Žetva hidratacije: Kako ćemo skupljati vodu na Marsu

Desetljećima smo sanjali o slanju ljudi na drugi planet, a s nedavnim porastom interesa za istraživanje Marsa, čini se da bi to jednog dana moglo biti stvarnost.

Ali ima još puno posla prije nego što budemo spremni da osoba kroči nogom na crveni planet.

Od svih resursa koji će biti potrebni posjetiteljima Marsa, jedan od najznačajnijih je voda – ne samo za piće, već i za proizvodnju raketnog goriva i drugih tvari poput kisika. A ako jesmo nadajući se da će tamo pokrenuti poljoprivredu, trebat će nam jako puno vode da usjevi rastu.

Ali površina Marsa izgleda kao suha, negostoljubiva pustinja. Danas Mars nema ni jezera, ni rijeka, niti padavina.

Pa odakle ćemo dobiti vodu? Razgovarali smo s tri stručnjaka kako bismo saznali.

Ovaj je članak dio Život na Marsu – serija od 10 dijelova koja istražuje vrhunsku znanost i tehnologiju koja će omogućiti ljudima da okupiraju Mars

Pronalazak vode na Marsu

Iako smo mnogo godina udaljeni od uspostave potpuno operativne baze na Marsu, svemirske agencije poput NASA-e već razmišljaju o problemu vode. Donošenje vode sa Zemlje je nepraktično - preteško je nositi svu vodu potrebnu za misiju u raketi. Dakle, plan je prikupiti vodu iz okoline Marsa, a da bismo to učinili morali bismo znati gdje se voda nalazi.

Dobra vijest je da na površini Marsa ima mnogo vode u obliku leda, uključujući led koji prekriva polove i ogromnih kratera. Loša vijest je da misija u ove ledeno hladne regije predstavlja svoje probleme, poput količine energije koja bi bila potrebna da se ljudi i strojevi zagriju na temperaturama niskim od -240°F. Zato su fokus većine misija na Mars područja srednje geografske širine, gdje su temperature blaže.

U ovim regijama nema leda na površini, ali ga ima ispod zemlje. Ali osim ako ne želite poslati astronauta s lopatom da uzorkuje svaku mrlju prljavštine na planetu, potreban vam je način da brzo i učinkovito mapirate taj podzemni led.

X označava mjesto

To je ono na čemu rade Gareth Morgan i Than Putzig s Planetary Science Institute u sklopu projekta Mapiranje podzemnog leda (SWIM). Oni i njihovi kolege kombinirali su 20 godina podataka iz pet različitih orbitalnih instrumenata Marsa kako bi mapirali gdje se led najvjerojatnije nalazi ispod površine. Sami za sebe, svaki skup podataka, kao što su radarska očitanja ili indikacije vodika, mogu vam reći samo toliko o tome je li led je na određenoj lokaciji, ali u kombinaciji mogu ukazivati ​​na to koja bi bila glavna mjesta za pronalaženje leda biti.

Cilj njihova rada je pomoći NASA-i u odabiru budućih mjesta slijetanja za misije s posadom kako bi astronauti mogli pristupiti podzemnog leda, a istovremeno dopušta što je moguće više slobode odabira znanstveno zanimljivog istraživanja područje.

“Tehnologija i inženjerstvo će definirati kako poslati ljude na Mars,” rekao je Morgan, “i imat će vlastita ograničenja gdje se to može dogoditi. Oni također žele da znanstvena zajednica pronađe znanstveno najodrživija, najzanimljivija, najfascinantnija mjesta za slijetanje. Stoga je naš posao premostiti oba ta svijeta dajući objema momčadima široko razumijevanje gdje su resursi.”

Ova karta može pokazati gdje se led vjerojatno nalazi, ali samo ako je taj led ispod pet metara ispod zemlje. Također je teško biti precizan o tome koliko se točno duboko led nalazi u bilo kojem području jer korištene metode osjeta mogu dati samo grube procjene sadržaja leda tamo.

Postoji velika praktična razlika u tome koliko je teško pristupiti ledu koji je nekoliko inča ispod površine naspram leda koji je ispod metara gustog kamenja.

Novi alat za otkrivanje leda

Da bismo utvrdili koliko je dubok led na Marsu, trebat će nam novi napori poput ovog Misija Mars Ice Mapper: Svemirska letjelica na kojoj zajedno rade NASA i druge međunarodne svemirske agencije koja će kruže oko Marsa i koriste dvije vrste radarskih metodologija za otkrivanje koliko se duboko led nalazi ispod površinski.

"Središnja ideja je imati radar više frekvencije i veće rezolucije", objasnio je Putzig. Misija Ice Mapper još uvijek je u fazi koncepta, a on i Morgan nisu izravno uključeni u nju. No čuli su za koncepte misije od drugih znanstvenika i podijelili su neke detalje o tome kako će funkcionirati.

Prva radarska metoda koju će kartograf koristiti naziva se radarska slika sintetičke aperture. To uključuje radar usmjeren pod kutom u odnosu na površinu, što "daje osjećaj široke distribucije plitkog leda", rekao je Putzig. "Tom metodom to možete relativno brzo mapirati na velikom području."

Druga metoda je radarsko sondiranje, gdje je radar usmjeren ravno prema dolje kako bi se odbio od vrha sloja leda. To vam govori koliko je dubok sloj leda. Kada kombinirate to dvoje, "dobivate prikaz karte i prikaz poprečnog presjeka", rekao je.

I onda znate gdje kopati.

Pristup vodi kada je nađemo

Lociranje leda samo je prvi korak u prikupljanju vode. Kako bismo od blokova čvrstog leda ispod zemlje došli do čiste, sigurne vode za piće i druge svrhe, morat ćemo pronaći način za vađenje i obradu leda.

Ako znate koliko se duboko nalazi led i mislite da postoji poprilična količina leda kojoj možete pristupiti, možete probušiti kako biste došli do njega. Problem, kako je objasnio Sydney Do, voditelj Projekta mapiranja vode na Marsu u NASA-inom Laboratoriju za mlazni pogon, je da morate znati kroz kakvu ćete stijenu bušiti kako biste mogli ponijeti pravi alat za posao.

Trenutačno je naše razumijevanje sastava površine i podzemlja Marsa ograničeno, što je uzrokovalo probleme u misijama na Mars poput InSighta, gdje je toplinska sonda lendera nije mogao zaći ispod površine jer je tlo imalo nešto drugačije razine trenja od očekivanih. Stoga će nam trebati više informacija o sastavu stijena u određenom području prije nego što možemo projektirati bušilicu za tunel u njemu.

Nakon što izbušite rupu do leda, možete upotrijebiti sustav koji se zove Rodriguez bunar, koji se trenutno koristi na Zemlji na mjestima kao što su Antarktik, za pristup vodi. U osnovi, u izbušenu rupu uronite zagrijanu šipku koja topi led i stvara bunar tekuće vode koju možete ispumpati na površinu. To zahtijeva opskrbu energijom u obliku topline, ali to je učinkovit način za pristup potencijalno velikim količinama vode.

Pečeno kamenje

Postoji i druga opcija za prikupljanje vode: mogli bismo je izvući iz hidratiziranih minerala kojih ima u izobilju u mnogim područjima Marsa. Tamo ima kamenja poput gipsa koje sadrži vodu, i ako zdrobite, zatim ispečete to kamenje, možete kondenzirati vodu i sakupiti je.

Ali uočavanje ovih minerala nije lako. Kako bi identificirali ove hidratizirane minerale iz orbite, istraživači koriste tehniku ​​koja se zove spektroskopija refleksije. Instrumenti na svemirskim letjelicama oko Marsa mogu detektirati sunčevu svjetlost dok se odbija od površine, stvarajući takozvane spektre. Određene kemikalije apsorbiraju neke valne duljine reflektirane svjetlosti, što znanstvenicima omogućuje da zaključe od čega su stijene ispod. Ali ovaj signal je samo prosjek za područje koje se promatra, a može postojati više kemikalija koje apsorbiraju iste valne duljine. Stoga dešifriranje različitih signala može biti izazov.

“Način na koji to volim objasniti je: imate tortu koju ste dobili”, rekao je Do. “Moraš pokušati i shvatiti od kojih je sastojaka napravljen i koliko je svaki sastojak pridonio tome torta. To je u biti ono što radimo s ovim reflektirajućim signalima - pokušavamo ih rastaviti na njihove sastavne dijelove kako bismo shvatili što je tamo."

Učiniti vodu sigurnom

U svakom slučaju, nakon što ste sakupili vodu topljenjem leda ili pečenjem kamenja, morate je preraditi. Voda bi mogla biti puna štetnih nečistoća poput teških metala ili soli poput perklorata, pa je treba očistiti i desalinizirati prije nego što se može koristiti. U teoriji, znamo kako to učiniti radeći sličnu obradu vode na Zemlji, ali izazov na Marsu je taj što trenutno ne znamo koje zagađivače možemo očekivati.

Poput mnogih aspekata upravljanja vodom na Marsu, problem nije u konceptu već u izvedbi. Tehnologija za upravljanje vodom na Zemlji je dobro poznata, ali ima još puno toga za napraviti prije nego što možemo izgraditi sustav koji bi funkcionirao na drugom planetu.

"Znamo temeljna načela za to", rekao je Do. "Ali ne razumijemo u potpunosti okolišne uvjete u kojima bismo morali raditi s ovim strojevima." Sve od Marsove tanke atmosfere do njegove niske gravitacije obilna prašina mogli promijeniti način rada strojeva. Da ne spominjemo da ne samo da bi sustav vode morao biti malen i dovoljno lagan da bi se stavio na raketu, već bi također morao biti izuzetno pouzdan - na Marsu nema radionica za popravak.

Ovo je mjesto gdje će se pojaviti sljedeća granica tehnoloških inovacija. Trenutno imamo znanje o tome kako izgraditi sustav za vađenje i preradu vode, rekao je Do, “ali okrećući se te principale u tehnologiju koja radi na pouzdan način u okruženju koje očekujemo - to je još uvijek otvoren."

Ovaj je članak dio Život na Marsu – serija od 10 dijelova koja istražuje vrhunsku znanost i tehnologiju koja će omogućiti ljudima da okupiraju Mars

Preporuke urednika

• Kozmološko putovanje na posao: Zamršena logistika slanja ljudi na Mars
• Usavršavanje pogona: Kako ćemo odvesti ljude na Mars
• Dvorci od pijeska: Kako ćemo napraviti staništa s Marsovim tlom
• Umjetne atmosfere: Kako ćemo izgraditi bazu sa zrakom koji se može disati na Marsu
• Astropoljoprivreda: Kako ćemo uzgajati usjeve na Marsu