水分補給: 火星で水を集める方法

私たちは何十年もの間、人類を別の惑星に送ることを夢見てきましたが、最近の火星探査への関心の高まりにより、それがいつか現実になりそうです。

しかし、人間が赤い惑星に足を踏み入れる準備が整うまでには、やるべきことがたくさんあります。

火星への訪問者が必要とするすべての資源の中で、最も重要なものの 1 つは水です。飲料用だけでなく、ロケット推進剤や酸素などの他の物質の製造にも使用されます。 そして、もし私たちがそうであれば、 そこで農業を始めたいと考えています作物を育て続けるには大量の水が必要になります。

しかし、火星の表面は乾燥した、住みにくい砂漠のように見えます。 現在、火星には湖も川も降水量もありません。

では、水をどこから調達するのでしょうか？ 私たちはそれを知るために3人の専門家に話を聞きました。

この記事はの一部です 火星上の生命 – 人類の火星占領を可能にする最先端の科学技術を探求する 10 部構成のシリーズ

火星で水を見つける

火星に完全に運用可能な基地を確立するには何年もかかりますが、NASA のような宇宙機関はすでに水の問題について検討しています。 地球から水を運ぶのは現実的ではありません。ミッションに必要なすべての水をロケットで運ぶには重すぎます。 したがって、計画は火星の環境から水を収集することであり、そのためには水がどこにあるのかを知る必要があります。

良いニュースは、火星の表面には、極や地表を覆う氷を含め、氷の形で大量の水が存在するということです。 巨大なクレーター. 悪いニュースは、これらの極寒の地域へのミッションには、華氏マイナス 240 度の低温下で人間と機械の両方を保温するのに必要なエネルギー量など、独自の問題があることです。 そのため、火星ミッションのほとんどは気温が穏やかな中緯度地域に焦点を当てています。

これらの地域では、地下には氷がありますが、地表には氷がありません。 しかし、シャベルを持った宇宙飛行士を派遣して地球上のあらゆる土の部分をサンプリングするのでなければ、その地下の氷を迅速かつ効率的にマッピングする方法が必要です。

X はスポットをマークします

それが、惑星科学研究所のギャレス・モーガン氏とタン・プツィヒ氏が、地下水氷マッピング（SWIM）プロジェクトの一環として取り組んでいることだ。 彼らとその同僚は、5 つの異なる火星軌道機器からの 20 年間のデータを組み合わせて、氷が地表の下にある可能性が最も高い場所を地図上に示しました。 レーダーの測定値や水素の兆候などの各データセットだけでは、水素が存在するかどうかについて多くのことしかわかりません。 氷は特定の場所にありますが、それらを組み合わせることで、氷を見つけるための主要な場所を示すことができます。 なれ。

彼らの仕事の目標は、NASA が有人ミッションのための将来の着陸地点を選択し、宇宙飛行士がアクセスできるようにすることです。 科学的に興味深い探査をできるだけ自由に選択できるようにしながら、地下氷の調査を行います。 エリア。

モーガン氏は、「テクノロジーと工学は、人類を火星に移住させる方法を定義することになるだろう。そして、それがどこで起こるかについては、独自の制約を設けることになるだろう」と語った。 彼らはまた、科学界が最も科学的に実現可能で、興味深く、魅力的な着陸先を見つけることを望んでいます。 したがって、私たちの仕事は、リソースがどこにあるのかを両方のチームに広く理解してもらうことで、両方の世界の橋渡しをすることです。」

この地図は、氷が発見されそうな場所を示すことができますが、それはその氷が地下 5 メートル未満にある場合に限られます。 また、使用されているセンシング方法では、その地域の氷の含有量の大まかな推定値しか得られないため、特定の地域の氷の深さを正確に把握することは困難です。

そして、表面から数インチ下の氷と数メートルの密な岩の下にある氷にアクセスするのがどれほど難しいかには、実際上大きな違いがあります。

氷を検出する新しいツール

火星の氷の深さを解明するには、次のような新たな取り組みが必要です。 マーズアイスマッパーミッション: NASA と他の国際宇宙機関が共同で開発に取り組んでいる宇宙船。 火星を周回し、2 種類のレーダー手法を使用して火星の下の深さの氷を検出します。 水面。

「中心的なアイデアは、より高い周波数、より高い解像度のレーダーを搭載することです」とプツィッヒ氏は説明した。 Ice Mapper のミッションはまだ構想段階にあり、彼とモーガンは直接関与していません。 しかし、彼らは他の科学者からミッションのコンセプトについて聞いており、それがどのように機能するかについての詳細を共有しました。

マッパーが使用する最初のレーダー手法は、合成開口レーダー イメージングと呼ばれます。 これには、水面に対して斜めに向けられたレーダーが含まれており、「浅い氷が広範囲に分布している様子がわかる」とプツィヒ氏は語った。 「この方法を使用すると、広い地域にわたって比較的迅速にマッピングを行うことができます。」

2 番目の方法はレーダー探知です。レーダーを真下に向けて氷の層の上で反射させます。 これは氷の層の深さがわかります。 この 2 つを組み合わせると、「地図ビューと断面ビューが得られます」と彼は言いました。

そして、どこを掘るべきかがわかります。

水が見つかったらそこにアクセスする

氷を見つけることは、水を集めるための最初のステップにすぎません。 地下の固い氷の塊から飲料やその他の用途に使用できる清潔で安全な水を得るには、氷を抽出して処理する方法を見つける必要があります。

氷の深さがわかっていて、アクセスできる氷がかなりあると思われる場合は、ドリルダウンしてそこに到達することができます。 この問題について、NASA ジェット推進研究所の火星水マッピング プロジェクト責任者であるシドニー ドゥ氏は次のように説明しました。 穴を開ける岩石の種類を知っておく必要があるので、それに適した工具を持っていく必要があります。 仕事。

現在、火星の表面と地下の組成に関する理解は限られており、これが着陸船の熱探査機が使用するインサイトのような火星ミッションで問題を引き起こしています。 水面下には潜れなかった 土壌の摩擦レベルが予想とはわずかに異なっていたためです。 そのため、特定の地域にトンネルを掘るドリルを設計する前に、その地域の岩石の組成に関する詳細な情報が必要になります。

氷までドリルで穴を開けたら、現在地球上の次のような場所で使用されているロドリゲス井戸と呼ばれるシステムを使用できます。 南極大陸、水にアクセスするため。 基本的には、加熱した棒を掘削した穴に沈め、氷を溶かして液体の水の井戸を作り、それを地表まで汲み上げることができます。 これには熱の形でエネルギーを供給する必要がありますが、これは潜在的に大量の水を利用する効率的な方法です。

焼き石

水を収集する別のオプションもあります。火星の多くの地域に豊富にある水和鉱物から水を抽出することができます。 そこには水を含んだ石膏のような岩があり、それを砕いて焼くと、水を凝縮して集めることができます。

しかし、これらの鉱物を見つけるのは簡単ではありません。 これらの水和鉱物を軌道から特定するために、研究者は反射分光法と呼ばれる技術を使用します。 火星の周囲の探査機に搭載された機器は、表面から反射された太陽光を検出し、いわゆるスペクトルを生成します。 反射光の一部の波長は特定の化学物質に吸収されるため、科学者は下の岩石が何でできているかを推測することができます。 しかし、この信号は観察されている領域の平均にすぎず、同じ波長を吸収する化学物質が複数存在する可能性があります。 そのため、さまざまな信号を解読するのは難しい場合があります。

「私がよく説明するのは、『あなたは受け取ったケーキを持っています』ということです」と Do 氏は言いました。 「試してみる必要があります」 それがどのような成分で作られているのか、そして各成分がその生成にどれだけ貢献しているのかを把握する ケーキ。 これが本質的に、これらの反射信号を使って私たちが行っていることです。私たちは信号を構成要素に分解して、そこに何が含まれているかを解明しようとしています。」

水を安全にする

いずれにしても、氷を溶かしたり、石を焼いたりして水を集めたら、それを処理する必要があります。 水には重金属や過塩素酸塩などの塩類などの有害な不純物が含まれている可能性があるため、使用前に洗浄して脱塩する必要があります。 理論的には、地球上の水に同様の処理を行うことで、これを行う方法はわかっていますが、火星での課題は、どのような汚染物質が予想されるのかが現時点ではわからないことです。

火星の水管理の多くの側面と同様、問題はコンセプトではなく実行にあります。 地球上の水を管理する技術はよく理解されていますが、別の惑星でも機能するシステムを構築するには、まだやるべきことがたくさんあります。

「私たちはこれを行うための基本原則を知っています」と Do 氏は言います。 「しかし、私たちはこの機械を操作しなければならない環境条件を完全には理解していません。」 火星の薄い大気から低重力、 大量の粉塵 機械の動作方法を変える可能性があります。 言うまでもなく、給水システムはロケットに搭載できるほど小型かつ軽量である必要があるだけでなく、非常に信頼性が高くなければなりません。火星には修理工場がありません。

ここに技術革新の次のフロンティアが出現します。 私たちは現時点で、水を抽出して処理するシステムを構築する方法についての知識を持っています、と Do 氏は言いました。 これらの原則を、私たちが期待する環境で信頼性の高い方法で動作するテクノロジーに組み込むことは、まだ課題です。 開ける。"

この記事はの一部です 火星上の生命 – 人類の火星占領を可能にする最先端の科学技術を探求する 10 部構成のシリーズ

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