We dromen er al tientallen jaren van om mensen naar een andere planeet te sturen, en met de recente toename van interesse in de verkenning van Mars, ziet het ernaar uit dat dit ooit werkelijkheid kan worden.
Maar er is nog veel werk te doen voordat we klaar zijn voor een persoon om voet op de rode planeet te zetten.
Inhoud
- Water zoeken op Mars
- x markeert de plek
- Een nieuwe tool voor het detecteren van ijs
- Toegang tot het water zodra we het hebben gevonden
- Gebakken rotsen
- Water veilig maken
Aanbevolen video's
Van alle bronnen die bezoekers van Mars nodig hebben, is een van de belangrijkste water - niet alleen om te drinken, maar ook om raketstuwstof en andere stoffen zoals zuurstof te maken. En als we dat zijn hopen daar landbouw te vestigen, hebben we heel veel water nodig om gewassen te laten groeien.
Maar het oppervlak van Mars ziet eruit als een droge, onherbergzame woestijn. Tegenwoordig heeft Mars geen meren, geen rivieren en geen regenval.
Dus waar halen we ons water vandaan? We spraken met drie experts om erachter te komen.
Dit artikel is onderdeel van Leven op Mars – een 10-delige serie die de allernieuwste wetenschap en technologie onderzoekt waarmee mensen Mars kunnen bezetten
Water zoeken op Mars
Hoewel we nog vele jaren verwijderd zijn van het opzetten van een volledig operationele basis op Mars, denken ruimteagentschappen zoals NASA al na over het waterprobleem. Water van de aarde halen is onpraktisch - het is veel te zwaar om al het water dat nodig is voor een missie in een raket te vervoeren. Het plan is dus om water uit de omgeving van Mars te verzamelen, en daarvoor moeten we weten waar het water zich bevindt.
Het goede nieuws is dat er veel water in de vorm van ijs op het oppervlak van Mars is, inclusief ijs dat de polen bedekt en in enorme kraters. Het slechte nieuws is dat een missie naar deze ijskoude gebieden zijn eigen problemen met zich meebrengt, zoals de hoeveelheid energie die nodig is om zowel mens als machine warm te houden bij temperaturen tot -240°F. Daarom ligt de focus van de meeste Mars-missies op de middelste breedtegraden, waar de temperaturen milder zijn.
Er is in deze regio's geen ijs aan de oppervlakte, maar er is wel ijs onder de grond. Maar tenzij je een astronaut met een schop eropuit wilt sturen om elk stukje aarde op de planeet te bemonsteren, heb je een manier nodig om dat ondergrondse ijs snel en efficiënt in kaart te brengen.
x markeert de plek
Dat is waar Gareth Morgan en Than Putzig van het Planetary Science Institute aan werken als onderdeel van het Subsurface Water Ice Mapping (SWIM)-project. Zij en hun collega's hebben 20 jaar aan gegevens van vijf verschillende Mars-instrumenten in een baan gecombineerd om in kaart te brengen waar ijs zich waarschijnlijk onder het oppervlak bevindt. Op zichzelf kan elke dataset, zoals radaruitlezingen of indicaties van waterstof, u alleen zoveel vertellen of ijs bevindt zich op een bepaalde locatie, maar in combinatie kunnen ze aangeven wat de beste locaties voor het vinden van ijs zouden zijn zijn.
Het doel van hun werk is om NASA te helpen bij het selecteren van toekomstige landingsplaatsen voor bemande missies, zodat astronauten er toegang toe hebben ondergronds ijs, waarbij zoveel mogelijk vrijheid wordt gelaten om een wetenschappelijk interessante verkenning te kiezen gebied.
"Technologie en engineering gaan bepalen hoe mensen op Mars kunnen worden gezet," zei Morgan, "en ze zullen hun eigen beperkingen hebben van waar dat kan gebeuren. Ze willen ook dat de wetenschappelijke gemeenschap de meest wetenschappelijk levensvatbare, interessante en fascinerende plaatsen vindt om te landen. Het is dus onze taak om beide werelden te overbruggen door beide teams een breed inzicht te geven in waar de middelen zijn.”
Deze kaart kan laten zien waar ijs waarschijnlijk te vinden is, maar alleen als dat ijs minder dan vijf meter onder de grond ligt. Het is ook moeilijk om precies te weten hoe diep het ijs zich in een bepaald gebied bevindt, omdat de gebruikte meetmethoden alleen ruwe schattingen kunnen geven van het ijsgehalte daar.
En er is een groot praktisch verschil in hoe moeilijk het is om toegang te krijgen tot ijs dat een paar centimeter onder het oppervlak ligt versus ijs dat zich onder meters dicht gesteente bevindt.
Een nieuwe tool voor het detecteren van ijs
Om erachter te komen hoe diep het ijs op Mars is, hebben we nieuwe inspanningen nodig, zoals de Mars Ice Mapper-missie: Een ruimtevaartuig waar NASA en andere internationale ruimteagentschappen samen aan werken baan rond Mars en gebruik twee soorten radarmethodologieën om te detecteren hoe diep ijs zich onder de Mars bevindt oppervlak.
"Het centrale idee is om een radar met een hogere frequentie en een hogere resolutie te hebben", legt Putzig uit. De Ice Mapper-missie bevindt zich nog in de conceptfase en hij en Morgan zijn er niet direct bij betrokken. Maar ze hebben van andere wetenschappers over de concepten voor de missie gehoord en ze hebben wat details gedeeld over hoe het zal werken.
De eerste radarmethode die de mapper zal gebruiken, wordt synthetische apertuurradarbeeldvorming genoemd. Dit omvat een radar die schuin op het oppervlak is gericht, wat "je een idee geeft van de brede verspreiding van ondiep ijs", zei Putzig. “Dat kun je met die methode relatief snel over een groot gebied in kaart brengen.”
De tweede methode is radarpeiling, waarbij de radar recht naar beneden wordt gericht om tegen de bovenkant van de ijslaag te stuiteren. Dit vertelt je hoe diep de ijslaag is. Als je de twee combineert, "krijg je een kaartweergave en een dwarsdoorsnede", zei hij.
En dan weet je waar je moet graven.
Toegang tot het water zodra we het hebben gevonden
Het lokaliseren van ijs is slechts de eerste stap in het verzamelen van water. Om van blokken vast ijs onder de grond naar schoon, veilig water voor drinkwater en andere doeleinden te gaan, moeten we een manier vinden om het ijs te winnen en te verwerken.
Als je weet hoe diep het ijs zich bevindt en je denkt dat er een aanzienlijke hoeveelheid ijs is om bij te komen, kun je naar beneden boren om erbij te komen. Het probleem, zoals Sydney Do, de leider van het Mars Water Mapping Project bij NASA's Jet Propulsion Laboratory, uitlegde: is dat je moet weten door wat voor soort steen je gaat boren, zodat je het juiste gereedschap kunt meenemen voor de functie.
Momenteel is ons begrip van de samenstelling van het oppervlak en de ondergrond van Mars beperkt, wat problemen heeft veroorzaakt bij Mars-missies zoals InSight, waar de hittesonde van de lander kon niet onder de oppervlakte komen omdat de grond iets andere wrijvingsniveaus had dan verwacht. We hebben dus meer informatie nodig over de samenstelling van rotsen in een bepaald gebied voordat we een boor kunnen ontwerpen om erin te tunnelen.
Als je eenmaal een gat tot in het ijs hebt geboord, kun je een systeem gebruiken dat een Rodriguez-put wordt genoemd en dat momenteel op aarde wordt gebruikt in plaatsen zoals Antarctica, toegang tot water. In wezen dompel je een verwarmde staaf onder in het geboorde gat, waardoor het ijs smelt en een bron met vloeibaar water ontstaat die je vervolgens naar de oppervlakte kunt pompen. Dit vereist toevoer van energie in de vorm van warmte, maar het is een efficiënte manier om toegang te krijgen tot potentieel grote hoeveelheden water.
Gebakken rotsen
Er is ook een andere mogelijkheid om water te verzamelen: we kunnen het halen uit gehydrateerde mineralen, die in veel delen van Mars in overvloed aanwezig zijn. Er zijn daar rotsen zoals gips die water bevatten, en als je die rotsen verbrijzelt en bakt, kun je het water condenseren en opvangen.
Maar het vinden van deze mineralen is niet eenvoudig. Om deze gehydrateerde mineralen uit de ruimte te identificeren, gebruiken onderzoekers een techniek die reflectiespectroscopie wordt genoemd. De instrumenten op ruimtevaartuigen rond Mars kunnen zonlicht detecteren wanneer het wordt gereflecteerd door het oppervlak, waardoor zogenaamde spectra ontstaan. Sommige golflengten van het gereflecteerde licht worden geabsorbeerd door bepaalde chemicaliën, waardoor wetenschappers kunnen afleiden waarvan de rotsen eronder zijn gemaakt. Maar dit signaal is slechts het gemiddelde voor het gebied dat wordt waargenomen, en er kunnen meerdere chemicaliën zijn die dezelfde golflengten absorberen. Het ontcijferen van de verschillende signalen kan dus een uitdaging zijn.
"De manier waarop ik het graag uitleg is: je hebt een cake die je hebt ontvangen", zei Do. “Je moet het proberen en zoek uit van welke ingrediënten het is gemaakt en hoeveel van elk ingrediënt heeft bijgedragen aan het maken ervan taart. Dat is in wezen wat we doen met deze reflecterende signalen - we proberen ze te ontbinden in hun samenstellende delen om erachter te komen wat erin zit.
Water veilig maken
Hoe dan ook, als je eenmaal water hebt verzameld door ijs te smelten of door stenen te bakken, moet je het verwerken. Het water kan vol schadelijke onzuiverheden zitten, zoals zware metalen of zouten zoals perchloraten, dus het moet worden gereinigd en ontzout voordat het kan worden gebruikt. In theorie weten we hoe we dit moeten doen door een vergelijkbare verwerking uit te voeren als water op aarde, maar een uitdaging op Mars is dat we momenteel niet weten welke verontreinigingen we kunnen verwachten.
Zoals bij veel aspecten van waterbeheer op Mars, zit het probleem niet in het concept maar in de uitvoering. De technologie voor het beheer van water op aarde wordt goed begrepen, maar er moet nog veel gebeuren voordat we een systeem kunnen bouwen dat op een andere planeet zou werken.
"We kennen de fundamentele principes om dit te doen," zei Do. "Maar we begrijpen de omgevingsomstandigheden waarin we deze machines zouden moeten bedienen niet volledig." Alles, van de dunne atmosfeer van Mars tot zijn lage zwaartekracht tot zijn overvloedig stof kan de manier veranderen waarop machines werken. Om nog maar te zwijgen van het feit dat een watersysteem niet alleen klein en licht genoeg moet zijn om op een raket te worden gezet, maar ook uiterst betrouwbaar moet zijn - er zijn geen reparatiewerkplaatsen op Mars.
Dit is waar de volgende grens van technologische innovatie zal ontstaan. We hebben nu de kennis om een systeem te bouwen voor het onttrekken en verwerken van water, zei Do, 'maar draaien die opdrachtgevers in technologie die op een betrouwbare manier werkt in de omgeving die we verwachten - dat is nog steeds open."
Dit artikel is onderdeel van Leven op Mars – een 10-delige serie die de allernieuwste wetenschap en technologie onderzoekt waarmee mensen Mars kunnen bezetten
Aanbevelingen van de redactie
- Een kosmologisch woon-werkverkeer: de lastige logistiek om mensen op Mars te zetten
- De voortstuwing perfectioneren: hoe we mensen naar Mars krijgen
- Kastelen gemaakt van zand: hoe we leefgebieden zullen maken met Marsgrond
- Kunstmatige atmosferen: hoe we een basis met ademende lucht op Mars zullen bouwen
- Astrolandbouw: hoe we gewassen op Mars gaan verbouwen
