Wie wertvoll sind Asteroidenproben? Wissenschaftler sind besorgt, weil sie die Proben nicht zurückbekommen können

Das Sammeln von Proben von weit entfernten Asteroiden ist ein äußerst schwieriges Luft- und Raumfahrtprojekt und nur wenige Länder sind derzeit dazu in der Lage. Um die Rückführung von Asteroidenproben zu ermöglichen, ist es neben der Herstellung einer äußerst zuverlässigen und anpassungsfähigen unbemannten Sonde, die durch die riesigen Tiefen des Weltraums reisen kann, auch notwendig, über präzise Navigationsfähigkeiten, hochauflösende Bildgebungsfähigkeiten und eine hochintelligente, selbstgesteuerte Bohr- und Sammeltechnologie zu verfügen. Nur wenn man Milliarden Kilometer durch den Weltraum zurücklegt und durch Leben und Tod geht, kann man eine kleine Probe zur Erde zurückbringen.

Derzeit sind die einzigen Missionen, die Asteroidenproben aus dem Weltraum zurückgebracht haben, die japanischen Missionen Hayabusa und Hayabusa 2 sowie OSIRIS-REx der NASA.

Hayabusa wurde 2003 gestartet und kehrte 2010 mit Proben aus dem Asteroidensystem Ryugu zurück. Die Sonde benötigte sieben Jahre und legte dabei etwa sechs Milliarden Kilometer zurück, konnte jedoch nur 1.500 Partikel mitnehmen, die kleiner als zehn Mikrometer waren und eine Masse hatten, die nur im Milligrammbereich gemessen werden kann. Hayabusa2 wurde 2014 gestartet und kehrte 2020 mit Proben des Asteroiden Ryugu zur Erde zurück, wobei nur 5,4 Gramm Kiesproben gesammelt wurden.

Wissenschaftler haben diese kleine Menge an Asteroidenproben verwendet, um viele Lücken in unserem Verständnis des Sonnensystems zu schließen. Die wichtigste Entdeckung besteht darin, dass die Proben mindestens 20.000 chemische Komponenten enthalten, darunter 20 Arten von Aminosäuren. Außerdem wurde flüssiges Wasser gefunden. Damit hat der Mensch zum ersten Mal die Quelle des Lebens außerhalb der Erde entdeckt.

Daher sind viele Wissenschaftler davon überzeugt, dass das Leben auf der Erde höchstwahrscheinlich aus dem Weltall stammt und dass die Keime des Lebens durch Meteoriten auf die Erde gebracht wurden und sich dort entwickelt haben. Die Forschung ist noch im Gange und mit der fortschreitenden Vertiefung der Erkenntnisse werden immer mehr Erkenntnisse über die Geheimnisse der Entstehung des Sonnensystems und der Geburt des Lebens gewonnen.

Daher ist die Erforschung von Asteroiden eine wichtige Aktivität in der weltweiten Luft- und Raumfahrtindustrie und ist in den letzten Jahren zu einem immer heißeren Thema im Wettbewerb zwischen den großen Weltraummächten geworden. Auch die 2016 von den USA gestartete Sonde OSIRIS-REx benötigte sieben Jahre und legte 6,4 Milliarden Kilometer zurück. Es sammelte Proben vom Asteroiden Bennu und kehrte am 24. September 2023 zur Erde zurück. Die freigesetzte Probenkapsel landete erfolgreich in Utah.

Dies ist die erste von der NASA gestartete Sonde zur Probenentnahme auf einem Asteroiden. Die Menge der gesammelten Proben ist relativ groß, sodass die wissenschaftliche Gemeinschaft große Erwartungen in diese Probe setzt. Allerdings blieben die nach zahlreichen Strapazen gesammelten Proben im verschlossenen Gefäß stecken und der Deckel ließ sich nicht öffnen, sodass die Proben im Gefäß blieben. Die Wissenschaftler waren hilflos und konnten nur ins Leere starren.

Manche Freunde sagen vielleicht, dass die Proben zur Erde zurückgekehrt seien und die Behälter von Menschenhand hergestellt worden seien. Wie könnten sie also nicht geöffnet werden? Sie können mit einer Eisenstange aufgehebelt werden. Die großen Diebe aus Filmen und Fernsehsendungen können in die sichersten und stabilsten Tresore oder Basen eindringen, als befänden sie sich in einem leeren Raum. Sind diese Wissenschaftler nicht sogar so gut wie Diebe?

Tatsächlich besteht diese Idee darin, die aus dem Weltraum gesammelten Proben zu unterschätzen. Diese Proben sind weitaus wertvoller als alle Schätze der Erde. Sogar die vom Mond gesammelten Proben sind mindestens eine Million Yuan pro Gramm wert. So kosteten beispielsweise die Herstellung und der Start von Chang'e 5 3 Milliarden Yuan und es wurden 1.731 Gramm Mondproben zur Erde zurückgebracht. Wenn man nur den Wert dieser Mondproben berechnet, beträgt der Wert jedes Gramms mehr als 1,7 Millionen Yuan, wobei die Forschungskosten vieler Wissenschaftler noch nicht eingerechnet sind.

Die Probenentnahme von Asteroiden erfordert eine viel größere Entfernung und ist viel schwieriger als die Probenentnahme vom Mond. Beispielsweise wurden für die japanische Mission Hayabusa 2 rund 150 Millionen US-Dollar investiert und 5,4 Gramm Proben vom Asteroiden Ryugu zurückgebracht, was Kosten von fast 28 Millionen US-Dollar pro Gramm verursachte. Die Gesamtinvestition für die OSIRIS-REx-Sonde der NASA belief sich auf eine Milliarde Dollar. Sie brachte 121,6 Gramm Proben vom Asteroiden Bennu zurück, was einem Preis von 8,22 Millionen Dollar pro Gramm entsprach.

Daher sind die von Asteroiden geborgenen Proben die wertvollsten Schätze der Erde. Um die Reinheit dieser Schätze nach ihrer Ankunft auf der Erde zu gewährleisten, müssen strengste Versiegelungsmaßnahmen ergriffen werden. Sie dürfen keinem Staub ausgesetzt werden und auch keine Spur von Gasen aus der Erdumgebung kann mit diesen Schätzen aus dem Weltall in Berührung kommen. Dies erfordert, dass die Sonde nach der Entnahme von Proben im fernen Weltraum eine Reihe komplexer Versiegelungsmaßnahmen durchläuft und nach ihrer Rückkehr zur Erde in speziellen geschlossenen Anlagen geöffnet wird.

Zu diesen komplexen Vorgängen gehören: Wie der Detektor Proben entnimmt, wie die Probenkabine im geschlossenen Zustand transportiert und geöffnet wird, wie die Probenversiegelung entfernt wird, wie die versiegelte Probendose geöffnet wird und wie die Probe entnommen wird. Jeder Schritt muss sehr präzise sein, um den ursprünglichen Zustand der Probe sicherzustellen. Diese wurden bei der Konstruktion der Sonde sorgfältig berücksichtigt und der gesamte Prozess wurde mehrere Monate vor der Rückkehr der Sonde geübt.

Der Probenahme- und Wiederherstellungsprozess des OSIRIS-REx-Detektors läuft ungefähr wie folgt ab:

Die Sonde OSIRIS-REx wurde im September 2016 gestartet. Nach ihrer Ankunft bei Bennu im Jahr 2018 beobachtete sie den Asteroiden zwei Jahre lang und näherte sich seiner Oberfläche erst im Jahr 2020 rasch. Die Probenahmemethode bestand darin, dass die Sonde im Moment der Annäherung an die Oberfläche von Bennu Stickstoff versprühte, um die Steine ​​und den Staub auf der Oberfläche von Bennu aufzuwirbeln, und die herumfliegenden Proben in den Sammler beförderte.

Tatsächlich ist der Asteroid Bennu mit einem Durchmesser von etwa 490 Metern kein ganzes Stück interstellaren Gesteins, sondern eine Ansammlung loser Steine, die aneinander haften. Diese Zusammensetzung ermöglicht es der Sonde, mehr Gesteinsstaub aufzuwirbeln und eine große Anzahl von Proben zu sammeln, sodass die zusätzlichen Proben an der Außenseite des Sammlers haften bleiben.

Nach Abschluss der Probenahme stellt die OSIRIS-REx-Sonde den Kollektor kopfüber in die Probenkammer am Boden der Sonde. Nachdem durch Schütteln bestätigt wurde, dass die Probenkammer versiegelt und sicher verschlossen ist, wird sie im Juli 2021 ihre Rückreise antreten und im September 2023 zur Erde zurückkehren. Sie wird die Rückkehrkapsel in Utah, USA, absetzen und eine sanfte Landung durchführen. Anschließend wird die Sonde, nachdem sie ihre Mission erfüllt hat, an der Erde vorbeifliegen und in eine Sonnenumlaufbahn eintreten, um dort ihren Lebensabend zu verbringen.

Nach Erhalt der Rückkehrkapsel transportierten die NASA-Mitarbeiter diese vorsichtig in einen nahegelegenen mobilen Reinraum, entfernten den Hitzeschild und die Außenhülle der Probenkapsel, nahmen den Kollektor heraus und schickten ihn innerhalb von 24 Stunden in einen speziellen Reinraum im Johnson Space Center in Houston, um den Kollektor in die Handschuhbox zu überführen.

Zu diesem Zeitpunkt ereignete sich ein Unfall. Das Forschungsteam stellte fest, dass die Öffnung des versiegelten Gefäßes feststeckte und die große Anzahl versiegelter Proben nicht geöffnet werden konnte. Obwohl es so aussieht, als könne diese Verstopfung mit den entsprechenden Werkzeugen gelöst werden, kann das Einführen jeglicher Werkzeuge in die extrem saubere Handschuhbox die Reinheit der Probe zerstören. Die Wissenschaftler können also nur hilflos zusehen und haben bisher keine Lösung gefunden!

Mit anderen Worten: Es ist nicht so, dass sich der festsitzende Probensammler nicht öffnen ließe, sondern die Wissenschaftler sind hilflos, weil in die extrem saubere Handschuhbox kein Werkzeug zum Zerlegen hineinpasst. Wäre es eine gewöhnliche Dose, könnte sie jeder normale Mensch mit herkömmlichen Werkzeugen öffnen, doch hier handelt es sich um eine Probe des Asteroiden Bennu, die 4,26 Millionen Dollar pro Gramm kostet, und nicht ein einziges Molekül Erdmaterial darf darin enthalten sein.

Sind die über Milliarden von Kilometern gesammelten Proben also nutzlos? Tatsächlich ist es nicht so schlimm. Im Gegenteil, es gab noch mehr Überraschungen: Wissenschaftler haben 70,5 Gramm Proben von der Außenseite der versiegelten Probendose gewonnen. Der ursprüngliche Plan für diese Mission bestand darin, insgesamt 60 Gramm Proben mitzubringen. Nun wurde die versiegelte Sammeldose noch nicht geöffnet und die Mission ist zu 17,5 % abgeschlossen.

Etwa 30 % der Proben des Asteroiden Bennu werden zur Erforschung durch 200 Wissenschaftler an entsprechende Labore auf der ganzen Welt verteilt, davon 4 % an Kanada und 0,5 % an Japan. Die NASA wird mindestens 70 % der Proben im Johnson Space Center aufbewahren und sie vorübergehend versiegeln, damit in einigen Jahren weitere Wissenschaftler sie weiter erforschen können. Was die restlichen Proben betrifft, die in den Probenbehältern stecken, glaube ich, dass die Wissenschaftler bald den „Schraubenschlüssel“ finden werden, um sie zu öffnen.

Wissenschaftler haben keine Kosten gescheut, um dieses kleine Staubstück von einem weit entfernten Asteroiden zurückzuholen, aber viele Menschen verstehen nicht, warum. Sie meinen, es wäre besser, so viel Geld und Spitzentechnologie dafür auszugeben, die Erde besser zu erforschen und den armen Menschen, die immer noch in Armut leben, mehr Hilfe zukommen zu lassen. Natürlich gibt es viele Wissenschaftler, die sich mit dieser Art von Arbeit beschäftigen, aber was Wissenschaftler von gewöhnlichen Menschen unterscheidet, ist ihre Weitsicht und ihr Wunsch, die Wahrheit über das Universum herauszufinden.

Asteroiden erforschen Durch das Studium von Asteroiden erfahren wir mehr über das Sonnensystem, die Entstehung der Erde sowie die Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft des Lebens und der Menschheit. Das Verständnis dieser Aspekte wird für das Fortbestehen und die Entwicklung der Menschheit in der Zukunft eine Schlüsselrolle spielen, kosmische Katastrophen verhindern und es der Menschheit ermöglichen, auf dem Weg der Fortpflanzung weiter voranzukommen.

Daher wird die Expeditionserkundung von Asteroiden fortgesetzt und Chinas Asteroidenerkundungsprogramm wurde ebenfalls gestartet. Voraussichtlich im Jahr 2024 soll die erste Asteroidensonde gestartet werden, um gleichzeitig zwei Himmelskörper zu erkunden, nämlich einen Asteroiden und einen Kometen. Es wird in Zukunft noch mehr spannende Geschichten über die Erforschung von Asteroiden geben, also warten wir ab.

Dies ist ein Originalartikel von Space-Time Communication. Bitte respektieren Sie das Urheberrecht des Autors. Vielen Dank für Ihr Verständnis und Ihre Unterstützung.

Referenzlink: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//www.iflscience.com/nasa-brings-back-actual-sample-of-asteroid-but-cant-open-the-lid-71285