הידרציה לקציר: איך נאסוף מים על מאדים

חלמנו לשלוח בני אדם לכוכב אחר במשך עשרות שנים, ועם הזינוק האחרון של העניין בחקר מאדים, נראה שיום אחד זה יכול להיות מציאות.

אבל יש הרבה עבודה לעשות לפני שנהיה מוכנים לאדם לדרוך על הכוכב האדום.

מכל המשאבים שידרשו המבקרים במאדים, אחד המשמעותיים שבהם הוא מים - לא רק לשתייה, אלא גם לייצור חומרי הנעת רקטות וחומרים אחרים כמו חמצן. ואם אנחנו בתקווה להקים שם חקלאות, נזדקק להרבה מים כדי לשמור על גידול יבולים.

אבל פני השטח של מאדים נראים כמו מדבר יבש ובלתי מסביר פנים. כיום, במאדים אין אגמים, אין נהרות ואין גשמים.

אז מאיפה נשיג את המים שלנו? דיברנו עם שלושה מומחים כדי לברר.

מאמר זה הוא חלק מ החיים על מאדים - סדרה בת 10 חלקים החוקרת את המדע והטכנולוגיה המתקדמים שיאפשרו לבני אדם לכבוש את מאדים

מציאת מים על מאדים

למרות שאנו רחוקים שנים רבות מהקמת בסיס מבצעי מלא על מאדים, סוכנויות חלל כמו נאס"א כבר חושבות על נושא המים. הבאת מים מכדור הארץ אינה מעשית - זה הרבה יותר מדי כבד לשאת את כל המים הנדרשים למשימה ברקטה. אז התוכנית היא לאסוף מים מסביבת מאדים, וכדי לעשות זאת נצטרך לדעת היכן נמצאים המים.

החדשות הטובות הן שיש הרבה מים בצורת קרח על פני מאדים, כולל קרח המכסה את הקטבים מכתשים ענקיים. החדשות הרעות הן שמשימה לאזורים הקרים והקפואים הללו מציגה בעיות משלה, כמו כמות האנרגיה שתידרש כדי לשמור על חום של בני אדם ושל מכונות בטמפרטורות נמוכות עד -240 מעלות צלזיוס. לכן המוקד של רוב משימות מאדים הם אזורי קו הרוחב האמצעיים, שבהם הטמפרטורות מתונות יותר.

אין קרח על פני השטח באזורים אלה, אם כי יש קרח מתחת לפני הקרקע. אבל אלא אם כן אתה רוצה לשלוח אסטרונאוט עם חפירה כדי לדגום כל חלקת עפר על פני כדור הארץ, אתה צריך דרך למפות את הקרח מתחת לפני הקרקע במהירות וביעילות.

X מסמן את הנקודה

על זה עובדים גארת' מורגן ות'אן פוטציג מהמכון למדע פלנטרי כחלק מפרויקט מיפוי הקרח של המים התת-קרקעי (SWIM). הם ועמיתיהם שילבו 20 שנה של נתונים מחמישה מכשירי מאדים שונים כדי למפות היכן קרוב לוודאי נמצא הקרח מתחת לפני השטח. כשלעצמו, כל מערך נתונים, כגון קריאות מכ"ם או אינדיקציות של מימן, יכול רק לומר לך כל כך הרבה על האם קרח נמצא במיקום מסוים, אך בשילוב, הם יכולים לציין מה היו המיקומים העיקריים למציאת קרח לִהיוֹת.

מטרת עבודתם היא לעזור לנאס"א לבחור אתרי נחיתה עתידיים למשימות צוות כדי שאסטרונאוטים יוכלו לגשת קרח תת קרקעי, תוך מתן חופש רב ככל האפשר לבחור חקר מעניין מבחינה מדעית אֵזוֹר.

"טכנולוגיה והנדסה הולכות להגדיר איך לשים בני אדם על מאדים," אמר מורגן, "ויהיו להם אילוצים משלהם היכן זה יכול לקרות. הם גם רוצים שקהילת המדע תמצא את המקומות הכי קיימאים מבחינה מדעית, המעניינים והמרתקים לנחות בהם. אז התפקיד שלנו הוא לגשר בין שני העולמות הללו על ידי מתן הבנה רחבה של שני הצוותים היכן נמצאים המשאבים".

מפה זו יכולה להראות היכן סביר שיימצא קרח, אבל רק אם הקרח הזה נמצא מתחת לאדמה פחות מחמישה מטרים. קשה גם לדייק לגבי עומק הקרח המדויק בכל אזור נתון מכיוון ששיטות החישה המשמשות יכולות לספק רק הערכות גסות של תכולת הקרח שם.

ויש הבדל מעשי גדול עד כמה קשה לגשת לקרח שנמצא כמה סנטימטרים מתחת לפני השטח לעומת קרח שנמצא מתחת למטרים של סלע צפוף.

כלי חדש לזיהוי קרח

כדי להבין עד כמה עמוק הקרח על מאדים, נצטרך מאמצים חדשים כמו משימת מיפוי הקרח של מאדים: חללית שנאס"א וסוכנויות חלל בינלאומיות אחרות עובדות עליה יחד שתעשה להקיף את מאדים ולהשתמש בשני סוגים של מתודולוגיות מכ"ם כדי לזהות עד כמה עמוק הקרח ממוקם מתחת ל משטח.

"הרעיון המרכזי הוא רדאר בעל תדר גבוה יותר ברזולוציה גבוהה יותר", הסביר פוציג. משימת הקרח מאפר עדיין בשלב הרעיון שלה, והוא ומורגן לא מעורבים בה ישירות. אבל הם שמעו על המושגים למשימה ממדענים אחרים, והם חלקו כמה פרטים על איך זה יעבוד.

שיטת המכ"ם הראשונה בה ישתמש הממפה נקראת הדמיית מכ"ם סינטטית בצמצם. זה כרוך במכ"ם המכוון בזווית אל פני השטח, אשר "נותן לך תחושה של התפוצה הרחבה של קרח רדוד", אמר פוציג. "תוכל למפות את זה על פני אזור גדול במהירות יחסית בשיטה הזו."

השיטה השנייה היא קול מכ"ם, כאשר המכ"ם מופנה ישר כלפי מטה כדי להקפיץ את החלק העליון של שכבת הקרח. זה אומר לך כמה עמוקה שכבת הקרח. כאשר אתה משלב את השניים, "אתה מקבל תצוגת מפה ונוף חתך", אמר.

ואז אתה יודע איפה לחפור.

גישה למים ברגע שמצאנו אותם

איתור קרח הוא רק השלב הראשון באיסוף מים. כדי להגיע מגושי קרח מוצק מתחת לאדמה למים נקיים ובטוחים לשתייה ולמטרות אחרות, נצטרך למצוא דרך לחלץ ולעבד את הקרח.

אם אתה יודע כמה עמוק הקרח ממוקם ואתה חושב שיש כמות נכבדת של קרח לגשת, אתה יכול לקדוח למטה כדי להגיע אליו. הבעיה, כפי שסידני עושה, מוביל פרויקט מיפוי המים של מאדים במעבדת ההנעה הסילון של נאס"א, הסביר, זה שאתה צריך לדעת איזה סוג של סלע אתה תקדוח כדי שתוכל להביא את הכלי המתאים עבור עבודה.

נכון לעכשיו, ההבנה שלנו לגבי הרכב פני השטח והתת-קרקע של מאדים מוגבלת, מה שגרם לבעיות במשימות מאדים כמו InSight, שם בדיקת החום של הנחתת. לא יכול היה להגיע מתחת לפני השטח כי לאדמה היו רמות חיכוך שונות במקצת מהצפוי. אז נזדקק למידע נוסף על הרכב הסלעים באזור מסוים לפני שנוכל לתכנן מקדחה למנהרה לתוכו.

לאחר שקדחת חור אל הקרח, תוכל להשתמש במערכת הנקראת באר רודריגז, שנמצאת כיום בשימוש על פני כדור הארץ במקומות כמו אנטארקטיקה, כדי לגשת למים. בעיקרו של דבר, אתה טובל מוט מחומם לתוך החור הקדח, אשר ממיס את הקרח ויוצר באר של מים נוזליים שאותו תוכל לשאוב אל פני השטח. זה דורש אספקת אנרגיה בצורה של חום, אבל זו דרך יעילה לגשת לכמויות גדולות של מים.

סלעים אפויים

ישנה גם אפשרות נוספת לאיסוף מים: נוכל להפיק אותם ממינרלים הלחים, שנמצאים בשפע באזורים רבים במאדים. יש שם סלעים כמו גבס שמכילים מים, ואם אתה מרסק, אז אופה את הסלעים האלה, אתה יכול לעבות את המים ולאסוף אותם.

אבל לזהות את המינרלים האלה זה לא קל. כדי לזהות את המינרלים המולחלים הללו מהמסלול, החוקרים משתמשים בטכניקה הנקראת ספקטרוסקופיה של רפלקנס. המכשירים בחללית מסביב למאדים יכולים לזהות את אור השמש כשהוא מוחזר מפני השטח, וליצור מה שנקרא ספקטרות. כמה אורכי גל של האור המוחזר נספגים על ידי כימיקלים מסוימים, מה שמאפשר למדענים להסיק ממה עשויים הסלעים למטה. אבל האות הזה הוא רק הממוצע לאזור הנצפה, ויכולים להיות כימיקלים מרובים שסופגים את אותם אורכי גל. אז פענוח האותות השונים יכול להיות אתגר.

"הדרך שבה אני אוהב להסביר את זה היא: יש לך עוגה שקיבלת", אמר דו. "אתה חייב לנסות ו להבין מאילו מרכיבים הוא עשוי וכמה מכל מרכיב תרם להכנתו עוגה. זה בעצם מה שאנחנו עושים עם האותות הרפלקטיביים האלה - אנחנו מנסים לפרק אותם לחלקים המרכיבים אותם כדי להבין מה יש שם."

הפיכת מים בטוחים

כך או כך, לאחר שאספתם מים על ידי המסת קרח או על ידי אפיית סלעים, עליכם לעבד אותם. המים עלולים להיות מלאים בזיהומים מזיקים כמו מתכות כבדות או מלחים כמו פרכלורטים, ולכן יש לנקות אותם ולהתפל אותם לפני שניתן להשתמש בהם. בתיאוריה, אנחנו יודעים לעשות זאת מעיבוד דומה למים על פני כדור הארץ, אבל האתגר במאדים הוא שאנחנו לא יודעים כרגע לאילו מזהמים לצפות.

כמו היבטים רבים של ניהול מים במאדים, הנושא הוא לא בקונספט אלא בביצוע. הטכנולוגיה לניהול מים על פני כדור הארץ מובנת היטב, אבל עדיין יש הרבה מה לעשות לפני שנוכל לבנות מערכת שתעבוד על כוכב אחר.

"אנחנו יודעים את העקרונות הבסיסיים לעשות זאת", אמר דו. "אבל אנחנו לא מבינים לגמרי את התנאים הסביבתיים שבהם נצטרך להפעיל את המכונות האלה". הכל מהאטמוספירה הדקה של מאדים ועד כוח הכבידה הנמוך שלו ועד שלה אבק בשפע יכול לשנות את אופן פעולתן של מכונות. שלא לדבר על כך שלא רק שמערכת מים צריכה להיות קטנה וקלה מספיק כדי להרכיב אותה על רקטה, היא גם צריכה להיות אמינה ביותר - אין חנויות תיקונים במאדים.

כאן יצמח הגבול הבא של חדשנות טכנולוגית. יש לנו את הידע כרגע כיצד לבנות מערכת להפקת ועיבוד מים, אמר דו, "אבל סיבוב אותם עקרונות לטכנולוגיה שעובדת בצורה אמינה בסביבה שאנו מצפים ממנה - זה עדיין לִפְתוֹחַ."

מאמר זה הוא חלק מ החיים על מאדים - סדרה בת 10 חלקים החוקרת את המדע והטכנולוגיה המתקדמים שיאפשרו לבני אדם לכבוש את מאדים

המלצות עורכים

• נסיעה קוסמולוגית: הלוגיסטיקה המסובכת של העלאת אנשים על מאדים
• השלמת הנעה: איך נביא בני אדם למאדים
• טירות עשויות חול: איך ניצור בתי גידול עם אדמת מאדים
• אטמוספרות מלאכותיות: איך נבנה בסיס עם אוויר לנשימה על מאדים
• אסטרו חקלאות: איך נצמיח יבולים על מאדים