Uniavisen
Københavns Universitet
Uafhængig af ledelsen

Videnskab

Mission til Mars

På trods af en meget slunken pengepung er det lykkedes et hold forskere fra Center for Planetforskning på Københavns Universitet at løse billet til NASA’s igangværende robotmission til Mars. I øjeblikket arbejder de danske forskere i missionens hovedkvarter i Californien hvor de spiller en aktiv rolle i udforskningen af den røde planet

Pasadena, Californien: Det er daggry i Gusev-krateret på Mars. Omkranset af en blå glorie rejser den blege sol sig langsomt på en rødbrun himmel og sender sine første stråler ind over kraterranden. Først er det kun kraterets østvendte vægge der oplyses, men efterhånden som Solen stiger på himlen når strålerne også helt ned i bunden af det halvanden kilometer dybe krater. Temperaturen i den tynde luft kravler langsomt op over -90 ºC.

Midt inde i krateret står robotbilen Spirit – en selvkørende opdagelsesrejsende der er udsendt fra planeten Jorden. Da Solens stråler er blevet tilstrækkeligt stærke, vågner Spirit af sin dvale og begynder at rette sin lille parabolantenne mod Jordens position på himlen. Kort efter er der kontakt: Spirit modtager dagens første række af kommandoer og kvitterer ved at sende en ladning data tilbage til den blå planet i det fjerne.
Samtidig, i Pasadena, Californien. En lang arbejdsdag starter for et hold forskere fra Center for Planetforskning ved Københavns Universitet. Morten Bo Madsen, Preben Bertelsen og Walter Goetz har til dagligt kontorer i Rockefeller komplekset på Østerbro, men for en tre måneders periode har de flyttet deres arbejdspladser til Jet Propulsion Laboratory i Pasadena. Her spiller de tre forskere en aktiv rolle i NASA’s ambitiøse Mars Exploration Rover mission hvor to robotbiler udforsker overfladen af den røde planet. Sammen med Kjartan Kinch fra Aarhus Universitet og Stubbe Faurschou Hviid fra Max-Planck-Institut für Aeronomie i Lindau udgør KU-forskerne den danske delegation i NASA’s Mars-mission.

I Pasadena er det ikke daggry, men sen eftermiddag da Morten, Preben og Wal-ter triller af sted i en lejet bil fra deres midlertidige hjem i old town Pasadena. De kører ud af freeway 210 og op mod Jet Propulsion Laboratory – i daglig tale kaldet JPL – der ligger i byens udkant ved foden af San Gabriel bjergene. Her har Mars Exploration Rover missionen sit hovedkvarter.

Seks minutter i helvede
Hovedrollerne i Mars-missionen spilles af to robotbiler der er navngivet Spirit og Opportunity. Robotbilernes primære formål er at rulle rundt på Mars’ overflade og udforske planetens geologi, blandt andet for at søge efter tegn på om der engang har været store mængder af flydende vand og for at finde ud af om der har kunnet eksistere liv på den røde planet.

De to robotbiler der hver er på størrelse med en havetraktor, er udstyret med instrumenter som gør dem i stand til at foretage detaljerede undersøgelser af sten, støv og klipper på overfladen. Først foretager robotbilerne en grovkornet analyse af det område de befinder sig i, med et panoramakamera og et infrarødt spektrometer der sidder på køretøjets mast. Dernæst ruller robotbilerne hen til de mest interessante områder for at undersøge dem nærmere med instrumenter der er monteret på en værktøjsarm: Et mikroskop, to instrumenter som kan identificere mineralsammensætningen samt et slibeværktøj der kan skrabe overfladen af klipper og sten.

De to selvkørende opdagelsesrejsende blev med knap en måneds mellemrum sendt af sted mod Mars i sommeren 2003 og nåede begge frem til den røde planet i januar i år. Spirit ankom den 5. januar, Opportunity tre uger efter.
»Seks minutter i helvede,« havde led-eren af NASA’s videnskabelige program, Ed Weiler, på forhånd kaldt landsæt-ningen af de to robotbiler. Lidt melodra-matisk vel nok, men ikke langt fra sandheden – hverken for de to robotter eller for de mange mennesker der havde investeret flere år af deres arbejdsliv i missionen. Godt seks minutter før touch down dykkede de to robotbiler ind i den øverste del af planetens tynde atmosfære med en hastighed på næsten 20.000 km/t – godt indkapslede i hver sit landingsfartøj. Mødet med atmosfæren bremsede robotbilerne voldsomt op, og i løbet af de næste minutter nåede varmeskjoldet der skærmede mod gnidningsvarmen, en temperatur på op imod 1500 °C.

I otte kilometers højde udløste landings-fartøjerne hver en bremseskærm der sænkede farten yderligere. Det betød dog ikke at robotbilerne derefter dalede blidt ned resten af vejen: Selv med skærmene fuldt udfoldede, susede de ned mod overfladen med en hastighed på næsten 500 km/t. Få sekunder før de ramte overfladen blev et beskyttende hylster af airbags pustet op omkring robotbilerne, og bremseraketter på landingsfartøjerne sænkede farten til tæt ved nul. Derefter blev faldskærmene skåret løs og robotbilerne faldt frit de sidste meter ned mod overfladen.

Spirit faldt fra otte meters højde, ramte overfladen og sprang derefter som en gigantisk hoppebold op igen i samme højde. Efter 27 efterfølgende hop der blev lavere og lavere for hver gang, lagde robotbilen sig til rette cirka 300 meter fra det sted hvor den havde ramt overfladen første gang. Spirit var nu landet i god behold i Gusev-krateret.

Tre uger senere blev Opportunity udsat for en lignende stroppetur på den mod-satte side af planeten og landede på Meridiani Planum sletten. Også Opportu-nity slap helskindet ned på overfladen. Gusev-krateret og Meridiani Planum var valgt som landingssteder for de to robotbiler blandt andet fordi undersøg-elser foretaget af satellitter i kredsløb om Mars havde vist at der måske engang havde eksisteret store mængder af flydende vand i disse områder.

Lykkelig slutning
I hovedkvarteret på JPL udløste de to vellykkede landinger jubelscener som ville have gjort sig godt som happy end i en Hollywood-film: Forskere og inge-niører klappede, hujede højt, omfavnede hinanden, knyttede næverne og kastede armene i vejret i triumf. Enkelte kneb endda en glædeståre.

Rørstrømskheden var en forståelig reaktion på kulminationen af et projekt der havde strakt sig over mere end et halvt årti, kostet fem milliarder kroner og givet mange forskere og ingeniører lange arbejdsdage og søvnløse nætter.
Preben Bertelsen overværede Opportu-nitys landing på JPL sammen med et halvt hundrede andre forskere. Han fortæller:
»I rummet hvor vi befandt os, gik folk fra at være dødstille under de kritiske faser af landingsforløbet – udløsning af faldskærm, oppustning af airbags fx – og til at bryde ud i jubel når det viste sig at faserne var fuldført. Det var en meget intens oplevelse.«

For Morten Bo Madsen var Opportunitys landing også nervepirrende:
»Jeg havde haft sommerfugle i maven hele dagen. Det var jo en meget kritisk del af missionen – måske den allermest kritiske. Derfor var det en stor lettelse at landingen blev vellykket. Det var en storslået oplevelse.«
På det efterfølgende pressemøde var stemningen nærmest som i et omklæd-ningsrum efter en sejr i en sportskamp: Der blev jublet og drukket champagne, og de ellers så nøgterne journalister holdt sig heller ikke tilbage fra at ride med på bølgen af begejstring. Det hold af ingeniører og teknikere der havde været ansvarlige for landingen, ankom hujende til pressemødet og bevægede sig igennem mængden af journalister mens de uddelte high fives til højre og venstre.

Højdepunktet havde de imidlertid endnu til gode: Da de første billeder fra Meri-diani Planum-sletten, hvor Opportunity var landet, nåede Jorden, måbede for-samlingen af forskere og pressefolk. De sort-hvide fotografier viste et landskab der både billedligt og bogstaveligt talt var af en anden verden.
»At se de første billeder fra Opportunity var næsten den allerstørste oplevelse ved landingen,« fortæller Morten Bo Madsen. »Billederne viste et landskab som ikke lignede noget nogen før havde set på Mars.«

Ved et usandsynligt lykketræf havde Opportunity lavet et interplanetarisk hole-in-one og landet midt i et 20 meter stort meteorkrater på Meridiani Planum der ellers er flad som en klatkage. Og op af den mørke kratervæg, kun en halv snes meter fra robotbilen, stak et markant, hvidligt klippeparti der havde tydelige lagdelinger. Det blev geologerne på missionen straks voldsomt begejstrede over at se. De vidste at med Opportu-nitys arsenal af videnskabelige instru-menter ville disse klippelag kunne læses som en bog om Mars’ udviklingshistorie skrevet i sten. Robotbilen var landet lige ved en videnskabelig guldgrube der bare lå og ventede på at blive udvundet.
»Der var helt vild begejstring da de første fotos kom ned,« fortæller Preben Bertelsen. »Billederne var totalt overraskende. Vi havde forventet en helt flad slette, og så ser vi som det første det indre af et krater og lagdelte klippepartier.«

Kvikke hoveder
Jublen og den ekstatiske stemning har lagt sig da Walter Goetz, Preben Bertel-sen og Morten Bo Madsen nogle dage efter Opportunitys landing ruller frem mod den første portvagt der skal hindre at personer uden behørig akkreditering nærmer sig JPL’s område. Nu er det dagligdag igen – hvis man da kan kalde det sådan når det meste af arbejds-dagen går med at rulle rundt på en fremmed planet og udforske dens overflade. Efter at have præsenteret deres id-kort, bliver de vinket forbi og kører frem mod hovedporten hvor det næste tjek af akkrediteringen venter.
På toppen af den høje administrations-bygning der ligger lige inden for hoved-porten, vajer et kæmpestort amerikansk flag. Det er tydeligt at her er man stolt af at være amerikansk og stolt af det man gør. Og stoltheden er da bestemt heller ikke ubegrundet. At gennemføre en perfekt og præcis landsætning af to rumsonder på en planet der ligger 100 millioner km væk, er en ingeniørmæssig kraftpræstation som er orkestreret af nogle af de bedste tekniske begavelser i USA.

Selv om ingeniørerne ville kunne tjene mindst dobbelt så meget i det private erhvervsliv, er der så meget prestige og fascination forbundet med Mars-mis-sionerne at de har tiltrukket og fastholdt en mængde lyse hoveder hos JPL. Med et årligt budget på over otte milliarder kroner og 5.500 ansatte er JPL der er drevet af California Institute of Technology for NASA, en forsknings- og teknologiudviklingsinstitution i svær-vægtsklassen – selv efter amerikanske forhold.

Efter at have fået tjekket deres akkre-ditering en sidste gang, kører de tre danske forskere ind gennem hoved-porten, stiller bilen på en af områdets mange parkeringspladser og spadserer resten af vejen hen til den grå-hvide bygning der er hovedkvarteret for Mars Exploration Rovers-missionen.

Det allerhelligste
Hovedkvarteret lægger beslag på næs-ten halvdelen af den otte etager høje bygning. Hver robotbil har fået tildelt sin egen etage. Den stab der arbejder med Spirit, sidder på fjerde etage mens de folk der er ansvarlig for Opportunity, har indtaget femte sal. De to robotbiler har hver tilknyttet et halvt hundrede for-skere og mindst lige så mange inge-niører der tager sig af den daglige drift.

Bygningens sjette etage er afsat til kontorer til forskere der arbejder med videnskabelige data fra begge robotbiler.
På fjerde etage findes det allerhelligste:
‘Mission control’. Det er fra dette kontrol-center at kommandoerne til begge robot-biler bliver sendt af sted til Mars, og det er hertil billeder og andre videnskabelige data kommer tilbage fra den røde planet. Et utal af skærmterminaler er opstillet i buede rækker. Oven på hver terminal står et skilt som angiver arbejdsområdet for den person der sidder ved terminalen: ‘Fault protection’,
‘Power’, ‘Thermal’, lyder nogle af betegnelserne.

På væggene hænger store plasma-skærme der viser panoramabilleder og en computerskabt 3-d model af det landskab som Opportunity er landet i. Ved en af de store, trykfølsomme skærme står en kvinde og markerer udvalgte punkter i et panoramabillede med lette fingertryk på skærmen. En orange markør i billedet følger hendes berøringer.

På en anden storskærm vises et stereo-billede af krateret hvor Opportunity står. De blå og røde skygger i billedet gør det forvirrende at skue med det blotte øje. Men ser man panoramaet gennem briller med blå og røde glas, får man en gan-ske overbevisende oplevelse af dybde i landskabet. Klippepartiet i det mørke krater på Meridiani Planum bliver pludselig ganske naturtro.

Ellers er der ikke meget hi-tech over Mars-missionens hovedkvarter. Med de karakteristiske kontorbåse ville det faktisk ligne ethvert andet, gennem-snitligt amerikansk kontormiljø hvis det ikke lige var for motiverne på de pla-kater der pryder væggene: Mars i fuld figur, robotbiler i aktion, røde støv-ørkener og tekniske diagrammer i mange farver.

Døgnet har en ekstra time
I hovedkvarteret arbejder alle på Mars tid – eller rettere: Meridiani- og Gusev-tid. De to landingssteder befinder sig nemlig på hver sin side af planeten, og det betyder at der er 12 timers tids-forskel mellem Spirit og Opportunity. Når det er daggry i Gusev krateret, er det for længst blevet mørkt på Meridiani Planum sletten.

Begge robotbiler er drevet af solenergi. Derfor er de aktive på vidt forskellige tidspunkter: Når Opportunity er i dvale, er Spirit aktiv, og når Spirit går til ro, varer det ikke længe før Opportunity vågner. Derfor er der hele tiden folk på arbejde i hovedkvarteret. I nogle af kontorerne er der opstillet grønne feltsenge så folk kan overnatte eller bare tage sig en lur.

Der er imidlertid også en interplanetarisk tidsforskel at tage hensyn til: Et døgn på den røde planet er knap 40 minutter længere end på Jorden. Derfor har de fleste forskere og ingeniører der arbejder på missionen, købt et særligt Mars-ur der går 40 minutter for langsomt per døgn i forhold til normale ure. Et Mars-døgn er stadig opdelt i 24 timer, men hver time er cirka halvandet minut længere end på Jorden. Mars-uret sikrer at de folk der arbejder med Spirit og Opportunity, ikke er i tvivl om hvad den lokale tid er i Gusev-krateret og på Meridiani Planum.

Forskellen i døgnets længde på Jorden og på Mars betyder at døgnrytmen på den røde planet forskyder sig hele tiden i forhold til døgnets gang på jordkloden. I løbet af knap tre uger forskubber døgn-rytmen sig så meget at der bliver vendt op og ned på nat og dag. Derfor er vin-duerne på alle tre etager i hoved-kvarteret blændet af mørklægnings-gardiner for at forhindre at døgnets gang på Jorden distraherer forskernes og ingeniørernes fornemmelse for tiden på Mars.
»Man vænner sig hurtigt til at arbejde på Mars-tid,« forklarer Preben Bertelsen.
»Det er lidt ligesom da jeg læste til eksamen i min studietid. Da stod jeg også op en time senere hver dag og endte til sidst med at arbejde om natten og sove om dagen. Og faktisk kan det være en fordel at døgnet har en lille, ekstra time: Man kan jo nå mere end i et almindeligt døgn. Det bliver først et problem når man gerne vil ud at købe ind efter arbejdstid og så opdager at klokken er tre om natten.«

Arbejdsdagene i hovedkvarteret på JPL bliver ofte 10-12 timer lange. Det levner ikke meget fritid, fortæller Kjartan Kinch der til daglig er ph.d.-studerende på Aarhus Universitet: »Dagene går med at arbejde, sove og spise – og så vaske tøj og købe dagligvarer ind en gang imellem når det er nødvendigt. Det eneste andet jeg har haft tid til, har været at kigge på bøger i en boghandel en enkelt gang.«

Vand på Mars
Grunden til at danske forskere over-hovedet deltager i Mars-missionen er at Center for Planetforskning har leveret et sæt magneter der sidder om bord på Spirit og Opportunity. Magneterne der er udviklet og konstrueret af Mars-forskerne i tæt samarbejde med Centralværkstedet på H.C. Ørsted Instituttet, har et videnskabeligt formål: De skal indfange magnetisk støv som skal undersøges med de forskellige instrumenter robotbilerne har om bord.
Undersøgelserne af det magnetiske støv kan fortælle noget om hvad støvet består af og hvordan det er blevet skabt.

Særligt interessant er det at under-søgelserne vil kunne belyse om en del af støvet er blevet dannet i flydende vand.
»Magneteksperimenterne kan være med til at opklare mysteriet om hvordan støvet på Mars er dannet,« forklarer Preben Bertelsen.
»Den simpleste forklaring er at støvet bare er knust klippe, men så mangler man at gøre rede for den røde farve. En mere spændende mulighed er at flydende vand har spillet en rolle i skabelsen af støvet. Og hvis der har været store mængder af flydende vand på Mars gennem længere tid, så er det muligt at der også har været liv på mikroskopisk skala tidligt i planetens historie.

Det kan også tænkes at meget af det støv der blæser rundt i atmosfæren er kommet til Mars i form af mikrometeo-ritter som på grund af Mars’ tynde atmos-fære bremses meget mere blidt end tilfældet er på Jorden. Endelig kan man ikke afvise at også Mars’ store vulkaner har spillet en meget direkte rolle for dannelsen af støvpartiklerne idet mange af dem simpelthen kan være vulkanske askepartikler.«

Hver robotbil har i alt syv danske mag-neter om bord. På oversiden af hver robotbil sidder tre magneter der skal tiltrække luftbåret magnetisk støv. Derudover er fire små magneter monteret ved slibeværktøjet på robotbilernes værktøjsarm. Her skal magneterne opfange magnetisk støv når slibeværktøjet skraber overfladen af sten og klipper.

At Spirit og Opportunity befinder sig på hver sin side af den røde planet med hver sit sæt magneter, giver mulighed for at afklare et interessant spørgsmål: Er det rødlige støv der svæver rundt i luften ens over hele planeten? Eller er der forskelle i støvets sammensætning? Et andet interessant spørgsmål de danske eksperimenter kan være med til at belyse, er om alt støvet på Mars er magnetisk. Det er et spørgsmål som ikke kun har akademisk interesse. Når de første mennesker engang lander på overfladen af planeten, vil det være nødvendigt at kunne rense udstyr og instrumenter for det allestedsnær-værende, rødlige støv. Hvis de danske eksperimenter viser at alt støvet er magnetisk, vil man måske kunne udvikle en slags magnetisk støvsuger der kan hjælpe med at holde udstyr og instrumenter rene.

»De danske magneteksperimenter bygger på en enkel, men virkelig god idé som blev fostret af Jens Martin Knudsen,« forklarer Morten Bo Madsen. »Det er relativt billige og simple eksperimenter, og alligevel får vi en hel masse videnskab ud af det. Vi får en stor mængde viden for en meget lille investering.«

Og budgettet for Mars-gruppen fra Center for Planetforskning er vitterligt ikke særligt stort. Helt frem til to uger før Spirits landing var forskerne ikke sikre på om de havde råd til at købe flybilletterne til USA, så de kunne deltage i den tre måneder lange mission på overfladen af Mars. I sidste øjeblik gav Statens Naturvidenskabelige Forskningsråd en bevilling der kunne dække udgifterne ved deltagelsen.

Tjek af billeder
De danske forskere er imidlertid ikke kun taget til Pasadena for at bedrive videnskab. De har også påtaget sig praktiske opgaver i forbindelse med de to robotbilers mission på den røde planet. Og det er derfor Morten Bo Madsen, Preben Bertelsen og Walter Goetz er mødt på arbejde i Mars-hovedkvarteret denne sene eftermiddag.
Danskerne har generelt påtaget sig rollerne som up-link lead og down-link lead for to af de videnskabelige instru-menter på robotbilerne: Panorama-kameraet der sidder på toppen af robotbilens mast og mikroskopkameraet der er monteret på bilens værktøjsarm.
Som down-link lead for enten panorama- eller mikroskopkameraet er man ansvarlig for at kvaliteten af de billeder der kommer ned fra kameraet, er acceptabel og at der ikke mangler nogle vigtige dele af billederne. »Man skal lave en umiddelbar kvalitetsvurdering af de data der kommer ned: Er alle dataene kommet? Og er billederne i orden?«, forklarer Preben Bertelsen. »Hvis ikke billederne er som de skal være, skal man tage beslutning om hvorvidt de skal sendes ned igen (retransmitteres) eller måske tages helt om.«

Som up-link lead er man ansvarlig for at skrive de programmer der styrer de to kameraer og som bestemmer hvilke billeder kameraerne skal tage. »Man skal både tage hensyn til hvilke ønsker videnskabsfolkene på missionen har og hvad der er teknisk muligt og forsvarligt at bruge instrumenterne til,« forklarer Morten Bo Madsen.

Beslutningerne om hvad der skal tages billeder af på Mars ligger imidlertid ikke i hænderne på up-link leads. De beslut-ninger bliver taget på daglige møder hvor forskerne på missionen mødes for at diskutere hvilke observationer der er vigtige at gennemføre med Spirit og Opportunity.

Tæt på beslutningerne
At være en del af det daglige, praktiske arbejde med kameraerne på robot-bilerne har flere fordele, påpeger Preben Bertelsen:
»For det første vil vi gerne vide så meget som muligt om kameraerne og den måde billederne bliver taget på. Kameraernes billeder spiller nemlig en vigtig rolle i undersøgelsen af det støv der sætter sig på vores magneter. Derfor er det vigtigt at kende instrumenterne godt for at kunne analysere billederne bedst muligt.
For det andet giver det en vis indflydelse at være så tæt på beslutningsprocessen som vi er her i Pasadena. Det er lettere at få gennemført vores observationer når vi selv er en del af det hold der har med kameraerne at gøre. Endelig har vi også adgang til de rå data fra robot-bilerne. Det er også en fordel for vores eksperimenter.«

Lige netop denne dag er der imidlertid ikke meget at lave for dem der har rollerne som up-link og down-link leads. Spirit er kun lige ved at komme sig over computerproblemer der har gjort den ukampdygtig i en uges tid. Og Opportu-nity er endnu ikke rullet ned fra sin landingsplatform og er ikke for alvor kommet i gang med undersøgelserne. Derfor går det meste af de danske forskeres tid med at analysere de foreløbige resultater fra magneteksperi-menterne.

Indtil videre ser det lovende ud. Der er tilsyneladende en hel del støv i luften både i Gusev-krateret og på Meridiani Planum, og magneterne på Spirit har allerede indfanget en pæn portion af de rød-brune støvpartikler. Men det er endnu for tidligt at sige noget om hvilke resultater man kan få ud af eksperimen-terne, mener Walter Goetz. Først skal støvet på magneterne undersøges nær-mere med de avancerede analyseinstru-menter der sidder på robotbilernes værktøjsarme.

Allerede nu er der dog udsigt til at KU-forskerne formentlig kan forsætte deres deltagelse i det amerikanske Mars-program. De er blevet inviteret til at deltage i NASA’s næste landingsmission, Phoenix, der skal lande i de nordligste egne på Mars i 2007. Til den tid kan det være at Morten, Preben og Walter måske igen er tilbage i Pasadena – hvis de altså kan skaffe pengene.

Sune Nordentoft Lauritsen er journalist og informationsmedarbejder på Dansk Rumforskningsinstitut.

# Skriv kommentar
Share

Join the discussion

Seneste