Mars - najczęściej badana planeta w Układzie Słonecznym

Od dawna nie było dnia, aby na Marsie lub na jego orbicie nie działało kilka bezzałogowych sond. Spośród planet w Układzie Słonecznym więcej służących do badań i obserwacji sztucznych satelitów w historii miała tylko Ziemia.

Na orbicie okołomarsjańskiej od lat znajduje się amerykańska sonda 2001 Mars Odyssey. Była ona wystrzelona z Ziemi 7 kwietnia 2001 roku, a na orbitę dotarła 24 października 2001 roku. Jej głównym zadaniem było poszukiwanie śladów wody i lodu wodnego na powierzchni Marsa i pod nią, a także badania aktywności wulkanicznej. Sonda działa do dzisiaj, kontynuuje badania, a dodatkowo służy jako przekaźnik telekomunikacyjny dla innych sond, lądujących na powierzchni planety.

Kolejną "starą" misją jest Mars Express, prowadzona przez Europejską Agencją Kosmiczną (ESA). Sondę wystrzelono 2 czerwca 2003 r. z kosmodromu Bajkonur w Kazachstanie. Misja obejmowała sondę orbitalną Mars Express Orbiter (MEO) oraz brytyjski lądownik Beagle 2. Niestety część związana z lądowaniem nie powiodła się. Na początku 2015 roku na zdjęciach wysokiej rozdzielczości udało się odnaleźć lądownik. Okazało się, że miękko wylądował on na powierzchni planety. Przyczyną porażki było prawdopodobnie niepełne otwarcie paneli baterii słonecznych, co zablokowało antenę służącą do komunikacji z sondą orbitalną.

Beagle 2 być może nawet przez kilka miesięcy zbierał dane naukowe, ale nie był w stanie ich przesłać na Ziemię.

Natomiast ta część misji, która dotyczyła sondy orbitalnej Mars Express Orbiter, to zdecydowany sukces ESA. Sonda działa już kilkanaście lat i przekazała na Ziemię tysiące zdjęć planety wykonanych w wysokiej rozdzielczości. Misja ma szeroki obszar badań obejmujący atmosferę, klimat, mineralogię i geologię Marsa. Dodatkowo zbadała marsjański księżyc Fobos. Pomaga też czasem w przekazywaniu danych z amerykańskich łazików i lądowników marsjańskich.

Kolejna amerykańska misja to Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Sondę wystrzelono z Ziemi 12 sierpnia 2005 r., a na orbitę marsjańską dotarła 10 marca 2006 r. Do jej podstawowych dokonań należy przesłanie ogromnej liczby zdjęć planety w dużej rozdzielczości. Projekt zajmuje się poszukiwaniem złóż minerałów i innych dawnych obszarów, na których mogła występować woda (a potencjalnie także życie), badaniami klimatu planety (szczególnie transportem pyłu i wody w atmosferze oraz dawnymi przepływami wody i lawy na powierzchni) oraz badaniami geologii Marsa. Obecnie sonda MRO wspomaga także inne misje w przekazywaniu danych na Ziemię. NASA planuje użytkowanie tej sondy do połowy lat dwudziestych.

Dużo młodsza jest amerykańska sonda MAVEN. Była wystrzelona 18 listopada 2013 r., a na orbicie marsjańskiej znalazła się 21 września 2014 r. Zadaniem tego projektu są badania górnej atmosfery Marsa oraz jej oddziaływań ze Słońcem i wiatrem słonecznym. Do tej pory dostarczyła m.in. dowodów na to, że stopniowa utrata atmosfery w przestrzeń kosmiczną była głównym powodem zmian klimatycznych na Marsie. Odkryła też np. dwa nowe rodzaje zórz polarnych na Marsie.

Nie wszyscy wiedzą, iż Marsa badają także Indie. Ich sonda Mars Orbiter Mission (MOM, znana także jako Mangalyaan) została wystrzelona 5 listopada 2013 r., jako pierwsza indyjska sonda międzyplanetarna. Do Marsa dotarła 24 września 2014 r., wchodząc na orbitę wokół planety. Tym samym Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych (ISRO) stała się czwartą agencją kosmiczną na świecie, której sonda dotarła na orbitę marsjańską. Zadaniem misji MOM są badania morfologii, topografii i mineralogii Czerwonej Planety, a także analiza składu atmosfery i dynamiki jej górnych warstw oraz procesu utraty atmosfery w przestrzeń kosmiczną.

Jeszcze młodsza jest sonda ExoMars, a dokładniej ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO). Projekt jest efektem współpracy Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) i rosyjskiej agencji Roskosmos. Wystrzelenie z Ziemi nastąpiło 14 marca 2016 r., a wejście na orbitę 19 października 2016 r. Trzy dni wcześniej od sondy odłączył się lądownik Schiaparelli, jednak manewr lądowania nie udał się, lądownik rozbił się o powierzchnię planety. Podobnie jak w misji Mars Express, orbitalna część projektu działa jednak dobrze. Jej zdaniem są badania metanu i innych gazów śladowych w marsjańskiej atmosferze.

Do niedawna na Marsie działał amerykański łazik Opportunity umieszczony na powierzchni planety 25 stycznia 2004 r. Niestety nie przetrwał wielomiesięcznej burzy pyłowej: zamilkł i nie ponowił kontaktu z Ziemią. Jego misję zakończono w 2019 roku. Łazik Opportunity był wysłany razem z bliźniaczym łazikiem Spirit, który lądował w innym miejscu planety. Spirit przestał funkcjonować w 2010 roku. Misje Spirit i Opportunity dostarczyły mnóstwo informacji o geologii i atmosferze Marsa oraz poszukiwały wody i warunków zdatnych do istnienia życia mikrobiologicznego. Przykładowo udało się znaleźć różne minerały świadczące o tym, że kiedyś na Marsie występowało wilgotne środowisko, a w skałach przepływała woda. Obecność obu łazików przez kilkanaście lat na powierzchni dostarczyła nam także wiele informacji na temat aktualnego klimatu i warunków pogodowych panujących na Marsie.

Po powierzchni planety wciąż jeździ łazik Curiosity. Wystrzelony z Ziemi 26 listopada 2011 r., wylądował w kraterze Gale dnia 2 sierpnia 2012 r. Dokonuje m.in. wierceń w skałach. Badając skały, o których uważa się, że powstały kiedyś w wodzie, wykazał, że są w nich składniki sprzyjające życiu mikrobiologicznemu. Znalazł np. minerały ilaste i niezbyt dużo soli, co sugeruje, że kiedyś w tym miejscu płynęła woda, być może nawet zdatna do picia. Innym przykładowym odkryciem jest detekcja metanu i zmian jego poziomu w atmosferze. Nie wiadomo na razie jaki proces za to odpowiada - potencjalne źródło to reakcje chemiczne pomiędzy skałami, a wodą, ale metan może być też np. wytwarzany przez organizmy żywe.

Na 26 listopada 2018 r. na Marsa trafił amerykański lądownik InSight (wystrzelony z Ziemi 5 maja 2018 r.). Przy pomocy m.in. badań sejsmologicznych i odwiertów w głąb powierzchni ma ona pomóc naukowcom w badaniach wnętrza Marsa, a w konsekwencji także w zrozumieniu historii powstawania planet skalistych. W misję tę zaangażowane są tez polskie podmioty: Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz firma Astronika odpowiedzialne za mechanizm udarowy penetratora. Ta część misji jednak nie do końca się powiodła - udało się wbić na płytszą głębokość (około 40 cm) niż zakładane 5 metrów z powodu zbyt odmiennych własności gruntu niż te przewidywane do pracy instrumentu.

W roku 2021 do planety dotarły kolejne próbniki, z których jako pierwsza (9 lutego) orbitę okołomarsjańską osiągnęła sonda Al Amal (Hope) wysłana przez Zjednoczone Emiraty Arabskie (nazwa projektu: Emirates Mars Mission). W misję tę zaangażowane są także uniwersytety amerykańskie, a sondę w kosmos wyniosła rakieta japońska (19 lipca 2020 r.). Głównym zadaniem emirackiego próbnika są badania atmosfery Marsa. Ma analizować dzienne i sezonowe cykle pogodowe, zjawiska pogodowe w niskiej atmosferze (np. burze pyłowe), różnice w pogodzie pomiędzy różnymi obszarami na planecie. Być może dostarczy odpowiedzi, dlaczego Mars traci wodór i tlen w przestrzeń kosmiczną.

Dzień później (10 lutego) na orbitę weszła sonda chińska o nazwie Tianwen-1, wystrzelona z Ziemi 23 lipca 2020 r. Projekt ten jest bardziej rozbudowany, niż emiracki, i oprócz orbitera obejmuje także łazik. Ten pierwszy ma działać przez cały marsjański rok, czyli 687 dni ziemskich. Orbita Tianwen-1 ma być polarna z wysokością 265 km w punkcie najbliższym względem powierzchni planety i 12 tysięcy km w punkcie najdalszym. Na pokładzie sondy zamontowano siedem instrumentów naukowych. Są to kamery (dające rozdzielczość z orbity o wysokości 400 km na poziomie 100 metrów oraz 2 metrów), radar, spektrometr, magnetometr i analizatory cząstek.

Po kilku miesiącach w ramach misji Tianwen-1 na powierzchni ma wylądować łazik, który będzie eksplorował obszar o nazwie Utopia Plainita. Na swoim pokładzie posiada radar, detektor pola magnetycznego, kamerę wielospektralną, kamerę nawigacyjną, instrument do pomiarów meteorologicznych oraz instrument do badania składu skał.

Wśród naukowych celów projektu TIanwen 1 projektu znajdują się: poszukiwania dowodów na istnienie obecnie lub przeszłości życia na Marsie, wykonane map powierzchni planety, badanie składu gruntu, analiza rozmieszczenia lodu wodnego, badania atmosfery (w szczególności jonosfery). Misja ma być też testem technologii przed przyszłą chińską misją, która ma przywieźć na Ziemię próbki gruntu marsjańskiego.

Najbardziej zaawansowana technologicznie wydaje się misja nowego amerykańskiego łazika Perseverance, który wylądował 18 lutego w ramach projektu Mars 2020 (z Ziemi wystrzelono go 30 lipca 2020 r.). Łazik ten jest następcą Curiosity. Już w pierwszych dniach po wylądowaniu NASA zaprezentowała kilka osiągnięć Perseverance, dokonanych po raz pierwszy w misjach marsjańskich. Chodzi o bezpośredni film z lądowania, nagrany kamerami zamontowanymi na module lądowania i łaziku, czy zarejestrowanie dźwięków (po raz pierwszy w misjach marsjańskich sonda jest wyposażona w mikrofony).

Misja Perseverance ma obejmować dwa ważne testy technologiczne. Do łazika przyczepiony jest dron. Ten niewielki helikopter spróbuje wykonać kilka próbnych lotów w marsjańskiej atmosferze, co pozwoli sprawdzić, na ile efektywny może być taki sposób eksploracji planety. Jeśli testy wypadną pozytywnie, być może przyszłe misje bezzałogowe, a także zapowiadana na przyszłość misja załogowa, będą mieć na wyposażeniu drony. Bardzo ważny dla ewentualnej misji załogowej będzie też test efektywności wytwarzania tlenu ze składników atmosfery Marsa.

Jako naukowe cele misji wskazano badania zamieszkiwalności Marsa (identyfikacja dawnych środowisk zdolnych do podtrzymywania życia mikrobiologicznego), poszukiwanie biosygnatur (oznak potencjalnego dawnego życia mikrobiologicznego), badania próbek gruntu, analizy dla przyszłej misji załogowej (test produkcji tlenu ze składników marsjańskiej atmosfery).

To jednak nie koniec badań Marsa. Naukowcy i inżynierowie mają w planach już kolejne bezzałogowe misje do tej planety. Mniej lub bardziej sprecyzowane plany lub zapowiedzi dotyczą około 20 nowych projektów szykowanych m.in. przez Stany Zjednoczone, Europejską Agencję Kosmiczną, Rosję, Kanadę, Indie, Finlandię (liczba ta obejmuje zarówno misje skupione na badaniach Marsa, jak i sondy, które przelecą obok planety w drodze do innych celów).

Jest także zapowiedź wysłania polskiej sondy na Marsa - projekt o nazwie Mars 2023 został ogłoszony w 2019 roku przez konsorcjum w składzie Politechnika Wrocławska, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Politechnika Warszawska, Politechnika Gdańska, Politechnika Poznańska, Politechnika Łódzka, Katolicki Uniwersytet Lubelski oraz Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, razem z firmą SatRevolution oraz amerykańską firmą Virgin Orbit.

Dyskutuje się także o możliwościach załogowego lotu na Marsa. NASA ogłosiła, że powróci do załogowych badań Księżyca (plany stacji Gateway oraz bazy na powierzchni). Program Artemis ma być etapem w przygotowywaniu załogowego lotu na Marsa. Z kolei firma SpaceX zapowiada, że swoją misję załogową wyśle tam w 2026 roku.