Japão lança a MMX para trazer amostras de Fobos e possíveis vestígios de Marte em 2031

Uma viagem de cinco anos por pelo menos 10 gramas de outro mundo

A nave espacial japonesa Martian Moons eXploration foi lançada rumo a Marte com um objectivo modesto, mas ambicioso: trazer pelo menos 10 gramas de material da lua Fobos para a Terra em 2031. Entre esses grãos poderão encontrar-se fragmentos projectados do próprio Marte, dando aos cientistas acesso a material de um planeta cujos programas de recolha directa de amostras têm enfrentado problemas de custos e engenharia.

A missão, conhecida como MMX, descolou num foguetão H3 do Centro Espacial de Tanegashima às 4h41 de 20 de Outubro, hora padrão do Japão, correspondente a 19 de Outubro no leste dos Estados Unidos. A nave separou-se do foguetão cerca de 71 minutos depois, estabeleceu comunicações e abriu os painéis solares.

Yasuhiro Kawakatsu, director do projecto MMX na Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial, descreveu o estado da nave após a separação:

Até agora, tudo bem.

A visão geral da missão MMX da JAXA apresenta uma viagem que inclui a observação das duas luas marcianas, o envio de um rover antes da nave principal, a recolha de amostras em Fobos e a recuperação de uma cápsula de regresso na Austrália. O objectivo da agência é obter pelo menos 10 gramas no total, não uma quantidade garantida em cada aterragem.

A MMX dá continuidade às missões Hayabusa do Japão, que trouxeram material dos asteróides Itokawa e Ryugu em 2010 e 2020. O destino coloca um novo desafio: operar perto de uma pequena lua enquanto Marte, muito maior, exerce continuamente a sua força gravitacional sobre a nave.

Hiroshi Yamakawa, presidente da JAXA, declarou que o lançamento foi bem-sucedido e descreveu o início da missão:

Acabou de começar uma longa viagem de cinco anos.

O que acontece entre o lançamento e a aterragem na Austrália?

Prevê-se que a MMX chegue a Marte em Agosto do ano seguinte e passe depois cerca de três anos a estudar o planeta e as suas luas. A viagem de regresso deverá demorar aproximadamente mais um ano.

A página do projecto MMX da JAXA apresenta o calendário geral por anos fiscais japoneses: lançamento no ano fiscal de 2026, entrada na órbita de Marte no ano fiscal de 2027 e regresso no ano fiscal de 2031. O ano fiscal japonês começa em Abril, enquanto o calendário público mais detalhado da missão prevê o regresso à Terra no ano civil de 2031.

• 20 de Outubro de 2026, hora do Japão: a MMX é lançada de Tanegashima num foguetão H3.
• Agosto de 2027: prevê-se que a nave chegue a Marte e inicie a sua campanha de observação.
• Final de 2028 ou início de 2029: as previsões operacionais situam neste período a libertação do rover Idefix, seguida de possíveis aterragens da nave em 2029. O plano público da missão da JAXA agrupa as observações e actividades de recolha mais detalhadas em 2030.
• 2030: está previsto que a MMX deixe Marte; as notícias sobre o lançamento apontam Novembro como o mês previsto para a partida.
• 2031: espera-se que uma cápsula com as amostras aterre na Austrália, antes de o material ser transportado para o Japão.

Deimos, a lua marciana mais pequena, também faz parte do programa de observação. A MMX prevê estudá-la à distância e durante sobrevoos. O plano detalhado de recolha tem como alvo Fobos; Deimos será estudada através das observações da nave.

Porque é tão difícil explicar a origem destas luas?

Fobos tem cerca de 22 quilómetros de diâmetro e orbita a aproximadamente 6 000 quilómetros acima da superfície marciana, completando cerca de três órbitas por dia. Deimos é mais pequena, com cerca de 12 quilómetros de diâmetro. Nenhuma se parece com a grande e arredondada Lua da Terra.

Duas das principais explicações para a sua existência estão em disputa. Segundo a hipótese da captura, terão começado por ser asteróides que Marte capturou com a sua gravidade. De acordo com a hipótese do grande impacto, uma colisão projectou material de Marte para o espaço, onde parte dele se agregou e formou luas.

As superfícies escuras assemelham-se às de certos asteróides primitivos, o que favorece a hipótese da captura. As órbitas quase circulares em torno do equador marciano são mais compatíveis com a formação a partir de um anel de detritos resultantes de uma colisão. Além disso, a gravidade relativamente fraca de Marte dificulta a captura de um asteróide intacto em passagem.

Tom Statler, cientista principal da NASA para os pequenos corpos do sistema solar, explicou como a MMX irá testar estas hipóteses:

Ao irmos às luas de Marte, estudá-las de perto e trazer amostras para a Terra, poderemos determinar se o material de Fobos é mais compatível com a composição de um asteróide ou com detritos criados por uma colisão envolvendo Marte.

O que poderão revelar os grãos sobre a água e a história dos planetas?

As análises laboratoriais poderão distinguir o material aquecido durante uma colisão colossal do material preservado no interior de um asteróide antigo. Um grande impacto poderá deixar rocha vítrea, minerais alterados por pressões extremas e vestígios de perda de substâncias facilmente vaporizáveis, incluindo água.

Uma origem asteroidal poderá, em contrapartida, produzir material rico em carbono, argilas e compostos orgânicos. Os compostos orgânicos são substâncias químicas que contêm carbono, incluindo muitas das que participam nos sistemas vivos. Os cientistas irão analisar a sua composição e história, bem como os minerais circundantes.

A química da água poderá fornecer outra pista. O hidrogénio comum e a sua forma mais pesada, o deutério, existem em proporções diferentes nas várias regiões do sistema solar. A medição da sua proporção no material trazido poderá ajudar os investigadores a identificar onde se formou e a estudar como chegou água aos planetas rochosos.

Os cientistas estão também a testar variantes das duas principais teorias sobre a origem das luas. Jacob Kegerreis, cientista planetário do Imperial College London, simulou a desagregação de um asteróide pela gravidade de Marte, produzindo um disco de detritos capaz de formar luas. Matija Cuk, investigador do Instituto SETI, estudou ciclos repetidos em que uma lua se fragmenta e volta a formar-se como um objecto mais pequeno.

A idade dos minerais e os efeitos da exposição ao espaço poderão ajudar a testar estas histórias. Os investigadores esperam também melhorar a cronologia dos impactos em Marte. A datação dos grãos trazidos poderá proporcionar uma referência mais sólida do que a prática actual de adaptar uma cronologia elaborada a partir da Lua da Terra.

Fobos poderá ter recolhido fragmentos de Marte

Os impactos de asteróides em Marte podem projectar rocha e poeira para o espaço. Como Fobos orbita nas proximidades, parte desses detritos poderá depositar-se na sua superfície. A MMX poderá, por isso, recolher uma mistura de material da lua e grãos com origem em Marte.

Kiyoshi Kuramoto, cientista planetário da Universidade de Hokkaido que dirige a equipa científica internacional da missão, estima que o material marciano poderá representar cerca de 1% de uma amostra. Nessa proporção, uma recolha de 10 gramas conteria cerca de 0,1 grama, ou 100 miligramas, de Marte. A proporção real só será conhecida depois de os investigadores identificarem e analisarem os grãos trazidos.

Alguns fragmentos poderão provir de rochas antigas, formadas quando Marte era mais quente e húmido. Outros poderão ter sido escavados em zonas mais profundas da crosta por impactos posteriores. Os investigadores poderão conseguir relacionar algum material mais recente com crateras marcianas relativamente recentes.

A identificação desses grãos será exigente. Poderão ser extremamente pequenos, a sua localização original poderá ser incerta e a exposição à radiação em Fobos, que não tem atmosfera, terá alterado o material. Os cientistas terão de reconstituir a sua história através da química, da estrutura mineral e da medição da idade.

Um rover vai primeiro para um ambiente de gravidade excepcionalmente fraca

O Idefix, um rover disponibilizado pelas agências espaciais francesa e alemã, deverá explorar Fobos antes de a nave principal tentar aterrar. O rover pesa cerca de 25 quilogramas e poderá operar durante aproximadamente 100 dias.

A MMX irá libertá-lo a menos de 100 metros da superfície. A gravidade à superfície de Fobos é inferior a um milésimo da gravidade terrestre, pelo que o rover descerá suavemente. A aterragem continua a ser delicada, pois o robot poderá saltar ou tombar, e a condução exige um controlo cuidadoso para manter as rodas em contacto com o solo.

O Idefix transporta câmaras e instrumentos para analisar minerais e propriedades da superfície. As suas observações deverão ajudar a equipa a avaliar se o solo é firme ou solto, identificar perigos e escolher locais com informação geológica útil.

A nave principal fará o seu próprio reconhecimento com câmaras, lidar e espectrómetros, entre um conjunto de 13 instrumentos. O lidar mede distâncias com luz laser, permitindo à equipa cartografar declives e formas da superfície. Os espectrómetros analisam a luz ou outras radiações para identificar as substâncias presentes.

As contribuições da NASA incluem o MEGANE, um espectrómetro de raios gama e neutrões desenvolvido por investigadores do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins e do Laboratório Nacional Lawrence Livermore. O instrumento medirá os sinais produzidos quando partículas energéticas atingem a superfície, ajudando os cientistas a determinar que elementos químicos compõem Fobos.

Dois métodos de recolha, com pouca margem para erro

A MMX terá de se aproximar dos locais de aterragem escolhidos com uma precisão de cerca de 10 metros. Fobos tem um terreno irregular, gravidade extremamente fraca e um ambiente gravitacional fortemente influenciado por Marte. A nave viajará em torno de Marte numa trajectória que a mantém perto de Fobos, chamada órbita quase-satélite, em vez de entrar numa órbita estável convencional em torno da lua.

A JAXA prevê até duas aterragens, dando à missão a oportunidade de recolher material em terrenos diferentes. Algumas regiões de Fobos parecem avermelhadas ou azuladas quando observadas através de determinados filtros, o que poderá reflectir diferenças nos minerais, nos impactos ou na exposição ao espaço.

Um dispositivo de recolha por perfuração chegará a cerca de dois centímetros abaixo da superfície. Um segundo aparelho de recolha, fornecido pela NASA, libertará azoto pressurizado para varrer grãos soltos para um recipiente. A utilização dos dois métodos permitirá à equipa obter material pouco abaixo da superfície e poeira superficial.

Prevê-se que o tempo da nave no solo seja medido em horas. As pernas de aterragem terão de absorver o contacto com suavidade suficiente para evitar que a nave tombe ou ressalte para o espaço. Os engenheiros terão também de gerir um atraso nas comunicações que, segundo a JAXA, pode chegar a 44 minutos numa transmissão de ida e volta entre a Terra e a nave.

Assim, os controladores na Terra não poderão reagir instantaneamente durante a descida. A nave precisará de navegação e controlo a bordo para seguir a aproximação planeada e lidar com alterações rápidas.

Até onde poderá ir a procura de vida antiga?

Os cientistas esperam que possíveis grãos marcianos revelem condições em que poderá ter existido vida. Minerais associados à água e vestígios de química orgânica preservados poderão ajudar a reconstituir ambientes do passado do planeta.

Kuramoto, responsável pela equipa científica da missão, expressou a possibilidade mais ambiciosa:

Penso que existe a possibilidade de essa amostra de areia conter vestígios químicos de actividade biológica.

A investigação sobre a sobrevivência durante impactos ajuda a explicar por que razão os cientistas consideram essa possibilidade. Lily Zhao, que concluiu recentemente o doutoramento na Universidade Johns Hopkins, submeteu a bactéria resistente Deinococcus radiodurans a choques concebidos para reproduzir alguns aspectos de uma colisão de asteróide. Algumas bactérias sobreviveram a pressões até 30 vezes superiores às do ponto mais profundo da fossa oceânica mais profunda.

A experiência aborda uma etapa de uma viagem difícil. Qualquer material biológico que viajasse de Marte para Fobos teria também de resistir à ejecção, à travessia do espaço, à aterragem e a uma exposição prolongada à radiação. Os investigadores que analisarem as amostras da MMX teriam de estudar essa história, controlando cuidadosamente a contaminação terrestre.

Wataru Fujiya, cosmoquímico da Universidade de Ibaraki que dirige a equipa de análise das amostras, prevê que os grãos sejam manuseados em câmaras laboratoriais protegidas no Instituto de Ciência Espacial e Astronáutica da JAXA, em Sagamihara. O vácuo ou o azoto inerte ajudarão a preservar o material para estudo.

Uma via diferente da corrida para trazer rochas marcianas

O rover Perseverance da NASA recolhe desde 2021 amostras marcianas cuidadosamente seleccionadas e regista as rochas e os locais de onde provêm. O plano de recuperação perdeu financiamento do Congresso devido ao aumento dos custos e a dúvidas sobre a viabilidade técnica, incluindo o lançamento do material recolhido a partir da superfície marciana.

A MMX segue uma via diferente, recolhendo amostras numa lua com uma gravidade muito mais fraca. Os grãos marcianos aí encontrados dariam aos cientistas acesso a material com uma história geológica menos certa, enquanto a recolha em Fobos permitiria responder a outras questões sobre a formação das luas e o movimento de material pelo sistema solar.

A missão chinesa Tianwen-3 tem lançamento previsto para cerca de 2028 e poderá trazer amostras directamente de Marte já em 2031. A ordem de chegada é incerta, tendo em conta os calendários da missão e do regresso da MMX.

As estimativas de lançamento apontam para um custo de 578 milhões de dólares para a MMX, face a uma estimativa de 350 milhões de dólares publicada antes do lançamento. Participam cinco agências espaciais, combinando a experiência japonesa em naves e no regresso de amostras com instrumentos, tecnologia de rovers e apoio científico de parceiros internacionais.

Após a recuperação na Austrália, a JAXA prevê separar e catalogar o material antes de distribuir porções para investigação. Espera-se que o Centro Espacial Johnson da NASA receba 15% da recolha. Se a MMX trouxer exactamente 10 gramas, essa porção pesará 1,5 gramas.

As anteriores missões japonesas a asteróides demonstraram que amostras minúsculas podem sustentar uma investigação laboratorial extensa. Cabe agora à MMX cumprir etapas operacionais mais difíceis: chegar a Marte, estudar um terreno desconhecido, aterrar em segurança, recolher material e trazê-lo de volta. As tentativas soviéticas e russas de estudar Fobos, incluindo a missão Phobos-Grunt lançada em 2011, falharam antes de cumprirem os seus objectivos.

Pontos principais

• A MMX foi lançada de Tanegashima a 20 de Outubro, no Japão, correspondente a 19 de Outubro no leste dos Estados Unidos.
• A JAXA pretende trazer pelo menos 10 gramas de material de Fobos para a Terra em 2031.
• O rover Idefix irá explorar a superfície antes de até duas aterragens da nave, que utilizará dispositivos de recolha por perfuração e por gás.
• Os grãos trazidos poderão ajudar a explicar como se formaram as luas marcianas e como a água e o material orgânico se deslocaram pelo sistema solar.
• Os cientistas estimam que os detritos marcianos poderão representar cerca de 1% da recolha.
• Prevê-se que a cápsula de regresso aterre na Austrália; as amostras serão depois estudadas no Japão e partilhadas internacionalmente.