang chuẩn bị hạ cánh trên bề mặt sao Hỏa, sẵn sàng lấy xung và nhiệt độ của hành tinh, đồng thời bóc tách các lớp của nó để lộ ra lõi của nó.
Nhiệm vụ được khởi động vào đầu tháng 5 năm 2018 từ Căn cứ Không quân Vandenberg, California, đến Sao Hỏa sáu tháng sau đó để gửi một tàu đổ bộ tĩnh lên bề mặt vào ngày 26 tháng 11.
Đây không phải là lần đầu tiên NASA thực hiện một cuộc thăm dò như InSight.
Suzanne Smrekar, Phó điều tra viên chính của InSight cho biết: “Chúng tôi đã cố gắng bám sát thiết kế của tàu đổ bộ trước đó, Phoenix, càng nhiều càng tốt.
“Đầu tiên, chúng tôi có một lớp vỏ aeroshell sẽ làm chúng tôi chậm lại khi va vào bầu khí quyển.
Sau đó, chúng tôi có một chiếc dù để đưa chúng tôi đi gần hết bầu khí quyển.
Cuối cùng, trong chút cuối cùng, chúng tôi hạ gục tên lửa.
InSight sẽ dành 10 tuần đầu tiên để thiết lập.
Nhiệm vụ đầu tiên của nó là mở rộng các mảng năng lượng mặt trời để có thể cung cấp năng lượng cho tàu đổ bộ.
Sau đó, sứ mệnh sẽ tìm kiếm vị trí tốt nhất để đặt ngón tay xuống đất, để nó có thể cảm nhận được các trận động đất – những chấn động được tạo ra bởi sự dịch chuyển của các loại đá bên trong, phát ra từ sâu bên trong hành tinh.
Smrekar cho biết: “Dụng cụ chính của chúng tôi là máy đo địa chấn, Thí nghiệm địa chấn cho cấu trúc bên trong (SEIS)”.
“Nó thực sự có một số máy đo địa chấn thời gian ngắn và dài để đo sóng địa chấn gần đó và những sóng đến từ sâu hơn bên trong hành tinh tương ứng.
Chúng tôi có ba chiếc mỗi chiếc nên chúng tôi có thể biết hướng và phương hướng mà chúng đến từ đâu.”
Những máy đo địa chấn này nhạy đến mức chúng phải được bao phủ bởi một mái vòm để bảo vệ chúng khỏi những rung lắc nhỏ do gió hoặc sự giãn nở nhiệt để làm cho chúng chính xác nhất có thể.
Độ chính xác như vậy là rất quan trọng trong các phép đo marsquake để phát hiện những thay đổi nhỏ xảy ra khi sóng địa chấn di chuyển giữa các lớp khác nhau bên trong hành tinh – chẳng hạn như đi từ chất lỏng nhớt của lớp phủ đến lớp vỏ rắn.
Bằng cách tìm kiếm những biến thể nhỏ này, các nhà địa chất hành tinh sẽ có thể tìm ra độ dày và mật độ của từng lớp, xây dựng bản đồ thế giới bên dưới bề mặt sao Hỏa.
Thu thập kiến thức này là bước đầu tiên để hiểu sao Hỏa đã lớn lên và phát triển thành hành tinh mà chúng ta thấy ngày nay như thế nào.
“Chúng tôi đang cố gắng hiểu điều gì xảy ra ngay sau khi các hành tinh kết hợp với nhau.
“Sức nóng của động năng đó khiến các thiên thể tan chảy và sau đó tương đối nhanh, trong vòng 10 triệu năm, chúng bắt đầu hình thành các lớp ban đầu khi vật chất nhẹ nổi lên trên và vật chất nặng chìm xuống đáy tạo thành lõi, lớp phủ và lớp vỏ. : một quá trình được gọi là sự khác biệt,” Smrekar nói.
Mức độ khác biệt của một hành tinh chủ yếu được xác định bởi lượng nhiệt mà nó có và mức độ nóng của một hành tinh chủ yếu phụ thuộc vào kích thước của nó.
Các thiên thể đá nhỏ như Mặt trăng nguội đi nhanh chóng sau khi chúng hình thành và do đó không bao giờ phân biệt hoàn toàn phần bên trong của chúng.
Trong khi đó, Trái đất đã tiếp tục phát triển hàng tỷ năm vì nó được giữ ấm bởi sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ.
Khi phần bên trong của nó bị nóng chảy, vật chất ở đó có thể tự phân phối lại bên trong hành tinh.
Các lớp chất lỏng cũng cho phép các mảng lục địa di chuyển xung quanh, thay đổi địa hình bề mặt, trong khi magma lỏng sủi bọt lên từ núi lửa và bao phủ những gì đã có trước đó.
Kết quả cuối cùng là Trái đất ngày nay có rất ít điểm tương đồng với hành tinh khi nó mới hình thành cách đây hàng tỷ năm.
Các quá trình tương tự được cho là diễn ra trên các thế giới khác, trên mặt đất lớn hơn, nhưng sao Hỏa có một số đặc điểm địa chất độc đáo.
“Sao Hỏa đang ở vị trí tuyệt vời này: chúng tôi nghĩ rằng nó ở đúng vị trí xét về kích thước mà nó chưa bao giờ có kiến tạo mảng, vì vậy nó vẫn có lớp vỏ ban đầu, nhưng nó đủ lớn để có một số loại lớp tương tự như vậy. chúng tôi mong đợi bên trong Trái đất,” Smrekar nói.
Mặc dù ban đầu sao Hỏa phát triển giống như một hành tinh đá lớn hơn, nhưng nó đã nguội đi và đóng băng rất sớm trong thời gian tồn tại của nó, làm ngừng sự phát triển của nó.
Vì hành tinh đã không thay đổi trong hàng tỷ năm, giờ đây nó mang đến cho các nhà địa chất một cửa sổ vào những năm đầu hình thành hành tinh.
Và chìa khóa để hiểu tại sao sao Hỏa lại nguội đi trong khi những thế giới như Trái đất thì không, đó là tìm hiểu xem Hành tinh Đỏ mất nhiệt như thế nào.
Để làm được điều này, InSight sẽ triển khai công cụ thứ hai, Đầu dò thuộc tính vật lý và dòng nhiệt (HP3).
“Hầu hết ngân sách nhiệt hiện tại của hành tinh đến từ sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ: uranium, thorium, kali.
HP3 sẽ giúp chúng tôi ngoại suy xem sao Hỏa có bao nhiêu nguyên tố trong quá khứ và có bao nhiêu năng lượng để vận hành những thứ như núi lửa trên bề mặt sao Hỏa và nhiệt độ bề mặt có thể là bao nhiêu,” Smrekar nói.
Để thực hiện các phép đo này, HP3 sẽ sử dụng một đầu dò hạng nặng để tự đập sâu tới 5m xuống lòng đất, kéo theo một chuỗi cảm biến nhiệt độ phía sau nó để đo lượng nhiệt tỏa ra từ hành tinh.
Khi mọi thứ đã ổn định, tàu đổ bộ sẽ ngừng mọi chuyển động tiếp theo để không làm phiền hai thí nghiệm.
May mắn thay, thực tế là tàu đổ bộ tĩnh không thành vấn đề – bất kể nó dừng ở đâu, nó có thể đo lưu lượng nhiệt và theo dõi các tín hiệu địa chấn. Sự bất động cũng có lợi cho thử nghiệm chính thứ ba và cũng là cuối cùng của InSight: RISE.
Smrekar cho biết: “Thí nghiệm Cấu trúc bên trong và Xoay (RISE) là các đài phát thanh sẽ liên lạc với Trái đất vài ngày một lần trong năm của sao Hỏa, theo dõi vị trí của tàu đổ bộ rất chính xác,” Smrekar nói.
“Những gì chúng tôi đang thực sự làm với chúng là theo dõi sự dao động của sao Hỏa khi nó quay quanh trục của nó, vì các hành tinh có lõi lỏng dao động nhiều hơn các hành tinh có lõi rắn.”
Bằng cách đo lường sự dao động, các nhà địa chất hành tinh sẽ có thể xác định chính xác hơn mật độ và tính nhất quán của từng lớp, điều này sẽ giúp họ tìm ra những nguyên tố nào có thể tạo nên lõi của hành tinh.
Bằng cách theo dõi lại, các nhà nghiên cứu InSight sẽ có thể ghép nối các quá trình địa chất đã hình thành nên thế giới đá mà sao Hỏa ngày nay, và các hành tinh như Trái đất có thể trông như thế nào trước khi chúng bị biến đổi bởi hàng tỷ năm núi lửa và hoạt động địa chất. phát triển.
InSight dự kiến sẽ hoàn thành các mục tiêu khoa học ban đầu trong vòng một năm trên sao Hỏa (tức là 687 ngày chỉ bằng hai năm trên Trái đất) nhưng nhóm đã chế tạo tàu đổ bộ để tồn tại lâu dài và hy vọng InSight sẽ tiếp tục thu thập dữ liệu lâu sau lần chạy đầu tiên.
Nó thậm chí có thể phát hiện sự xuất hiện của hai nhà thám hiểm sao Hỏa đồng nghiệp khi họ hạ cánh: cả NASA và ESA đều có kế hoạch gửi xe tự hành đến Hành tinh Đỏ vào năm 2020, tăng gấp đôi số lượng đài quan sát di động trên khắp bề mặt hành tinh.
Nhưng trong hai năm tới, InSight sẽ tận dụng sự yên tĩnh và ngồi chờ sao Hỏa lật tẩy những bí mật ẩn giấu của nó.
Đối với những người theo dõi các sứ mệnh sao Hỏa, InSight có thể trông khá quen thuộc.
Điều đó không có gì ngạc nhiên: nó gần như dựa trên tàu đổ bộ Phoenix, đã hạ cánh xuống vùng cực của sao Hỏa vào ngày 25 tháng 5 năm 2008.
Nhóm InSight đã mượn thiết kế phần cứng hạ cánh, cấu trúc cơ sở và cánh tay rô-bốt của tàu đổ bộ từ Phoenix, nhưng đã bổ sung một bộ công cụ khoa học hoàn toàn mới.
Điều này đã giúp giảm đáng kể chi phí nhưng cũng đặt ra một số giới hạn cho nhiệm vụ.
Phoenix chỉ hoạt động trong sáu tháng, nhưng InSight được thiết kế để tồn tại ít nhất một năm trên sao Hỏa, nếu không muốn nói là lâu hơn.
Điều này có nghĩa là nó phải hạ cánh trên đường xích đạo, nếu không các tấm pin mặt trời sẽ không thể thu đủ năng lượng trong những tháng mùa đông âm u.
Ngoài ra, các hệ thống đi xuống sẽ chỉ hoạt động trong một phạm vi độ cao nhất định và nơi duy nhất trên đường xích đạo ở độ cao phù hợp là khu vực Elysium Planitia bằng phẳng.
Bản thân sứ mệnh Phượng hoàng quan tâm đến bề mặt hơn là những gì nằm bên dưới và cố gắng tìm hiểu xem đất sao Hỏa thân thiện với sự sống, quá khứ hay hiện tại như thế nào.
Cánh tay robot lấy các mẫu đất sau đó được làm nóng, cho thấy chúng có chứa nước đóng băng và cơ hội có thể ở được ban đầu có vẻ sáng sủa.
Sự phấn khích chỉ tồn tại trong thời gian ngắn khi Phoenix cũng tìm thấy perchlorate, một chất hóa học làm giảm điểm đóng băng của nước.
Mặc dù điều này có nghĩa là nước ở dạng lỏng có thể tồn tại trên bề mặt, nhưng khi kết hợp với các khoáng chất khác và chịu mức độ bức xạ cực tím của sao Hỏa, perchlorate gây ra sự chết tế bào tăng gấp 10 lần.
Nếu bất kỳ sự sống nào tiến hóa trên sao Hỏa, nó sẽ thấy mình ở trong một môi trường rất khắc nghiệt.