Başka bir gezegene yapılacak ilk çift uydu misyonu olan NASA’nın ESCAPADE (Kaçış ve Plazma Hızlandırma ve Dinamik Kaşifleri), Cape Canaveral, Florida’dan en erken 9 Kasım Pazar günü fırlatılması planlanıyor. Birbirinin aynısı olan iki uzay aracı Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesi tarafından yönetiliyor ve işletiliyor ve Mars’ın manyetik alanlarını, üst atmosferini ve iyonosferini 3 boyutlu olarak haritalamak üzere uçacak ve Kızıl Gezegenin eşsiz yakın uzay ortamının ilk stereo görüntüsünü sağlayacak.
Buldukları şey, bilim adamlarının Mars’ın atmosferini nasıl ve ne zaman kaybettiğini anlamalarına yardımcı olacak ve Mars’a inen veya yerleşen insanları etkileyebilecek gezegendeki koşullar hakkında önemli bilgiler sağlayacak.
UC Berkeley Uzay Bilimleri Laboratuvarı’ndan (SSL) ESCAPADE baş araştırmacısı Robert Lillis, “İyonosferin nasıl değiştiğini anlamak, birbirimizle iletişim kurmak ve Mars’ta gezinmek için ihtiyaç duyacağımız radyo sinyallerindeki bozulmaları nasıl düzelteceğimizi anlamanın gerçekten önemli bir parçası olacak” dedi.
2027’de Mars’a ulaşacak olan uydu çiftine, UC Berkeley’in okul renkleri onuruna Mavi ve Altın takma adı verildi. Berkeley kampüsünün yukarısındaki tepelerde bulunan SSL’nin görev operasyon merkezinden (MOC) yönetilecekler. Bilim araçları, konuşlandırılabilir bomlar ve veri işleme bilgisayarları UC Berkeley ve ortakları tarafından inşa edilirken, ESCAPADE uzay aracı, merkezi Long Beach, California’da bulunan Rocket Lab US tarafından inşa edildi. NASA misyonu, merkezi Kent, Washington’da bulunan Blue Origin tarafından inşa edilen New Glenn roketi ile uzaya taşınacak.
Gezegenin manyetik alanlarını ve bunların uzay havasına tepkisini haritalandırmak önemlidir çünkü Mars’ın ne Dünya gibi küresel bir manyetik alanı ne de yüzeyi zararlı güneş fırtınalarından koruyacak kalın bir atmosferi vardır. Sonuç olarak yüzeyde yaşayan herkes, DNA’ya zarar vererek kanser riskini artıran yüksek enerjili parçacık radyasyonundan kendilerini korumak zorunda kalacak.
Lillis, Samanyolu galaksimizden gelen bir arka plan radyasyon seviyesinin Mars’ta her zaman mevcut olduğunu söyledi, ancak geçen yıl NASA’nın Curiosity gezgini, bu “normal” arka planın 100 gününe eşdeğer bir günde bir gün içinde ortaya çıkan yoğun bir güneş fırtınasını belgeledi.
Lillis, “Radyasyonu Mars yüzeyindeki veya yörüngedeki astronotlara zarar verebilecek güneş fırtınalarını tahmin etmek için sistemi yeterince iyi anlamak için ihtiyaç duyduğumuz uzay havası ölçümlerini yapacağız” dedi.
ESCAPADE, ana görevlerinin yanı sıra Mars’a giden yeni bir rotaya veya yörüngeye de öncülük edecek. Tipik olarak, Mars’a yapılan görevler, uzay aracının yakıt açısından en verimli rotayı izlemesine olanak tanıyan dar bir aralıkta (her 26 ayda bir yalnızca birkaç hafta) başlatılır: Uzay aracının Dünya’nın yörüngesinden çıkmasına ve Kızıl Gezegeni hızla geçerken yakalamak için Mars’ın yörüngesine tam doğru zamanda girmesine olanak tanıyan eliptik bir yol. Yörüngeler genellikle yedi ila 11 ay arasında sürer. Şimdiye kadarki tüm Mars misyonları, Hohmann Transferi adı verilen ve fırlatmaları Dünya ile Mars arasındaki bu iki yılda bir hizalamayla sınırlayan bu rotayı kullandı.
ESCAPADE bunun yerine önce Lagrange noktasına (güneş ve Dünya’nın çekim kuvvetinin eşit olduğu bir yer) gidecek ve onun etrafında tembel, 12 aylık barbunya fasulyesi şeklinde bir yörüngede dönecek ve bu yörünge sonunda onu Kasım 2026’nın başlarında Dünya’ya geri getirecek. ESCAPADE, en yakın yaklaşımında motorlarını Dünya’nın etrafında sapan yapmak için ateşleyecek ve iki yılda bir Dünya ile hizalanması sırasında Mars’la buluşmak üzere yola çıkacak.
Lillis, eğer insanlar gelecekte Mars’a yerleşmeyi planlıyorsa, her hizalanma sırasında yüz binlerce mürettebatlı ve mürettebatsız geminin yola çıkması gerekeceğini söyledi. Dünya’da sınırlı sayıda fırlatma rampası olduğundan ve hava koşulları ve teknik gecikmeler yaygın olduğundan, ESCAPADE’in öncülük edeceği esnek yörünge, tüm bu uzay araçlarının gezegen hizalaması sırasında Mars’a doğru yola çıkmadan önce “sıraya girerek” aylarca fırlatılmasına olanak tanıyabilir.
NASA’nın ESCAPADE ortaklarından biri olan Advanced Space LLC’den Jeffrey Parker, bu yılın başlarında düzenlenen bir konferansta, “Gezegenler hizalanmadığında Mars’a fırlatılabilir miyiz? ESCAPADE bunun önünü açıyor” dedi.
Bilim hedefleri
UC Berkeley’de yapılan deneyler yaklaşık 60 yıldır Mars’a gidiyor ve bugün gördüğümüz gezegeni neyin şekillendirdiğini anlamak için atmosferini, manyetik alanlarını ve uzay havasını ortaya çıkarıyor. Berkeley, NASA’nın 1996 yılında başlatılan Mars Global Surveyor misyonu için aletler üretti ve Mars’ın yaklaşık 4 milyar yıl önce küresel manyetik alanını kaybettiğini keşfetti.
Berkeley’in şu anda Mars’ın atmosferini izleyen ve yeni tür auroraları keşfeden devam eden iki görevde araçları var: NASA’nın 2013’te fırlatılan MAVEN’i ve 2020’de fırlatılan Emirates Mars Misyonu Umut sondası.
Bu görevler, Mars’ın Dünya’nınki gibi küresel bir manyetik alana sahip olmasa da, güçlü bir şekilde mıknatıslanmış kabuğunun neden olduğu lokalize manyetik alanlara sahip olduğunu gösterdi. Bu “kabuk alanları”, kayaları soğudukça veya su tarafından değiştirilirken mıknatıslayan, çoktan kaybolmuş bir küresel manyetik alanın kalıntılarıdır.
Lillis, “Mars, yerel olarak güçlü, ancak genel olarak Dünya’nın alanından çok daha zayıf olan manyetik alanlarla sonuçlanan bu düzensiz kabuk manyetizmasına sahiptir.” dedi. “Güneş rüzgarını yüzeyden 1.500 km uzağa itmede etkililer.”
Berkeley liderliğindeki en yeni görev olan ESCAPADE’in iki sondası, gezegenin etrafında farklı yörüngelerde uçacak ve Mars atmosferinin, güneşten gelen yüklü parçacıkların saatte bir milyon mil hızla akan güneş rüzgârındaki değişikliklere nasıl tepki verdiğinin 3 boyutlu bir görünümünü sağlayacak. Amaç, güneş rüzgarının parçacıklara nasıl enerji verdiğini ve uzaya kaçmalarına nasıl yardımcı olduğunu daha iyi anlamaktır. Son 4 milyar yılda suyun ve diğer atmosferik gazların kaçması, Dünya’nın yoğunluğunun %1’inden daha az olan ince, incecik bir atmosfere yol açtı.
Lillis, “Güneş rüzgarının farklı atmosferik kaçış türlerini nasıl yönlendirdiğini anlamak, Mars’ın iklim evrimi bulmacasının önemli bir parçasıdır. ESCAPADE bize stereo perspektif diyebileceğiniz şeyi, aynı anda iki farklı görüş noktasını sağlıyor” dedi.
Veriler, bir zamanlar Mars’taki gölleri ve nehirleri, en azından aralıklı olarak, 2 milyar yıl öncesine kadar dolduran suya ne olduğunu ve gelecekteki Marslı koloniciler tarafından yararlanılmak üzere yeraltında hala mevcut olup olmadığını belirlemeye yardımcı olabilir.
Görevin baş araştırmacı yardımcısı uzay fizikçisi Shaoxui Xu, “Jeolojik kanıtlar Mars’ta bir zamanlar su bulunduğunu ve suyu tutabilmek için kalın bir atmosfere ihtiyacınız olduğunu gösteriyor” dedi.
“Yani Mars’ta bir zamanlar yeterince kalın bir atmosfer olduğunu biliyoruz, ancak şimdi bu çok zayıf. Atmosferi terk etmenin yalnızca iki yolu var; ya yere gitmek ya da uzaya kaçmak ve kaçışın atmosferin evrimine çok önemli bir katkı sağladığını gösteren birçok çalışma var.”
Güneş rüzgarının üst atmosferi veya iyonosferi nasıl etkilediğini anlamak, aynı zamanda gezegen yüzeyindeki iletişim için de anlamlara sahiptir, çünkü iyonosferden yansıyan radyo sinyalleri ufukta iletişime izin verir.
İşleri yapmanın yeni bir yolu
Lillis ve meslektaşları, NASA’nın konsept çalışması için başlangıç parası sağladığı 2016 yılından bu yana ESCAPADE üzerinde çalışıyorlar. Bu, 2018 yılında NASA’nın SIMPLEx programına veya Gezegen Araştırmaları için Küçük Yenilikçi Görevler programına, tipik misyonların maliyetinin çok küçük bir kısmı için misyonları finanse etmeyi amaçlayan teklifle sonuçlandı.
SSL mühendisleri deneyleri tasarlayıp inşa ederken, fırlatma hizmetleri ve uzay sistemlerinde küresel bir lider olan Rocket Lab US, aletleri taşıyacak uzay aracını tasarlayıp inşa etti ve bunları şirketin Long Beach’teki kompleksinde entegre edip test etti. Uzay aracını 2024 yılında fırlatma rampasına teslim etmenin maliyeti 49 milyon dolardı.
Lillis, “ESCAPADE, çok daha düşük maliyet, daha fazla ticari katılım ve biraz daha yüksek risk toleransı ile işleri yapmanın yeni bir yolunu temsil ediyor” dedi. “Bireysel bileşenlerin ve alt sistemlerin güvenilirliği arttı, bu nedenle Mars’a iki uzay aracını 10 veya 15 yıl öncesine göre yaklaşık onda birine göndermek mümkün.”
Misyonun başlangıçta 2024 sonbaharında New Glenn roketinin açılış fırlatma gemisindeki gezegensel hizalama penceresi sırasında başlatılması planlanmıştı. Bu, gezegensel hizalanma penceresinin ötesinde ertelendiğinde, ESCAPADE bu sonbaharda New Glenn’in ikinci uçuşu ve Mars’a tamamen yeni bir yörünge için yeniden planlandı.
Lillis, uyduların Mars’a vardıklarında senkronize olan daha düşük yörüngelere yerleşmelerinin yaklaşık yedi ay alacağını, “böylece aslında aynı yörüngede olacaklarını ve bir ip üzerindeki bir çift inci gibi birbirlerini takip edeceklerini” söyledi.
Lillis, “Bu bilimsel olarak önemli, çünkü sistemin kısa zaman ölçeğindeki değişkenliğini izlememize olanak sağlıyor. Şu anda bunun ne olduğunu bilmiyoruz çünkü MAVEN ve Avrupa’nın Mars Ekspresi gibi daha önce gönderilen görevler, belirli bir bölgedeki koşulların nasıl olduğunu görmek için yaklaşık dört veya beş saat sonra bir sonraki yörüngeye kadar beklemek zorunda kalmıştı.” dedi.
“Bu bölgeleri hızla arka arkaya geçen iki uzay aracımız olduğunda, bu bölgelerin iki dakika kadar kısa ve 30 dakikaya kadar zaman ölçeklerinde nasıl değiştiğini izleyebiliyoruz. Daha önce birkaç saat beklemek zorunda kaldık. Böylece bu, daha önce hiç yapmadığımız ölçümleri yapmamıza ve çok dinamik bir sistemi daha önce karakterize edemediğimiz bir şekilde karakterize etmemize olanak tanıyacak.”
Gemideki UC Berkeley cihazları, Mars’tan kaçan parçacıkların (hem iyonize atomlar hem de elektronlar) akışını ve enerjilerini ölçmek için iki elektrostatik analizör içeriyor.
SSL bilim ekibinin bir üyesi olan Gwen Hanley, “Parçacıkların hangi yöne gittiklerini ve hangi enerjilere sahip olduklarını bileceğiz, bu da bize onların Mars’a geri dönüp dönmeyeceklerini veya Mars’tan ayrılabileceklerini gösterecek” dedi.
Elektron elektrostatik analizörünün bilim lideri Phyllis Whittlesey, “Parçacıkların akış şekli ve iyonları, elektronları hızlandıran elektrik alanları ve yerel Mars ortamı hakkında çok şey öğrenebiliriz” diye ekledi.
NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi’ndeki bilim adamları bir manyetik alan detektörüne katkıda bulunurken, Florida’nın Embry-Riddle Havacılık Üniversitesi’ndeki araştırmacılar uzay aracının etrafındaki yüklü parçacıkları veya plazmayı ölçmek için bir cihaz geliştirdiler. Kuzey Arizona Üniversitesi’nden gelen yerleşik bir kamera, tozu ve gezegenin kutup ışıklarını fotoğraflayacak.
Lillis, Mars’a olan tüm ilgisine rağmen onu ziyaret etmek istemeyeceğini itiraf ediyor. Son derece düşük atmosferik basınçta, basınç giysisi olmadan kanınızın kaynayacağını söyledi. Ve insanların yüzeye çarpan kozmik radyasyona maruz kalmayı en aza indirmek için muhtemelen günün büyük bir bölümünde yeraltında yaşaması ve çalışması gerekecek.
“Mars’ta bir insan yerleşimi kurmak kesinlikle zor olacak” dedi. “Ama biliyorsun, insanlar azimlidir, değil mi?”
