ExoMars – de Europese zoektocht naar leven op Mars

De Trace Gas Orbiter in een baan om Mars
De Trace Gas Orbiter in een baan om Mars. Artist impression. Credit: ESA

Het ExoMars programma wordt uitgevoerd door de Europese ESA samen met het Russische Roscosmos en heeft tot doel een aantal ruimtesondes naar Mars te sturen om te onderzoeken of er ooit leven is geweest op de rode planeet. Naast het zoeken naar het antwoord op deze vraag zal de ExoMars ook technieken testen om materiaal van Mars terug te brengen naar de Aarde. Iets wat tot nu toe nooit is gedaan.

Het eerste deel van de ExoMars-missie arriveerde op 19 oktober 2016 bij de rode planeet. Dit deel bestaat uit twee ruimtevaartuigen: De Trace Gas Orbiter (TGO) die ontworpen is om naar gassen in de atmosfeer te zoeken en de Schiaperelli testlander die ontworpen is om landingstechnieken uit te proberen. TGO is veilig in een baan om Mars gekomen maar de Schiaparelli is tijdens de landing verloren gegaan. Het tweede deel van de ExoMars missie moet in 2020 gelanceerd worden. Die bestaat onder andere uit een rover die met een boor en andere instrumenten is uitgerust en die het oppervlak van de planeet moet gaan onderzoeken.

Geschiedenis

Model van de ExoMars rover
Model van de ExoMars rover. Credit: ESA

De eerste Europese studies naar een verkenner die zich met exobiologie bezig houdt stammen uit de jaren 1996 en 1998. De studie uit 1998 richtte zich op leven op Mars en stelde een lander voor die kon boren in het oppervlak. In 2000 werd een zogenaamde “fase A” studie gestart die Exobiology Multi-user Facility (EMF) heette, later hernoemd naar ExoMars, en die uit drie pijlers bestond: het verzamelen van monsters met een systeem voor het analyseren en omgaan met de monsters; een serie analytische instrumenten en als derde een service module.

In dezelfde periode had het Aurora Exploration Programme van de ESA een mogelijk doel om Mars te verkennen met behulp van robots en mensen. Tussen 2002 en 2005 liep de voorbereidingsfase waarin de verschillende leden van de ESA konden kiezen of ze wilden deelnemen en hoeveel geld ze wilden bijdragen. Eind 2005 kwam er vanuit de organisatie een definitieve goedkeuring voor het ExoMars-programma.

Oorspronkelijk had de eerste lancering in 2009 moeten plaatsvinden maar er waren nogal wat tegenslagen. Zo werd de keuze voor de lanceerraket verschillende malen gewijzigd. Nadat de ESA had gevraagd voor internationale samenwerking stemde de NASA in 2009 in in deelname aan het project. ESA en NASA richtten het Mars Exploration Joint Initiative op dat de lanceringen in 2016, 2018 en 2020 moest omvatten.

De ExoMars rover op het stationaire platform
De ExoMars rover op het stationaire platform dat door de Russen gebouwd gaat worden. Credit: ESA

NASA zou in eerste instantie de ExoMars lanceren maar in 2012 werd de NASA getroffen door grote bezuinigingen bij de afdeling die zich met planeetonderzoek bezig hield. NASA koos er voor om missies als de James Webb Space Telescope voorrang te geven en stapte uit het project. ESA ging op zoek naar een andere partner en vond die in het Russische Roscosmos die de lanceerraketten zal gaan leveren. Ook zullen de Russen deelnemen aan de ontwikkeling van de ExoMars rover en enkele andere delen van de missie.

 

TGO en Schiaparelli

De Trace Gas Orbiter is ontworpen om verschillende soorten gas in de atmosfeer van Mars te kunnen onderzoeken. De atmosfeer van Mars bestaat voornamelijk uit koolstofdioxide gas maar minder vaak voorkomende moleculen zoals methaan zouden kunnen helpen bij het onderzoek of er ooit leven is geweest aan het oppervlak.

Methaan kan een indicator zijn voor biologische activiteit maar het is onduidelijk hoeveel methaan er is en wat de bron er van zou zijn. Verschillende missies hebben verschillende concentraties gemeten. Eind 2013, begin 2014 zag de Mars Curiosity Rover tijdens de herfst op Mars een piek in de hoeveelheid. Echter toen het in 2016 opnieuw herfst werd in de Gale krater waar de Curiosity zich bevindt, werd deze piek niet opnieuw waargenomen. Mogelijk kan methaan dus niet in verband gebracht worden met de seizoenen op de rode planeet.

Met vier wetenschappelijke instrumenten zal de Trace Gas Orbiter zoeken naar gassen als methaan, waterdamp en stikstofoxides. De TGO zal kijken hoe de samenstelling van de atmosfeer en de temperatuur veranderen tijdens het wisselen van de seizoenen. Ook zal de TGO zoeken naar waterstof onder het oppervlak en zoeken naar ondergrondse afzettingen van waterijs. Naar verwachting zal in 2021 de ExoMars rover arriveren op de rode planeet. De TGO zal dan ook als tussenstation dienen in de communicatie met deze rover.

Schiaparelli landingsplaats
Animatie van de landingsplaats van de Schiaparelli waarop duidelijk de veranderingen zijn te zien. credit: NASA/JPL

Samen met de TGO werd er ook een lander meegestuurd naar de rode planeet. Deze lander, Schiaparelli genoemd, was bedoeld om verschillende landingstechnieken te testen en zou ook enkele dagen waarnemingen moeten doen aan het oppervlak van Mars. Schiaparelli had daarvoor een instrumentenpakket aan boord met de naam DREAMS (Dust Characterization, Risk Assessment and Environment Analyzer on the Martian Surface). DREAMS had metingen moeten doen van de windsnelheid, de temperatuur van de atmosfeer en elektrische velden in de atmosfeer.

TGO en Schiaparelli werden beiden op 14 maart 2016 gelanceerd. Een paar dagen voor hun verwachte aankomst bij Mars op 19 oktober 2016 scheidden de twee verkenners. TGO kwam daarna succesvol in een baan om Mars en keek toe hoe de Schiaparelli probeerde te landen. Schiaparelli kwam goed door de atmosfeer heen maar kort voor de landing stokte de communicatie. Wat er precies is misgegaan wordt nog onderzocht; het lijkt erop dat de remraketten niet goed genoeg hebben gewerkt. Gelukkig heeft de TGO de landing bijna volledig kunnen volgen en ook de Amerikaanse Mars Reconnaissance Orbiter heeft een paar dagen later de cash site gedetailleerd gefotografeerd zodat er voldoende informatie voorhanden is om de oorzaak te achterhalen.

De Marsrover en oppervlakteplatform

De tweede fase van de ExoMars-missie bestaat uit een door Rusland gebouwd oppervlakte platform en een Europese rover. De scoop voor de rover is al enkele malen gewijzigd als gevolg van veranderende geldstromen. Nadat Roscosmos deelnam aan de missie werd de lancering van de rover gepland voor 2018.

Als gevolg van vertragingen aan zowel Russische als Europese zijde is die lancering naar achteren verplaatst naar vermoedelijk 2020. Iedere twee jaar is het mogelijk om onder goede omstandigheden iets naar Mars te lanceren. Dat betekent dat er in een dergelijk lanceervenster goedkoper gelanceerd kan worden en de reis naar Mars toe aanmerkelijk korter duurt. Als het ene lanceervenster gemist wordt zal er gewacht moeten worden op een volgend gunstig lanceervenster.

Als de ExoMars rover eenmaal op Mars is gaat die zoeken naar tekenen van leven (zowel in het verleden als het heden), zoeken naar water en andere elementen net onder het oppervlak van de planeet. Onderzoekers stellen dat het op Mars gemakkelijker zoeken is naar vroeger leven dan op Aarde omdat Mars geen plaattektoniek op grote schaal heeft. Op Aarde is plaattektoniek er verantwoordelijk voor dat oud gesteente wordt gerecycled en dat aanwijzingen voor leven in het verleden snel verdwijnen.

ExoMars zal worden uitgerust met een grote boor zodat de geochemische samenstelling net onder het oppervlak kan worden onderzocht. De boor is ongeveer 2 meter lang en als het lukt dan is dit de langste boor die tot u toe op Mars is gebruikt.

Wetenschappers denken dat organische bestanddelen die een mogelijke indicatie zijn voor leven, bewaard kunnen zijn in de Martiaanse bodem maar die componenten zouden zich dan wel diep genoeg in de bodem moeten bevinden om niet afgebroken te worden door de straling vanuit de ruimte. Leven aan het oppervlak, als het al bestaan heeft, wordt ofwel door de sterke Martiaanse winden weggeblazen of verbrandt als gevolg van de sterke kosmische straling aan het oppervlak.

 

Eerste publicatie: 3 december 2016
Bron: space.com