Sklizeň hydratace: Jak budeme sbírat vodu na Marsu

Po desetiletí jsme snili o vyslání lidí na jinou planetu a s nedávným nárůstem zájmu o průzkum Marsu to vypadá, že by to jednoho dne mohlo být realitou.

Ale než budeme připraveni na to, aby člověk vkročil na rudou planetu, je před námi spousta práce.

Ze všech zdrojů, které budou návštěvníci Marsu potřebovat, je jedním z nejvýznamnějších voda – nejen k pití, ale také k výrobě raketového pohonu a dalších látek, jako je kyslík. A pokud jsme doufal, že tam založí zemědělství, budeme potřebovat spoustu vody, abychom udrželi plodiny v růstu.

Povrch Marsu ale vypadá jako suchá nehostinná poušť. Dnes Mars nemá žádná jezera, žádné řeky a žádné srážky.

Odkud tedy budeme brát vodu? Oslovili jsme tři odborníky, abychom to zjistili.

Tento článek je součástí Život na Marsu – 10dílná série, která zkoumá špičkovou vědu a technologii, která lidem umožní okupovat Mars

Hledání vody na Marsu

I když nás dělí mnoho let od zřízení plně funkční základny na Marsu, vesmírné agentury, jako je NASA, již přemýšlejí o otázce vody. Přinášet vodu ze Země je nepraktické – je příliš těžká na to, aby unesla veškerou vodu potřebnou pro misi v raketě. Plán je tedy shromažďovat vodu z prostředí Marsu a k tomu bychom potřebovali vědět, kde se voda nachází.

Dobrou zprávou je, že na povrchu Marsu je spousta vody ve formě ledu, včetně ledu pokrývajícího póly a v obrovské krátery. Špatnou zprávou je, že mise do těchto mrazivých oblastí představuje své vlastní problémy, jako je množství energie, které by bylo potřeba k udržení lidí i strojů v teple při teplotách až -240 °F. To je důvod, proč se většina misí na Mars zaměřuje na oblasti střední šířky, kde jsou teploty mírnější.

V těchto oblastech není na povrchu led, i když pod zemí je led. Pokud ale nechcete vyslat astronauta s lopatou, aby ochutnal každý kousek špíny na planetě, potřebujete způsob, jak zmapovat podpovrchový led rychle a efektivně.

X označuje místo

Na tom pracují Gareth Morgan a Than Putzig z Planetary Science Institute v rámci projektu Subsurface Water Ice Mapping (SWIM). Oni a jejich kolegové spojili 20 let dat z pěti různých orbitálních přístrojů na Marsu, aby zmapovali, kde se led pod povrchem s největší pravděpodobností nachází. Každá datová sada, jako jsou radarové údaje nebo indikace vodíku, vám sama o sobě může říct jen tolik o tom, zda led je na určitém místě, ale v kombinaci mohou naznačovat, jaká by byla hlavní místa pro nalezení ledu být.

Cílem jejich práce je pomoci NASA vybrat budoucí místa přistání pro mise s posádkou, kam by měli astronauti přístup podpovrchový led a zároveň umožňuje co největší volnost výběru vědecky zajímavého průzkumu plocha.

„Technologie a inženýrství určí, jak dostat lidi na Mars,“ řekl Morgan, „a budou mít svá vlastní omezení, kde se to může stát. Chtějí také, aby vědecká komunita našla vědecky nejschůdnější, nejzajímavější a fascinující místa k přistání. Naším úkolem je tedy překlenout oba tyto světy tím, že oběma týmům poskytneme široké pochopení toho, kde jsou zdroje.“

Tato mapa může ukázat, kde se pravděpodobně led nachází, ale pouze pokud je méně než pět metrů pod zemí. Je také obtížné přesně určit, jak hluboko se led v dané oblasti nachází, protože použité metody snímání mohou poskytnout pouze hrubé odhady obsahu ledu v této oblasti.

A existuje velký praktický rozdíl v tom, jak obtížný je přístup k ledu, který je několik centimetrů pod povrchem, oproti ledu, který je pod metry husté skály.

Nový nástroj pro detekci ledu

Abychom zjistili, jak hluboký je na Marsu led, budeme potřebovat nové úsilí, jako je např Mise Mars Ice Mapper: Kosmická loď, na které společně pracují NASA a další mezinárodní vesmírné agentury obíhat Mars a používat dva typy radarových metod pro zjištění, jak hluboko se pod ním nachází led povrch.

"Ústřední myšlenkou je mít radar s vyšší frekvencí a vyšším rozlišením," vysvětlil Putzig. Mise Ice Mapper je stále ve fázi konceptu a on a Morgan se na ní přímo nepodílejí. Ale slyšeli o konceptech mise od jiných vědců a podělili se o některé podrobnosti o tom, jak bude fungovat.

První radarová metoda, kterou mapovač použije, se nazývá radarové zobrazování se syntetickou aperturou. To zahrnuje radar namířený pod úhlem k povrchu, který vám „dává pocit široké distribuce mělkého ledu,“ řekl Putzig. "Touto metodou to můžete poměrně rychle zmapovat ve velké oblasti."

Druhou metodou je radarové snímání, kdy radar míří přímo dolů, aby se odrazil od horní části vrstvy ledu. To vám říká, jak hluboká je vrstva ledu. Když tyto dva spojíte, „získáte pohled na mapu a pohled v řezu,“ řekl.

A pak víte, kde kopat.

Přístup k vodě, jakmile ji najdeme

Lokalizace ledu je jen prvním krokem při shromažďování vody. Abychom se z bloků pevného ledu pod zemí dostali k čisté, nezávadné vodě k pití a dalším účelům, musíme najít způsob, jak led extrahovat a zpracovat.

Pokud víte, jak hluboko se led nachází, a myslíte si, že je přístupné značné množství ledu, můžete se k němu dostat vrtáním. Problém, jak to dělá Sydney, vedoucí projektu Mars Water Mapping Project v laboratoři Jet Propulsion Laboratory NASA, vysvětlil, spočívá v tom, že musíte vědět, jaký druh kamene budete vrtat, abyste si mohli vzít ten správný nástroj práce.

V současné době je naše chápání složení povrchu a podpovrchu Marsu omezené, což způsobilo problémy na misích na Mars, jako je InSight, kde je tepelná sonda přistávacího modulu nemohl dostat pod povrch protože půda měla mírně odlišné úrovně tření, než se očekávalo. Takže budeme potřebovat více informací o složení hornin v konkrétní oblasti, než budeme moci navrhnout vrták, který do ní tuneluje.

Jakmile vyvrtáte díru do ledu, můžete použít systém zvaný Rodriguezův vrt, který se v současnosti na Zemi používá na místech, jako je Antarktida, pro přístup k vodě. V podstatě do vyvrtaného otvoru ponoříte nahřátou tyč, která roztaví led a vytvoří studnu kapalné vody, kterou pak můžete čerpat na povrch. To vyžaduje dodávku energie ve formě tepla, ale je to účinný způsob, jak získat potenciálně velké množství vody.

Pečené kameny

Existuje také další možnost sběru vody: Mohli bychom ji extrahovat z hydratovaných minerálů, kterých je v mnoha oblastech Marsu dostatek. Jsou tam skály jako sádra, které obsahují vodu, a když ty kameny rozdrtíte, pak upečete, můžete vodu kondenzovat a sbírat.

Odhalit tyto minerály však není snadné. K identifikaci těchto hydratovaných minerálů z oběžné dráhy vědci používají techniku ​​zvanou reflektanční spektroskopie. Přístroje na kosmických lodích kolem Marsu dokážou detekovat sluneční světlo, které se odráží od povrchu, a vytváří to, čemu se říká spektra. Některé vlnové délky odraženého světla jsou absorbovány určitými chemikáliemi, což vědcům umožňuje odvodit, z čeho jsou horniny pod nimi vyrobeny. Tento signál je však pouze průměrem pro pozorovanou oblast a může existovat více chemikálií, které absorbují stejné vlnové délky. Takže dešifrování různých signálů může být problém.

"Rád to vysvětluji takto: Máte dort, který jste dostali," řekl Do. „Musíš to zkusit a zjistit, z jakých ingrediencí byl vyroben a kolik z jednotlivých ingrediencí přispělo k jeho výrobě dort. To je v podstatě to, co děláme s těmito reflexními signály – snažíme se je rozložit na jejich základní části, abychom zjistili, co tam je.“

Dělat vodu bezpečnou

Ať tak či onak, jakmile nasbíráte vodu tavením ledu nebo pečením kamenů, musíte ji zpracovat. Voda může být plná škodlivých nečistot, jako jsou těžké kovy nebo soli, jako jsou chloristany, takže je třeba ji před použitím vyčistit a odsolit. Teoreticky víme, jak to udělat z provádění podobného zpracování jako voda na Zemi, ale výzvou na Marsu je, že v současné době nevíme, jaké kontaminanty můžeme očekávat.

Stejně jako mnoho aspektů hospodaření s vodou na Marsu není problém v konceptu, ale v provedení. Technologie pro hospodaření s vodou na Zemi je dobře známa, ale než se nám podaří vybudovat systém, který by fungoval na jiné planetě, musíme toho ještě hodně udělat.

"Známe základní principy, jak to udělat," řekl Do. "Ale úplně nerozumíme podmínkám prostředí, ve kterých bychom museli provozovat tento stroj." Vše od tenké atmosféry Marsu přes jeho nízkou gravitaci až po jeho hojný prach může změnit způsob, jakým stroje fungují. Nemluvě o tom, že vodní systém by musel být nejen malý a lehký, aby mohl být umístěn na raketu, ale také by musel být extrémně spolehlivý – na Marsu nejsou žádné opravny.

Zde se objeví další hranice technologických inovací. Právě teď máme znalosti o tom, jak postavit systém pro získávání a zpracování vody, řekl Do, „ale soustružení ty principy do technologie, která funguje spolehlivě v prostředí, které od ní očekáváme – to je pořád OTEVŘENO."

Tento článek je součástí Život na Marsu – 10dílná série, která zkoumá špičkovou vědu a technologii, která lidem umožní okupovat Mars

Doporučení redakce

• Kosmologické dojíždění: Složitá logistika přivádění lidí na Mars
• Zdokonalování pohonu: Jak dostaneme lidi na Mars
• Hrady z písku: Jak vytvoříme stanoviště s marťanskou půdou
• Umělé atmosféry: Jak na Marsu postavíme základnu s dýchatelným vzduchem
• Astrozemědělství: Jak budeme pěstovat plodiny na Marsu