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

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

A sonda Martian Moons eXploration, do Japão, foi lançada rumo a Marte com um objetivo pequeno, mas ambicioso: trazer à Terra pelo menos 10 gramas de material de sua lua Fobos em 2031. Misturados a esses grãos, podem estar fragmentos ejetados do próprio Marte, dando aos cientistas acesso a material de um planeta cujos programas de retorno de amostras enfrentam dificuldades de custo e engenharia.

A missão, conhecida como MMX, decolou a bordo de um foguete H3 do Centro Espacial de Tanegashima às 4h41, no horário padrão do Japão, em 20 de outubro, correspondente a 19 de outubro no leste dos Estados Unidos. A sonda se separou do foguete cerca de 71 minutos depois, estabeleceu comunicação e abriu seus painéis solares.

Yasuhiro Kawakatsu, gerente do projeto MMX na Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial, descreveu as condições da sonda após a separação:

Até agora, tudo bem.

A visão geral da missão MMX da JAXA apresenta uma jornada que inclui observações das duas luas de Marte, um rover enviado antes da sonda principal, coleta de amostras em Fobos e recuperação de uma cápsula de retorno na Austrália. A meta da agência é obter pelo menos 10 gramas no total, e não uma quantidade garantida em cada pouso.

A MMX se baseia nas missões Hayabusa do Japão, que trouxeram material dos asteroides Itokawa e Ryugu em 2010 e 2020. Seu destino traz uma nova dificuldade: operar perto de uma lua pequena enquanto Marte, muito maior, exerce atração constante sobre a sonda.

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

Uma longa jornada de cinco anos acaba de começar.

O que acontece entre o lançamento e o pouso na Austrália?

A expectativa é que a MMX chegue a Marte em agosto do ano seguinte e passe então cerca de três anos investigando o planeta e suas luas. A viagem de volta deve levar aproximadamente mais um ano.

A página do projeto MMX da JAXA apresenta o cronograma geral em anos fiscais japoneses: lançamento no ano fiscal de 2026, entrada na órbita de Marte no ano fiscal de 2027 e retorno no ano fiscal de 2031. O ano fiscal do Japão começa em abril, enquanto o itinerário público mais detalhado da missão prevê o retorno à Terra no ano civil de 2031.

• 20 de outubro de 2026, horário do Japão: a MMX é lançada de Tanegashima a bordo de um foguete H3.
• Agosto de 2027: a expectativa é que a sonda chegue a Marte e inicie sua campanha de observação.
• Final de 2028 ou início de 2029: as projeções operacionais situam nesse período o envio do rover Idefix, seguido por possíveis pousos da sonda em 2029. O roteiro público da missão da JAXA agrupa as observações detalhadas e as atividades de coleta de amostras em 2030.
• 2030: está previsto que a MMX deixe Marte; reportagens sobre o lançamento apontam novembro como o mês planejado para a partida.
• 2031: espera-se que uma cápsula com as amostras pouse na Austrália antes de o material ser levado ao Japão.

Deimos, a menor lua de Marte, também faz parte do programa de observação. A MMX planeja estudá-la à distância e durante sobrevoos. O plano detalhado de coleta tem Fobos como alvo; Deimos será investigada por meio de observações da sonda.

Por que é tão difícil explicar a origem dessas luas?

Fobos tem cerca de 22 quilômetros de diâmetro e orbita a aproximadamente 6 mil quilômetros acima da superfície marciana, completando cerca de três órbitas por dia. Deimos é menor, com cerca de 12 quilômetros de diâmetro. Nenhuma das duas se parece com a Lua grande e arredondada da Terra.

Duas explicações principais disputam a origem delas. Segundo a hipótese da captura, as luas eram asteroides que Marte atraiu com sua gravidade. Pela hipótese do grande impacto, uma colisão lançou material de Marte ao espaço, onde parte dele se aglomerou e formou luas.

As superfícies escuras se parecem com as de certos asteroides primitivos, o que favorece a hipótese da captura. Suas órbitas quase circulares ao redor do equador marciano são mais compatíveis com a formação a partir de um anel de detritos de colisão. A gravidade relativamente fraca de Marte também torna difícil capturar um asteroide intacto que passe por perto.

Tom Statler, cientista-chefe da NASA para pequenos corpos do sistema solar, explicou como a MMX vai testar essas hipóteses:

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

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

Análises laboratoriais podem distinguir entre material aquecido durante uma colisão gigantesca e material preservado no interior de um asteroide antigo. Um grande impacto pode deixar rocha vítrea, minerais alterados por pressão extrema e sinais de que substâncias facilmente vaporizáveis, incluindo água, foram perdidas.

Uma origem asteroidal, por sua vez, poderia resultar em material rico em carbono, argilas e compostos orgânicos. Compostos orgânicos são substâncias químicas que contêm carbono, incluindo muitas envolvidas em sistemas vivos. Os cientistas vão analisar sua composição e história junto com os minerais ao redor.

A química da água pode oferecer outra pista. O hidrogênio comum e sua forma mais pesada, o deutério, aparecem em proporções diferentes em distintas regiões do sistema solar. Medir a proporção entre eles no material trazido pode ajudar os pesquisadores a identificar onde esse material se formou e investigar como a água chegou aos planetas rochosos.

Os cientistas também estão testando variações das duas principais teorias sobre a origem das luas. Jacob Kegerreis, cientista planetário do Imperial College London, simulou um asteroide sendo despedaçado pela gravidade de Marte, produzindo um disco de detritos que poderia formar luas. Matija Cuk, pesquisador do Instituto SETI, estudou ciclos repetidos em que uma lua se despedaça e volta a se formar como um objeto menor.

A idade dos minerais e os efeitos da exposição ao espaço podem ajudar a testar essas hipóteses. Os pesquisadores também esperam aprimorar a cronologia dos impactos em Marte. A datação dos grãos trazidos pode oferecer uma referência mais sólida do que a prática atual de adaptar uma cronologia elaborada a partir da Lua da Terra.

Fobos pode ter acumulado pedaços de Marte

Impactos de asteroides em Marte podem lançar rochas e poeira ao espaço. Como Fobos orbita por perto, parte desses detritos pode acabar em sua superfície. Assim, a MMX pode coletar uma mistura de material da lua e grãos originários de Marte.

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

Alguns fragmentos podem vir de rochas antigas formadas quando Marte era mais quente e úmido. Outros podem ter sido escavados de regiões mais profundas da crosta por impactos posteriores. Os pesquisadores talvez consigam relacionar parte do material mais jovem a crateras marcianas relativamente recentes.

Identificar esses grãos será um desafio. Eles podem ser extremamente pequenos, talvez não seja possível determinar com certeza sua localização original e a exposição à radiação em Fobos, que não tem atmosfera, terá alterado suas características. Os cientistas precisarão reconstruir sua história por meio de análises químicas, da estrutura dos minerais e da idade.

Um rover chega primeiro a um ambiente de gravidade excepcionalmente fraca

O Idefix, rover fornecido pelas agências espaciais francesa e alemã, deve explorar Fobos antes que a sonda principal tente pousar. O rover pesa cerca de 25 quilos e poderá operar por aproximadamente 100 dias.

A MMX vai soltá-lo a menos de 100 metros da superfície. A gravidade na superfície de Fobos é inferior a um milésimo da terrestre, então o rover descerá suavemente. O pouso ainda é delicado: o robô pode quicar ou tombar, e a condução exige controle cuidadoso para manter as rodas em contato com o solo.

O Idefix leva câmeras e instrumentos para examinar os minerais e as características da superfície. Suas observações devem ajudar a equipe a avaliar se o terreno é firme ou solto, identificar perigos e escolher locais com informações geológicas úteis.

A sonda principal fará seu próprio reconhecimento com câmeras, lidar e espectrômetros, entre um conjunto de 13 instrumentos. O lidar mede distâncias usando luz laser, permitindo que a equipe mapeie inclinações e formas da superfície. Os espectrômetros analisam luz ou outras formas de radiação para identificar as substâncias presentes.

Entre as contribuições da NASA está o MEGANE, um espectrômetro de raios gama e nêutrons desenvolvido por pesquisadores do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins e do Laboratório Nacional Lawrence Livermore. Ele vai medir sinais produzidos quando partículas de alta energia atingem a superfície, ajudando os cientistas a determinar quais elementos químicos estão presentes em Fobos.

Dois métodos de coleta, com pouca margem para erro

A MMX precisa se aproximar dos locais de pouso escolhidos com precisão de cerca de 10 metros. Fobos tem terreno irregular, gravidade extremamente fraca e um ambiente gravitacional muito influenciado por Marte. A sonda vai percorrer uma trajetória ao redor de Marte que a mantém perto de Fobos, chamada órbita quase satélite, em vez de entrar em uma órbita estável convencional ao redor da lua.

A JAXA planeja até dois pousos, dando à missão a oportunidade de coletar material em terrenos diferentes. Por meio de certos filtros, algumas regiões de Fobos parecem avermelhadas ou azuladas, o que pode refletir diferenças nos minerais, nos impactos ou na exposição ao espaço.

Um dispositivo de sondagem vai alcançar cerca de dois centímetros abaixo da superfície. Um segundo coletor, fornecido pela NASA, liberará gás nitrogênio pressurizado para varrer os grãos soltos para dentro de um recipiente. O uso dos dois métodos dará à equipe acesso a material subsuperficial raso e à poeira da superfície.

A permanência da sonda no solo deve ser medida em horas. Suas pernas de pouso precisam absorver o impacto com suavidade suficiente para evitar que ela tombe ou volte a ricochetear para o espaço. Os engenheiros também precisam lidar com um atraso de comunicação que, segundo a JAXA, pode chegar a 44 minutos para um sinal ir até a sonda e voltar.

Por isso, os controladores na Terra não podem reagir instantaneamente durante a descida. A sonda precisa de sistemas próprios de navegação e controle para seguir a trajetória planejada e lidar com mudanças rápidas.

Até onde pode chegar a busca por vida antiga?

Os cientistas esperam que possíveis grãos marcianos revelem as condições em que a vida talvez tenha existido. Minerais associados à água e compostos orgânicos preservados podem ajudar a reconstruir ambientes do passado do planeta.

Kuramoto, líder da equipe científica da missão, apresentou a possibilidade mais ambiciosa:

Acredito, sim, que existe a possibilidade de essa amostra de areia conter vestígios químicos de atividade biológica.

Pesquisas sobre a sobrevivência a impactos ajudam a explicar por que os cientistas consideram essa possibilidade. Lily Zhao, que concluiu recentemente seu doutorado na Universidade Johns Hopkins, submeteu a bactéria resistente Deinococcus radiodurans a choques projetados para reproduzir aspectos de uma colisão de asteroide. Algumas bactérias sobreviveram a pressões até 30 vezes maiores que as da fossa oceânica mais profunda.

O experimento investiga uma etapa de uma jornada difícil. Qualquer material biológico que viaje de Marte a Fobos também enfrentaria a ejeção, a passagem pelo espaço, o pouso e uma exposição prolongada à radiação. Os pesquisadores que examinarem as amostras da MMX precisarão investigar essa trajetória e, ao mesmo tempo, controlar cuidadosamente a contaminação terrestre.

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

Um caminho diferente na corrida para trazer rochas de Marte

O rover Perseverance, da NASA, coleta amostras marcianas cuidadosamente selecionadas desde 2021, registrando as rochas e os locais de onde vieram. O plano para recuperá-las perdeu financiamento do Congresso em meio ao aumento dos custos e a dúvidas sobre a viabilidade técnica, incluindo o lançamento do material coletado da superfície marciana.

A MMX segue outro caminho ao coletar amostras de uma lua com gravidade muito mais fraca. Grãos marcianos encontrados ali dariam aos cientistas acesso a material com uma história geológica menos certa, enquanto a coleta em Fobos responderia a questões próprias sobre a formação das luas e a movimentação de material pelo sistema solar.

A missão chinesa Tianwen-3 tem lançamento previsto para cerca de 2028 e pode trazer amostras diretamente de Marte já em 2031. Com esses cronogramas e o retorno da MMX, não é certo qual missão chegará primeiro.

As estimativas divulgadas por ocasião do lançamento colocam o custo da MMX em US$ 578 milhões, acima dos US$ 350 milhões estimados antes do lançamento. Cinco agências espaciais participam da missão, combinando a experiência japonesa em sondas e retorno de amostras com instrumentos, tecnologia de rover e apoio científico de parceiros internacionais.

Após a recuperação na Austrália, a JAXA planeja separar e catalogar o material antes de distribuir porções para pesquisa. A expectativa é que o Centro Espacial Johnson, da NASA, receba 15% da coleta. Se a MMX trouxer exatamente 10 gramas, essa parcela pesará 1,5 grama.

As missões japonesas anteriores a asteroides demonstraram que pequenas amostras podem permitir pesquisas laboratoriais extensas. Agora, a MMX precisa cumprir as etapas operacionais mais difíceis: chegar a Marte, reconhecer um terreno desconhecido, pousar com segurança, coletar material e trazê-lo de volta. As tentativas soviéticas e russas de investigar Fobos, incluindo a missão Phobos-Grunt, lançada em 2011, fracassaram antes de cumprir seus objetivos.

Principais pontos

• A MMX foi lançada de Tanegashima em 20 de outubro, no Japão, data correspondente a 19 de outubro no leste dos Estados Unidos.
• A JAXA pretende trazer à Terra pelo menos 10 gramas de material de Fobos em 2031.
• O rover Idefix vai explorar a superfície antes de até dois pousos da sonda, que usará dispositivos de sondagem e coleta a gás.
• Os grãos trazidos podem ajudar a explicar como as luas de Marte se formaram e como a água e o material orgânico circularam pelo sistema solar.
• Os cientistas estimam que os detritos marcianos possam representar cerca de 1% da coleta.
• A expectativa é que a cápsula de retorno pouse na Austrália; depois, as amostras serão estudadas no Japão e compartilhadas internacionalmente.