Az elmúlt időszakban három ország űreszköze érkezett meg a vörös bolygóhoz, melyek közül elsőként az Egyesült Arab Emírségek légkörkutató szondája, majd a NASA Preservance nevű marsjárója landolt. 

Az utóbbi által közvetített felvételeket számítógépe előtt ülve bárki élőben követhette, ami hatalmas előrelépést jelent az elmúlt évtizedek próbálkozásaihoz képest. 

De milyen technikai háttérre és átviteli sebességre volt szüksége a kutatóknak ahhoz, hogy ezt a feledhetetlen élményt egyetlen kattintással elérhetővé tegyék számunkra? És mire számíthatunk az elkövetkező években az űrkutatás jövőjét illetően? Ebben a cikkben ezekre a kérdésekre keressük a választ.

Az első szonda több mint fél évszázaddal ezelőtt startolt

A Mars a hozzánk legközelebb keringő bolygók egyike. Nem csoda, hogy az elmúlt évtizedek során kutatók és művészek ezreinek fantáziáját mozgatta már meg a meghódításával kapcsolatos gondolat. 

A Mars a tudományos élet mellett a popkultúra és irodalom egyik állandó témája is, hosszú évtizedek óta. Elég például Edgar Rice Burroughs híres regénysorozatára, az 1912-ben indult Mars-ciklusra gondolni, mely a mai napig töretlen népszerűségének köszönhetően a huszadik század ponyvairodalmának klasszikusai közé tartozik. 

Kötetei olyan sci-fi-szerzőket inspiráltak, mint Ray Bradbury, Robert A. Heinlein, vagy Arthur C. Clarke. Mindezek mellett pedig olyan, híres űrkutatókra volt hatással, mint a Viking űrszondák exobiológiai programját tervező Carl Sagan.

Ebből is jól látható tehát, hogy a vörös bolygó iránti érdeklődés egyáltalán nem újkeletű.

Az első űrszonda 1962. november elsején indult a vörös bolygó felszínének kutatására, ez a szovjet Marsz–1 volt, mely végül nem érte el célját. A kutatók ugyanis a Földtől 106 millió kilométerre elvesztették vele a kapcsolatot. Az Egyesült Államok első űrszondája két évvel a szovjetek után, 1964-ben startolt, ám fékezésre alkalmas eszköz nélkül 9846 kilométerre repült el a vörös bolygó mellett. 

Küldetése azonban egyáltalán nem volt hiábavaló, hiszen sikerült elkészítenie a Marsról az első 21 fekete-fehér közelképet, melyeknek köszönhetően rengeteg, korábban ismeretlen tény derült ki a vörös bolygóról. Többek közt az, hogy felszíne kráterekkel szabdalt, és sem mesterséges építmények, sem pedig élet nem található rajta.

Öt évvel később, 1969-ben a Mariner 6 és Mariner 7 szondáknak már sikerült lényegesen közelebb kerülniük a felszínhez. Az előbbi 3429, míg az utóbbi 3430 kilométerre repült el a Mars felett és több száz képet, valamint mérési eredményt küldött a Földre. Az 1971-ben elstartolt Mariner 9 képein pedig már feltűnt számos igen érdekes, azelőtt ismeretlen felszíni alakzat is. A kutatók többek közt hatalmas völgyrendszereket és óriás vulkánokat fedeztek fel ekkor. 

Ezt követően a hetvenes években a második szovjet űrszonda már a leszállást is megkísérelte a vörös bolygó felszínén, sajnos azonban sikertelenül. A Marsz–2 becsapódott és tönkrement, ám utódjának, a Marsz–3 leszállóegységének sikerült a landolás. Ez a szonda már közvetíteni is kezdett a felszínről, ám az első mérési adatok Földre érkezése előtt váratlanul elhallgatott. 

Szovjet űrszondák ezután még kétszer kíséreltek meg landolni a bolygó felszínén, azonban mindkét alkalommal sikertelenül. 

Végül az Egyesült Államok Viking szondáinak sikerült leszállniuk a vörös bolygón, először 1976. július 20-án, majd szeptember 3-án. Ezek a szondák ezután éveken keresztül vizsgálták a felszíni viszonyokat, rengeteg felvételt készítettek, ám sem életre utaló nyomokat, sem pedig szerves anyagot nem sikerült kimutatniuk a marsi talajból.

A Viking űrszondák sikereit a Mars-kutatás terén több évtizednyi kudarc követte. Elég többek közt a Fobosz és Mars Observer űrszondák 1988-1989-es és 1993-as elhallgatását, vagy a Marsz–8 1996-os földi lezuhanását említenünk. 

A 2010-es évek azonban újból elhozták az áttörést a Mars-kutatások terén, és a legfrissebb expedíciók olyan sikereket produkáltak, melyekről évtizedekkel korábban a tudósok talán álmodni sem mertek volna. 

Az egyik legjelentősebb az amerikai Curiosity marsjáró, amely az egyik legnagyobb szerkezet, amely a Mars felszínére lépett. A közelmúltban pedig több űreszköz is elindult a vörös bolygó feltérképezésére és meghódítására, többek közt a Preservance nevet viselő rover, melynek landolását milliók követhették (majdnem) élő, egyenes adásban.

Hogyan zajlik a kommunikáció a Föld és a Mars között?

A földi tudósok és mérnökök számára az űrben és a Marson végzett missziók során a NASA Deep Space Network (DSN)nemzetközi antennahálózata biztosítja a kommunikációt. A DSN három kommunikációs létesítményből áll, amelyek világszerte körülbelül 120 fokos távolságban helyezkednek el egymástól. A kaliforniai Mojave-sivatagban, Spanyolországban és Ausztráliában. 

Ez a stratégiai elhelyezés lehetővé teszi az szondák állandó megfigyelését aközben is, hogy a Föld a saját tengelye körül forog.

A DSN antennák rendkívül nagyméretűek, 34 méter és 70 méter átmérőjűek. Nem véletlenül, hiszen minél nagyobb az antenna, annál erősebb a jel, és annál nagyobb az információ mennyisége, amelyet az antenna hatékonyan küldhet az űrbe vagy fogadhat onnan. 

A Curisoity a Mars felszínén mozogva UHF antennáján keresztül küldte adatait a Mars Reconnaissance Orbiterműholdra, melynek jeleit a DSN hatalmas sávszélességű antennái fogadták.

A DSN hálózata persze nem csak a Mars-járművekkel, de szinte az összes naprendszerünkben keringő űrjárművel kommunikál, köztük a Szaturnuszt, a Napot vagy épp az aszteroidákat megfigyelő műholdakkal is. 

A Mars Tudományos Laboratórium (Mars Science Laboratory) szondáinak éppen ezért osztozniuk kell a DSN antennáinak sávszélességén. Azon pedig, hogy minden fontos adat a megfelelő időben érkezzen a Földre, több száz szakemberből álló kutatói csapat dolgozik világszerte.

A Mars és a Föld közötti adatátvitel során a NASA természetesen nem csak a DSN hálózatot használja. Az adatokat a marsjárókról és űrszondákról először a vörös bolygó körül keringő műholdak, a Mars Odyssey és a Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) kapják meg, majd ezek továbbítják az információt a földi antennák számára.

Az Odyssey az adatokat 256 Kbps sebességgel küldi tovább a DSN hálózat részére. Sokkal lassabban, mint az MRO, mely átlagosan 2 Mbps sebességgel sugároz.

Ez azt jelenti, hogy egy átlagos, 5 MB méretű MP3 fájl az Odyssey sávszélességével körülbelül 3 perc alatt, míg az MOR sávszélességével nagyjából 20 másodperc alatt lenne letölthető. Ugyanez egy 1,5 GB-s videófájlnál már az előbbi esetben majdnem 10 órát, míg az utóbbinál alig másfél órát venne igénybe.

Mennyit késik a Marsról a Földre sugárzott élő adás?

A közelmúltban sikeresen landolt a NASA Pereservance nevet viselő marsjárója a vörös bolygó felszínén, mely a legmodernebb és legnehezebb űreszköz, amit eddig a Marsra küldtek, és egyike annak a három szondának, ami az elmúlt időszakban a bolygó meghódítására indult. 

A tavaly július 30-án útjára elstartolt űreszköz az ötödik és legnagyobb amerikai marsjáró szonda, mely egy kockázatos ejtőernyős leszállást követően érte el a Mars felszínét. A marsjáró tudományos feladataiba a kőzet-, és talajminták gyűjtése, az ősi mikrobiológiai életnyomok kutatása, illetve a Mars geológiai és időjárási vizsgálata is bele tartozik.

A Preservance landolásának online közvetítését több millióan követték élőben a YouTube-on és Twitch-en. Sokan azonban bele sem gondoltak abba, hogy ezek a képek százmilliós nagyságrendű távolságból érkeznek, és ennek ellenére a saját monitorunkon láthatjuk őket, ami néhány évtizede még elképzelhetetlen lett volna.

Elég csupán arra gondolnunk, hogy a kommunikáció sebessége már abban az esetben is változik, ha mondjuk Magyarországról a több ezer kilométerre lévő Új-Zélandra kezdeményezünk videóhívást. Ilyen esetekben már minimális csúszást tapasztalhatunk a kommunikáció folyamatában. Persze ebben az esetben még csak 1-2 másodpercről beszélünk, ami az átlag felhasználó számára talán fel sem tűnik. 

De gondoljunk csak bele: mi történik akkor, ha ezt a távolságot milliós nagyságrendűre növeljük? Mondjuk Föld-Mars távolságról beszélünk, ami átlagosan nem kevesebb mint 225 millió kilométert jelent.

Természetesen ebben az esetben elkerülhetetlen, hogy a csúszás mértéke is növekedjen, arról már nem is beszélve, mennyi egyéb tényező játszik ebben az esetben közre a távolságon kívül a kommunikáció gyorsaságát és minőségét illetően. 

Többek közt a légköri jelenségek, a műholdak aktuális helyzete, vagy a napszél tevékenysége. A legfontosabb tényezőről, a fénysebesség korlátairól már nem is beszélve. A rádióhullámok ugyanis  – annak ellenére, hogy frekvenciájuk alacsonyabb, mint a fényé – ugyanahhoz az elektromágneses spektrumhoz tartoznak, és ugyanolyan sebességgel tudnak haladni az űrben.

• Ez a sebesség 300 000 km / s.

Mindent figyelembe véve tehát átlagosan elmondható, hogy a Marsról a Földre, illetve a Földről a Marsra érkező üzenetek nagyjából 12 percnyi időeltolódással érkeznek meg az illetékes befogadóhoz. 

Ez persze a körülményektől függően változó lehet, A legnagyobb felbontású, színes kép megérkezése a NASA-hoz attól a pillanattól kezdve, hogy a marsjáró elkészíti, körülbelül 30 perc – de akár több órát is igénybe vehet.

A valós idejű bolygóközi beszélgetések a fizika általi korlátoknak köszönhetően tehát csak a tudományos-fantasztikus fikció szüleményei.

Mindazonáltal a kutatók törekszenek arra, hogy a lehető legtöbb adatot továbbítsák egyszerre a Föld és a Mars között a rendelkezésre álló sávszélesség folyamatos növelésével. A Perseverance által közvetített élő adás már önmagában hatalmas lépésnek számít, azonban a limitált adatátviteli lehetőség miatt még jelen esetben is kis felbontású, fekete-fehér képről beszélünk.

A Mars még ma is kiváló inspirációs forrást jelent

A bevezetőben már említettük, hogy a titokzatos vörös bolygó a tudósok mellett több híres íróra is komoly benyomást volt képes gyakorolni. És annak ellenére, hogy egyre többet tudunk a Marsról, a figyelem a popkultúra irányából továbbra is töretlennek tűnik.

Ezt a legjobban a a közelmúlt realisztikus sci-fijei mutatják, melyekbe a hollywoodi stúdiók óriási költségvetést fektettek. Ennek eredménye többek közt a 2015-ös The Martian (Mentőexpedíció) című szuperprodukció, a The Expanse (A térség) című sorozat, vagy épp a NatGeo látványos Mars-szériája is, melyekben többek közt a két bolygó közti kommunikáció kérdésköre is szóba kerül, és nagy szerepet játszanak annak nehézségei is.

Ellentétben az olyan, több mint két évtizeddel ezelőtt született alkotásokkal, mint például A Mars-mentőakció (2000) vagy a Vörös Bolygó (2000), melyek a marsi létet a Földtől teljesen független, izolált állapotként kezelik, és fel sem merül bennük a két bolygó közti folyamatos kapcsolat lehetősége.

Mit hozhat a jövő a Mars-Föld kommunikáció terén?

Abban az esetben, ha a NASA-nak a jelenleg használt rádióhullámokról sikerül áttérni a lézeres technológiára, a jövőben már nagy valószínűséggel a magas minőségű élő közvetítéseknek sem lesz majd akadálya. Az optikai jelek hullámhossza ugyanis sokkal rövidebb, mint a rádiófrekvenciás jeleké, ami jóval nagyobb adatátviteli sebességet eredményez.

A technológia pedig már a spájzban van, hiszen a Massachusettsi Műszaki Intézet (MIT) és a JPL kutatói már kifejlesztették azokat a detektorokat, amelyek egészen a legkisebb fényegységig, egy fotonig képesek érzékelni a lézerjeleket az optikai spektrum infravörös tartományában. 

A személyzet nélküli űreszközökkel történő felderítés után pedig a következő nagy lépés egyértelműen az emberes Mars-expedíció, melyre egyelőre nincs jóváhagyott program, a NASA azonban a 2030-as évekre már megvalósíthatónak tartja. 

Innen pedig talán már tényleg csak egy kőhajításnyira van a vörös bolygó kolonizálása és terraformálása, mely az elmúlt évtizedekben csupán csak távoli álomnak és a tudományos-fantasztikus filmek vad fikciójának tűnt.