ในภารกิจที่อยู่ห่างจากโลกมากกว่า 200 ล้านไมล์ ยานอวกาศ OSIRIS-REx คว้าก้อนหินจาก Bennu
ยานอวกาศ OSIRIS-REx ของ NASA เพิ่งชนะเกมแท็กที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกมหนึ่งในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ เมื่อเดือนที่แล้ว ยานลำเล็กที่กล้าแกร่งเอื้อมมือออกไป และไฮไฟว์ Bennu ซึ่งเป็นดาวเคราะห์น้อยรูปเพชรขนาดประมาณตึกระฟ้า แย่งตัวอย่างพื้นผิวของมันในกระบวนการนี้
ยานโคจรรอบก้อนหินห่างจากโลกมากกว่า 200 ล้านไมล์ ยานอวกาศขยายแขนหุ่นยนต์และระเบิดพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยด้วยก๊าซไนโตรเจนบริสุทธิ์ จากนั้นจึงใช้หัวรวบรวมตัวอย่างเพื่อดูดฝุ่นวัสดุที่ถูกรบกวน
แต่หัวหน้าคอลเลกชันของ OSIRIS-Rex อาจทำงานได้ดีเกินไป มันเกาะติดกับวัสดุที่เป็นหินมากจนไม่สามารถปิดแผ่นปิดของคอลเลกชันได้อย่างปลอดภัย ก้อนหินล้ำค่ารั่วไหลออกสู่อวกาศ ทำให้เกิดปัญหาว่ายานอวกาศควรจัดเก็บสินค้าอย่างไร
“นี่เป็นภารกิจที่ทำให้เราประหลาดใจ” Dante Lauretta นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์แห่งมหาวิทยาลัยแอริโซนาและผู้ตรวจสอบหลักของภารกิจ OSIRIS-REx กล่าวในระหว่างการแถลงข่าวสามวันหลังจากการรวบรวมกล่าว “เราไม่สามารถทำการทดลองการเก็บที่ดีกว่านี้ได้: สำเร็จแล้ว เรารวบรวมตัวอย่างได้ 100 กรัม แต่ความกังวลที่ใหญ่ที่สุดคือการที่อนุภาคหลุดรอดไปได้”
รูปภาพและวิดีโอที่ส่งกลับมาจากยานอวกาศแสดงให้เห็นว่าส่วนหัวของยานดังกล่าวมีเศษซากดาวเคราะห์น้อยจำนวนมหาศาล รวมทั้งหินก้อนใหญ่พอสมควร Lauretta กล่าวว่าก้อนกรวดขนาดใหญ่เหล่านี้มีขนาดใหญ่พอที่จะป้องกันไม่ให้แผ่นปิดปิด การค้นพบนี้ทำให้ทีมภารกิจต้องเปลี่ยนแผนโดยสิ้นเชิง แทนที่จะใช้เวลาในการวัดว่าเก็บตัวอย่างได้มากเพียงใด ทีมงานต้องแข่งกันเก็บหินก่อนที่จะสูญเสียพื้นที่มากเกินไป ซึ่งเป็นกระบวนการที่พิถีพิถันซึ่งใช้เวลาหลายวันกว่าจะเสร็จสมบูรณ์
นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าการเคลื่อนที่แบบสัมผัสและเคลื่อนตัวไม่เพียงส่งผลให้การรวบรวมตัวอย่างประสบความสำเร็จ แต่ยังให้ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับชั้นของหินหลวมที่อาจปกคลุมพื้นผิวของวัตถุดาวเคราะห์ขนาดเล็กจำนวนมาก เช่น ดาวเคราะห์น้อย Bennu วัสดุนี้ ซึ่งก่อนหน้านี้คิดว่าคล้ายกับพื้นหินแข็ง จริงๆ แล้วเหมือนหลุมลูกในสนามเด็กเล่นมากกว่า
ทีมงานกังวลใจที่จะได้เก็บตัวอย่าง แต่ไม่รู้ว่าพวกเขามีวัสดุมากแค่ไหน จนกว่ายานจะกลับสู่โลกภายในสามปี แต่นักวิทยาศาสตร์มั่นใจมากว่าพวกเขาคว้าได้มากกว่าภารกิจขั้นต่ำ 60 กรัม จากภาพที่ฉายกลับมา ลอเร็ตตาและทีมของเขาคิดว่าพวกเขาคว้าวัสดุได้อย่างน้อย 400 กรัม
แม้จะมีความไม่แน่นอน OSIRIS-REx ทำสิ่งที่ยานอวกาศ NASA อื่นไม่ได้ทำ: เอื้อมมือออกไปและสัมผัสพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อย กลอุบายที่กล้าหาญนี้ใช้เวลาหลายสิบปีในการสร้าง
นักวิทยาศาสตร์ของ NASA เริ่มวางแผนภารกิจในปี 2547 เมื่อ 4 ปีที่แล้ว OSIRIS-REx ได้เปิดตัวในการเดินทางไปยัง Bennu OSIRIS-REx ซึ่งย่อมาจาก Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security และ Regolith Explorer ได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบคำถามพื้นฐานหลายประการ รวมถึง “เรามาจากไหน” ดาวเคราะห์น้อยเป็นขุมสมบัติทางวิทยาศาสตร์ เพราะมีชิ้นส่วนของสสารแรกสุดที่สร้างระบบสุริยะของเรา ดวงจันทร์และดาวเคราะห์เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา แต่ดาวเคราะห์น้อยส่วนใหญ่ไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งทำให้พวกมันสามารถรักษาฟอสซิลของกาแล็กซี่ได้อย่างสมบูรณ์แบบ Lori Glaze ผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ของ NASA กล่าวในการแถลงข่าวว่า “พวกเขาสามารถให้ข้อมูลอันมีค่าเกี่ยวกับการที่ดาวเคราะห์ต่างๆ เกิดขึ้นได้ เช่นเดียวกับเราเอง”
โลกมีชั้นบรรยากาศและการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกแบบแอคทีฟ เป็นผลให้หินที่เก่าแก่ที่สุดมักจะผุกร่อนหรือถูกผลักลึกเข้าไปในเสื้อคลุม ดังนั้น นักวิจัยจึงมักใช้ชิ้นส่วนของดาวเคราะห์น้อยที่ลงจอดที่นี่ ซึ่งเรียกว่าอุกกาบาต เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบของระบบสุริยะและโลกในสมัยโบราณ
ดาวเคราะห์น้อยสามารถประกอบด้วยคาร์บอนและสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ รวมทั้งองค์ประกอบพื้นฐานของชีวิต ซึ่งไม่พบในอุกกาบาต เพื่อให้เข้าใจอย่างแท้จริงว่าชีวิตบนโลกเริ่มต้นขึ้นเมื่อหลายพันล้านปีก่อนได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเราจำเป็นต้องไปในที่ที่ยังไม่มีชีวิต เช่น Bennu
OSIRIS-REx มาถึง Bennu ในปี 2018 และเริ่มโคจรรอบ โดยใช้เวลาเกือบสองปีในการสำรวจดาวเคราะห์น้อยอย่างละเอียดโดยใช้เครื่องวัดระยะสูงแบบเลเซอร์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ลำแสงเลเซอร์ในการวัดพื้นผิวของดาวเคราะห์และวัตถุที่เป็นหินอื่นๆ จากข้อมูลเบื้องต้น Lauretta และทีมของเขาคาดว่าจะเห็นพื้นผิวทราย แต่ก็ต้องตกใจเมื่อพบว่า Bennu ถูกปกคลุมด้วยก้อนหิน สิ่งนี้ทำให้เกิดความท้าทาย เนื่องจากเดิมทีทีมวางแผนที่จะลงจอดยานบนดาวเคราะห์น้อยและรวบรวมตัวอย่าง เนื่องจาก Bennu เป็นกองซากปรักหักพังของจักรวาลที่ลอยอยู่ ทีมงานจึงตัดสินใจที่จะยกเลิกการลงจอด และตัดสินใจใช้วิธีโดยใช้แขนหุ่นยนต์นั้นแทน
Regolith สิ่งสกปรกและเศษหินหรืออิฐที่พบในดาวเคราะห์น้อยก็เหมือนกับสิ่งสกปรกที่พบได้บนโลก แต่ในอวกาศ วิธีการตักและขุดแบบดั้งเดิมจะไม่ทำงานเนื่องจากไม่มีแรงโน้มถ่วง วิศวกรของ Lockheed Martin ในโคโลราโด ซึ่งเป็นสถานที่สร้างยานอวกาศ จำเป็นต้องหาวิธีรวบรวมตัวอย่าง จิม แฮร์ริส วิศวกรของล็อกฮีดช่วยคิดไอเดียในการดูดฝุ่นเรโกลิธ เขาใช้ถ้วยโซโลและเครื่องอัดอากาศในถนนรถแล่น เขาทดสอบต้นแบบพื้นฐานมาก
เดิมชื่อ Muucav (การสะกดสูญญากาศย้อนหลัง) เครื่องคุมกำเนิดของ Harris ได้รับการสร้างขึ้นและเรียกว่ากลไกการได้มาซึ่งตัวอย่าง Touch And Go หรือที่รู้จักว่า TAGSAM อุปกรณ์ประกอบด้วยแขนหุ่นยนต์และเครื่องดูดฝุ่นที่ดูเหมือนหัวฝักบัวทรงกลมขนาดยักษ์ แต่แทนที่จะมีน้ำพุ่งออกมา หัวจะระเบิดผิวของ Bennu ด้วยแก๊ส ดูดวัสดุและเก็บไว้ TAGSAM ซึ่งบรรจุก๊าซสามตู้คอนเทนเนอร์ มีโอกาสสามครั้งในการรวบรวมดาวเคราะห์น้อยอย่างน้อย 60 กรัม (2 ออนซ์) แคปซูลสะสมมีมากกว่าการทดลองครั้งแรกมาก ซึ่งนักวิทยาศาสตร์หักเงินเมื่อเห็นว่าหัวรวบรวมไม่สามารถปิดได้
เดิมที ทีมงานได้วางแผนที่จะวัดปริมาณหินในหัวตัวอย่างโดยสั่งให้ยานอวกาศหมุนไปรอบๆ โดยให้แขนหุ่นยนต์ยื่นออกไป ยิ่งเก็บวัสดุมากเท่าใด ก็จะต้องใช้แรงมากขึ้นในการเร่งการหมุนของ OSIRIS-REx ทำให้นักวิจัยสามารถประมาณปริมาณตัวอย่างได้ภายในไม่กี่กรัม เนื่องจากฝาปิดไม่สามารถปิดได้ ทีมงานจึงต้องการลดจำนวนตัวอย่างที่เสียไปในอวกาศให้เหลือน้อยที่สุด ดังนั้นพวกเขาจึงเลือกที่จะข้ามขั้นตอนการวัดค่าและมุ่งเน้นไปที่การจัดเก็บหัวตัวอย่างโดยเร็วที่สุด
ทีมงานค่อยๆ ย้ายส่วนหัวของตัวอย่าง—ฝาเปิดและทั้งหมด—ไปยังภาชนะจัดเก็บและวางไว้ข้างในอย่างระมัดระวัง กลไกการล็อคสองตัวช่วยยึดให้แน่น จากนั้นแขนก็ดึงเบา ๆ ที่ศีรษะเพื่อให้แน่ใจว่าได้ตั้งไว้
OSIRIS-REx จะโคจรรอบ Bennu จนถึงเดือนมีนาคม ซึ่งจะออกจากดาวเคราะห์น้อย การเดินทางกลับสู่โลกจะใช้เวลาประมาณสองปีครึ่ง เมื่อถึงจุดนั้น ถังเก็บตัวอย่างจะแยกออกจากยานอวกาศและโดดร่มลงจอดในทะเลทรายยูทาห์ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2566 ซึ่งอาจบรรทุกตัวอย่างนอกโลกที่ใหญ่ที่สุดนับตั้งแต่ยุคอพอลโล
นักวิจัยทั่วโลกกำลังเตรียมห้องทดลองเพื่อศึกษาเนื้อหานี้อยู่แล้ว เหตุผลหนึ่งที่ Bennu ได้รับเลือกให้เป็นเป้าหมายก็เพราะนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามันเป็นเศษเสี้ยวของสิ่งที่เคยเป็นหินอวกาศที่ใหญ่กว่ามาก วัตถุที่แตกออกระหว่างการชนกันระหว่างดาวเคราะห์น้อยสองดวงในช่วงต้นของประวัติศาสตร์ระบบสุริยะของเรา กองซากปรักหักพังอายุ 4.5 พันล้านปีเป็นแคปซูลเวลาจักรวาลที่ได้รับการเก็บรักษาไว้อย่างสมบูรณ์
ในบทความชุดหนึ่งที่ตีพิมพ์ในวารสารScienceเมื่อวันที่ 8 ตุลาคม Lauretta และทีมนักวิจัยค้นพบว่า Bennu ได้รับรางวัลจักรวาล: เส้นเลือดหนาของแร่ธาตุอินทรีย์ที่เรียกว่าคาร์บอเนตซึ่งก่อตัวในระบบความร้อนใต้พิภพ ตัวอย่างที่รวบรวมมานี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจบทบาทของดาวเคราะห์น้อยในการนำน้ำและวัสดุพรีไบโอติกมายังโลกได้ดีขึ้น ซึ่งเป็นการสร้างพื้นฐานสำหรับชีวิต
Jamie Elsila นักวิทยาศาสตร์การวิจัยที่ NASA Goddard Space Flight Center มีความสนใจเป็นพิเศษในกรดอะมิโนซึ่งก่อตัวเป็นโปรตีนที่พัฒนาขึ้นภายในสิ่งสกปรกของ Bennu สิ่งมีชีวิตบนโลกใช้กรดอะมิโน 20 ชนิด แต่มีการระบุอีกมากในตัวอย่างอุกกาบาตที่ตกลงสู่พื้น ตัวอย่างเหล่านั้นอาจได้รับผลกระทบจากการเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศ ตัวอย่างของ Bennu นั้นบริสุทธิ์ ซึ่งหมายความว่าพวกมันสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ระบุได้ว่ากรดอะมิโนใดมีอยู่ในระบบสุริยะยุคแรก และหักดูว่าพวกมันมีอิทธิพลต่อชีวิตบนโลกอย่างไร
การศึกษาชิ้นส่วนของ Bennu อาจมีความหมายที่กว้างขึ้นสำหรับชีวิตทั่วทั้งจักรวาล “ถ้าเคมีแบบนี้เกิดขึ้นในระบบสุริยะยุคแรก มันก็อาจเกิดขึ้นในระบบสุริยะอื่นเช่นกัน” ลอเร็ตตากล่าว “มันสามารถช่วยเราประเมินความเป็นไปได้ของชีวิตทั่วทั้งดาราจักรและในท้ายที่สุดก็คือจักรวาล”
