Jepang meluncurkan MMX untuk membawa pulang sampel Phobos dan kemungkinan jejak Mars pada 2031

Perjalanan lima tahun untuk membawa pulang setidaknya 10 gram material dari dunia lain

Wahana Martian Moons eXploration Jepang telah diluncurkan menuju Mars dengan target kecil tetapi ambisius: membawa pulang setidaknya 10 gram material dari bulan Phobos ke Bumi pada 2031. Di antara butiran tersebut mungkin terdapat pecahan yang terlontar dari Mars, sehingga para ilmuwan bisa mengakses material dari sebuah planet yang program pengembalian sampel langsungnya terkendala biaya dan persoalan rekayasa.

Misi yang dikenal sebagai MMX itu lepas landas menggunakan roket H3 dari Pusat Antariksa Tanegashima pada pukul 04.41 Waktu Standar Jepang, 20 Oktober, atau 19 Oktober di Amerika Serikat bagian timur. Wahana terpisah dari roket sekitar 71 menit kemudian, menjalin komunikasi, lalu membentangkan panel suryanya.

Yasuhiro Kawakatsu, manajer proyek MMX di Badan Eksplorasi Dirgantara Jepang (JAXA), menggambarkan kondisi wahana setelah terpisah:

Sejauh ini, semuanya berjalan baik.

Gambaran umum misi MMX JAXA memaparkan perjalanan yang mencakup pengamatan kedua bulan Mars, pengiriman rover sebelum wahana utama, pengambilan sampel di Phobos, serta pemulihan kapsul pembawa sampel di Australia. Target badan tersebut adalah setidaknya 10 gram secara keseluruhan, bukan jumlah pasti dari setiap pendaratan.

MMX dikembangkan berdasarkan misi Hayabusa Jepang, yang membawa pulang material dari asteroid Itokawa dan Ryugu masing-masing pada 2010 dan 2020. Namun, tujuan kali ini menghadirkan tantangan baru: bekerja di dekat bulan kecil sementara Mars yang jauh lebih besar terus menarik wahana.

Hiroshi Yamakawa, presiden JAXA, menyatakan peluncuran berhasil dan menggambarkan dimulainya misi tersebut:

Perjalanan panjang selama lima tahun baru saja dimulai.

Apa yang terjadi sejak peluncuran hingga kapsul mendarat di Australia?

MMX diperkirakan tiba di Mars pada Agustus tahun berikutnya, lalu menghabiskan sekitar tiga tahun untuk menyelidiki planet tersebut dan bulan-bulannya. Perjalanan pulang diperkirakan memakan waktu sekitar satu tahun lagi.

Halaman proyek MMX JAXA memuat jadwal umum berdasarkan tahun fiskal Jepang: peluncuran pada tahun fiskal 2026, memasuki orbit Mars pada tahun fiskal 2027, dan kembali pada tahun fiskal 2031. Tahun fiskal Jepang dimulai pada April, sementara jadwal rinci misi yang dipublikasikan menyebutkan wahana akan kembali ke Bumi pada tahun kalender 2031.

• 20 Oktober 2026, waktu Jepang: MMX diluncurkan dari Tanegashima menggunakan roket H3.
• Agustus 2027: Wahana diperkirakan tiba di Mars dan memulai rangkaian pengamatan.
• Akhir 2028 atau awal 2029: Proyeksi operasional menempatkan pengerahan rover Idefix pada periode ini, disusul kemungkinan pendaratan wahana pada 2029. Dalam alur misi yang dipublikasikan, JAXA mengelompokkan pengamatan terperinci dan kegiatan pengambilan sampel pada 2030.
• 2030: MMX dijadwalkan meninggalkan Mars. Pemberitaan peluncuran menyebut November sebagai bulan keberangkatan yang direncanakan.
• 2031: Kapsul pembawa sampel diperkirakan mendarat di Australia sebelum material tersebut dibawa ke Jepang.

Deimos, bulan Mars yang lebih kecil, juga menjadi bagian dari program pengamatan. MMX berencana mempelajarinya dari kejauhan dan selama lintas terbang. Rencana pengambilan sampel terperinci menargetkan Phobos; Deimos akan diteliti melalui pengamatan wahana.

Mengapa asal-usul kedua bulan ini begitu sulit dijelaskan?

Phobos lebarnya sekitar 22 kilometer dan mengorbit pada ketinggian sekitar 6.000 kilometer di atas permukaan Mars, dengan menyelesaikan sekitar tiga orbit setiap hari. Deimos lebih kecil, lebarnya sekitar 12 kilometer. Keduanya tidak menyerupai Bulan Bumi yang besar dan membulat.

Ada dua penjelasan utama yang bersaing untuk menerangkan keberadaan kedua bulan tersebut. Menurut hipotesis penangkapan, keduanya awalnya merupakan asteroid yang tertangkap oleh gravitasi Mars. Menurut hipotesis tumbukan raksasa, sebuah tabrakan melontarkan material dari Mars ke angkasa, lalu sebagian material itu berkumpul membentuk bulan.

Permukaannya yang gelap menyerupai asteroid purba tertentu, sehingga mendukung teori penangkapan. Orbitnya yang hampir melingkar di sekitar ekuator Mars lebih cocok dengan pembentukan dari cincin puing akibat tumbukan. Gravitasi Mars yang relatif lemah juga membuat planet itu sulit menangkap asteroid yang melintas secara utuh.

Tom Statler, ilmuwan utama NASA untuk benda-benda kecil di tata surya, menjelaskan bagaimana MMX akan menguji berbagai penjelasan ini:

Dengan mengunjungi bulan-bulan Mars, mempelajarinya dari dekat, dan membawa pulang sampelnya ke Bumi, kita bisa menentukan apakah material Phobos lebih sesuai dengan komposisi asteroid atau puing yang tercipta akibat tumbukan yang melibatkan Mars.

Apa yang dapat diungkap butiran sampel tentang air dan sejarah planet?

Pengukuran di laboratorium dapat membedakan material yang terpanaskan dalam tumbukan dahsyat dari material yang terawetkan di dalam asteroid purba. Tumbukan raksasa dapat meninggalkan batuan seperti kaca, mineral yang berubah akibat tekanan ekstrem, serta bukti hilangnya zat yang mudah menguap, termasuk air.

Jika berasal dari asteroid, materialnya mungkin mengandung karbon, lempung, dan senyawa organik. Senyawa organik adalah bahan kimia yang mengandung karbon, termasuk banyak senyawa yang terlibat dalam sistem kehidupan. Para ilmuwan akan meneliti komposisi dan sejarahnya bersama mineral di sekitarnya.

Kimia air dapat memberikan petunjuk lain. Hidrogen biasa dan bentuknya yang lebih berat, deuterium, ditemukan dalam proporsi berbeda di berbagai bagian tata surya. Pengukuran rasio keduanya dalam material yang dibawa pulang dapat membantu peneliti mengetahui tempat material itu terbentuk dan menyelidiki bagaimana air mencapai planet berbatu.

Para ilmuwan juga menguji variasi dari dua teori utama asal-usul tersebut. Jacob Kegerreis, ilmuwan planet di Imperial College London, menyimulasikan asteroid yang tercabik oleh gravitasi Mars hingga menghasilkan cakram puing yang dapat membentuk bulan. Matija Cuk, ilmuwan riset di SETI Institute, mengkaji kemungkinan siklus berulang ketika sebuah bulan terpecah lalu terbentuk kembali sebagai objek yang lebih kecil.

Usia mineral dan dampak paparan terhadap kondisi ruang angkasa dapat membantu menguji sejarah tersebut. Peneliti juga berharap dapat menyempurnakan kronologi tumbukan di sekitar Mars. Penentuan usia butiran sampel yang dibawa pulang dapat memberikan acuan yang lebih kuat daripada praktik saat ini, yaitu mengadaptasi kronologi yang dikembangkan berdasarkan Bulan Bumi.

Phobos mungkin telah mengumpulkan pecahan Mars

Tumbukan asteroid di Mars dapat melontarkan batuan dan debu ke angkasa. Karena Phobos mengorbit di dekat Mars, sebagian puing itu mungkin mengendap di permukaannya. Karena itu, MMX bisa mengumpulkan campuran material bulan tersebut dan butiran yang berasal dari Mars.

Kiyoshi Kuramoto, ilmuwan planet di Universitas Hokkaido yang memimpin tim sains internasional misi ini, memperkirakan material Mars mungkin menyumbang sekitar 1% dari sampel. Dengan proporsi tersebut, koleksi seberat 10 gram akan mengandung sekitar 0,1 gram, atau 100 miligram, material dari Mars. Proporsi sebenarnya baru akan diketahui setelah peneliti mengidentifikasi dan menganalisis butiran yang dibawa pulang.

Beberapa pecahan mungkin berasal dari batuan purba yang terbentuk ketika Mars lebih hangat dan lebih basah. Pecahan lain mungkin terlontar dari bagian kerak yang lebih dalam akibat tumbukan pada masa berikutnya. Peneliti mungkin dapat menghubungkan sebagian material yang lebih muda dengan kawah Mars yang terbentuk relatif baru.

Mengidentifikasi butiran tersebut akan menjadi pekerjaan sulit. Ukurannya mungkin sangat kecil, lokasi asalnya bisa jadi tidak diketahui dengan pasti, dan paparan radiasi di Phobos yang tak memiliki atmosfer telah mengubahnya. Para ilmuwan perlu merekonstruksi sejarahnya melalui analisis kimia, struktur mineral, dan pengukuran usia.

Rover lebih dulu menjelajah di lingkungan dengan gravitasi yang sangat lemah

Idefix, rover yang disumbangkan oleh badan antariksa Prancis dan Jerman, dirancang untuk menjelajahi Phobos sebelum wahana utama mencoba mendarat. Rover ini berbobot sekitar 25 kilogram dan diperkirakan dapat beroperasi selama kurang lebih 100 hari.

MMX akan melepaskannya dari ketinggian kurang dari 100 meter di atas permukaan. Gravitasi permukaan Phobos kurang dari seperseribu gravitasi Bumi, sehingga rover akan turun dengan lembut. Pendaratan tetap sulit karena robot dapat memantul atau terguling, sementara saat berkendara rover perlu dikendalikan dengan cermat agar rodanya tetap menyentuh permukaan.

Idefix dilengkapi kamera dan instrumen untuk meneliti mineral serta karakteristik permukaan. Pengamatannya akan membantu tim menilai apakah permukaan tanahnya kokoh atau gembur, mengenali bahaya, dan memilih lokasi dengan informasi geologi yang berguna.

Wahana utama akan melakukan pengintaian sendiri menggunakan kamera, lidar, dan spektrometer sebagai bagian dari rangkaian 13 instrumen. Lidar mengukur jarak menggunakan cahaya laser, sehingga tim dapat memetakan lereng dan bentuk permukaan. Spektrometer meneliti cahaya atau radiasi lain untuk mengidentifikasi zat yang ada.

Sumbangan NASA mencakup MEGANE, spektrometer sinar gamma dan neutron yang dikembangkan oleh para peneliti di Laboratorium Fisika Terapan Universitas Johns Hopkins dan Laboratorium Nasional Lawrence Livermore. Instrumen ini akan mengukur sinyal yang dihasilkan ketika partikel berenergi tinggi menghantam permukaan, sehingga membantu ilmuwan mengetahui unsur kimia yang terkandung dalam Phobos.

Dua metode pengambilan sampel, dengan ruang kesalahan yang sangat kecil

MMX harus mendekati lokasi pendaratan yang dipilih dengan akurasi sekitar 10 meter. Medan Phobos tidak rata, gravitasinya sangat lemah, dan lingkungannya sangat dipengaruhi gravitasi Mars. Wahana akan mengitari Mars pada lintasan yang membuatnya tetap dekat dengan Phobos, yang disebut orbit kuasi-satelit, alih-alih masuk ke orbit stabil biasa di sekitar bulan tersebut.

JAXA merencanakan hingga dua pendaratan, sehingga misi ini berpeluang mengumpulkan material dari medan yang berbeda. Melalui filter tertentu, sejumlah wilayah Phobos tampak kemerahan atau kebiruan, yang mungkin mencerminkan perbedaan mineral, tumbukan, atau paparan terhadap kondisi ruang angkasa.

Perangkat pengambil inti akan menjangkau sekitar dua sentimeter di bawah permukaan. Pengambil sampel kedua, yang disediakan NASA, akan melepaskan gas nitrogen bertekanan untuk menyapu butiran lepas ke dalam wadah. Penggunaan kedua metode ini memungkinkan tim memperoleh material bawah permukaan yang dangkal dan debu permukaan.

Wahana diperkirakan hanya akan berada di permukaan selama beberapa jam. Kaki pendaratnya harus menyerap benturan dengan cukup lembut agar tidak terguling atau terpental kembali ke angkasa. Para insinyur juga harus mengatasi jeda komunikasi yang menurut JAXA dapat mencapai 44 menit untuk sinyal pergi ke wahana dan kembali ke Bumi.

Karena itu, pengendali di Bumi tidak dapat merespons seketika saat wahana turun. Wahana memerlukan sistem navigasi dan kendali di dalamnya untuk mengikuti pendekatan yang direncanakan dan menangani perubahan dengan cepat.

Sejauh mana pencarian kehidupan purba dapat dilakukan?

Para ilmuwan berharap butiran Mars yang mungkin ditemukan dapat mengungkap kondisi yang dahulu memungkinkan kehidupan. Mineral yang berkaitan dengan air dan kimia organik yang terawetkan dapat membantu merekonstruksi lingkungan Mars pada masa lalu.

Kuramoto, pemimpin tim sains misi, menyampaikan kemungkinan yang lebih ambisius:

Saya memang berpikir ada kemungkinan jejak kimia aktivitas biologis terkandung dalam sampel pasir tersebut.

Penelitian tentang kemampuan bertahan hidup dalam tumbukan membantu menjelaskan alasan para ilmuwan mempertimbangkan kemungkinan itu. Lily Zhao, mahasiswa doktoral yang baru lulus dari Universitas Johns Hopkins, menguji bakteri tangguh Deinococcus radiodurans dengan guncangan yang dirancang menyerupai aspek-aspek tumbukan asteroid. Sebagian bakteri bertahan pada tekanan hingga 30 kali tekanan di titik terdalam palung laut.

Eksperimen itu menguji satu tahap dari perjalanan yang sulit. Material biologis apa pun yang berpindah dari Mars ke Phobos juga harus menghadapi proses terlontar, perjalanan di ruang angkasa, pendaratan, dan paparan radiasi dalam waktu lama. Peneliti yang memeriksa sampel MMX perlu menyelidiki sejarah tersebut sambil mengendalikan kontaminasi dari Bumi dengan cermat.

Wataru Fujiya, kosmokimiawan di Universitas Ibaraki yang memimpin tim analisis sampel, memperkirakan butiran tersebut akan ditangani di ruang laboratorium terlindung di Institut Ilmu Antariksa dan Astronautika JAXA di Sagamihara. Kondisi vakum atau gas nitrogen yang tidak reaktif akan membantu mengawetkan material untuk penelitian.

Jalur berbeda dari upaya membawa pulang batuan Mars

Rover Perseverance milik NASA telah mengumpulkan sampel Mars yang dipilih dengan cermat sejak 2021, seraya mencatat batuan dan lingkungan tempat sampel itu berasal. Upaya pengambilan sampel tersebut kehilangan pendanaan dari Kongres di tengah meningkatnya biaya dan kekhawatiran tentang kelayakan teknis, termasuk peluncuran material yang telah dikumpulkan dari permukaan Mars.

MMX menempuh jalur berbeda dengan mengambil sampel dari bulan yang gravitasinya jauh lebih lemah. Butiran Mars yang ditemukan di sana akan memberi ilmuwan akses ke material dengan riwayat geologi yang kurang pasti, sementara koleksi dari Phobos akan menjawab pertanyaan tersendiri tentang pembentukan bulan dan perpindahan material di tata surya.

Misi Tianwen-3 China dijadwalkan diluncurkan sekitar 2028 dan bisa membawa pulang sampel langsung dari Mars paling cepat pada 2031. Jadwal tersebut dan rencana kepulangan MMX membuat urutan kedatangan kedua misi belum dapat dipastikan.

Perkiraan biaya peluncuran MMX mencapai $578 juta, dibandingkan estimasi $350 juta yang diterbitkan sebelum peluncuran. Lima badan antariksa berpartisipasi, menggabungkan pengalaman Jepang dalam membuat wahana dan membawa pulang sampel dengan instrumen, teknologi rover, serta dukungan ilmiah dari mitra internasional.

Setelah kapsul ditemukan di Australia, JAXA berencana menyortir dan membuat katalog material sebelum membagikan sebagian untuk penelitian. Johnson Space Center NASA diperkirakan akan menerima 15% dari koleksi tersebut. Jika MMX membawa pulang tepat 10 gram, bagian itu akan berbobot 1,5 gram.

Misi asteroid Jepang sebelumnya menunjukkan bahwa sampel yang sangat kecil pun dapat mendukung penelitian laboratorium yang luas. Kini MMX harus menyelesaikan tahapan operasional yang lebih sulit: mencapai Mars, mengamati medan yang belum dikenal, mendarat dengan aman, mengumpulkan material, lalu membawanya pulang. Upaya Uni Soviet dan Rusia untuk meneliti Phobos, termasuk misi Phobos-Grunt yang diluncurkan pada 2011, gagal sebelum mencapai tujuannya.

Poin Penting

• MMX diluncurkan dari Tanegashima pada 20 Oktober waktu Jepang, atau 19 Oktober di Amerika Serikat bagian timur.
• JAXA menargetkan membawa pulang setidaknya 10 gram material Phobos ke Bumi pada 2031.
• Rover Idefix akan mengintai permukaan sebelum hingga dua pendaratan wahana yang menggunakan perangkat pengambil inti dan pengambil sampel berbasis gas.
• Butiran sampel yang dibawa pulang dapat membantu menjelaskan pembentukan bulan-bulan Mars serta perpindahan air dan material organik di tata surya.
• Para ilmuwan memperkirakan puing Mars dapat menyumbang sekitar 1% dari koleksi sampel.
• Kapsul pembawa sampel diperkirakan mendarat di Australia. Sampel kemudian akan diteliti di Jepang dan dibagikan kepada mitra internasional.