Od dziesięcioleci marzyliśmy o wysłaniu ludzi na inną planetę, a biorąc pod uwagę niedawny wzrost zainteresowania eksploracją Marsa, wygląda na to, że pewnego dnia może się to stać rzeczywistością.
Ale jest jeszcze wiele do zrobienia, zanim będziemy gotowi na postawienie stopy na Czerwonej Planecie.
Zawartość
- Znalezienie wody na Marsie
- X oznacza miejsce
- Nowe narzędzie do wykrywania lodu
- Dostęp do wody, gdy ją znajdziemy
- Pieczone skały
- Uczynić wodę bezpieczną
Polecane filmy
Spośród wszystkich zasobów, których będą potrzebować odwiedzający Marsa, jednym z najważniejszych jest woda – nie tylko do picia, ale także do produkcji paliwa rakietowego i innych substancji, takich jak tlen. A jeśli jesteśmy mając nadzieję założyć tam rolnictwo, będziemy potrzebować dużo wody, aby utrzymać uprawy.
Ale powierzchnia Marsa wygląda jak sucha, niegościnna pustynia. Dziś na Marsie nie ma jezior, rzek ani opadów.
Skąd więc weźmiemy wodę? Aby się tego dowiedzieć, rozmawialiśmy z trzema ekspertami.
Ten artykuł jest częścią Życie na Marsie – 10-częściowy serial poświęcony najnowocześniejszej nauce i technologii, które umożliwią ludziom okupację Marsa
Znalezienie wody na Marsie
Chociaż od założenia w pełni operacyjnej bazy na Marsie dzieli nas wiele lat, agencje kosmiczne, takie jak NASA, już myślą o kwestii wody. Sprowadzanie wody z Ziemi jest niepraktyczne – jest zbyt ciężkie, aby pomieścić całą wodę potrzebną do misji w rakiecie. Tak więc plan polega na zbieraniu wody ze środowiska Marsa i aby to zrobić, musielibyśmy wiedzieć, gdzie znajduje się woda.
Dobrą wiadomością jest to, że na powierzchni Marsa jest mnóstwo wody w postaci lodu, w tym lodu pokrywającego bieguny i w ogromne kratery. Zła wiadomość jest taka, że misja do tych mroźnych regionów wiąże się z własnymi problemami, takimi jak ilość energii potrzebnej do utrzymania ciepła zarówno ludzi, jak i maszyn w temperaturach tak niskich jak -240°F. Dlatego większość misji marsjańskich koncentruje się na regionach o średniej szerokości geograficznej, gdzie temperatury są łagodniejsze.
W tych regionach nie ma lodu na powierzchni, chociaż pod ziemią jest lód. Ale jeśli nie chcesz wysłać astronauty z łopatą, aby zbadał każdy skrawek brudu na planecie, potrzebujesz sposobu na szybkie i wydajne mapowanie tego podpowierzchniowego lodu.
X oznacza miejsce
Nad tym właśnie pracują Gareth Morgan i Than Putzig z Planetary Science Institute w ramach projektu Subsurface Water Ice Mapping (SWIM). Oni i ich współpracownicy połączyli dane z 20 lat z pięciu różnych instrumentów orbitalnych Marsa, aby nakreślić, gdzie najprawdopodobniej lód znajduje się pod powierzchnią. Sam zestaw danych, taki jak odczyty radarowe lub wskazania wodoru, może powiedzieć tylko tyle o tym, czy lód znajduje się w określonym miejscu, ale w połączeniu mogą wskazać, jakie byłyby najlepsze lokalizacje do znalezienia lodu Być.
Celem ich pracy jest pomoc NASA w wyborze przyszłych miejsc lądowania dla misji załogowych, aby astronauci mieli do nich dostęp lodu podpowierzchniowego, pozwalając jednocześnie na jak największą swobodę wyboru interesującej naukowo eksploracji obszar.
„Technologia i inżynieria określą, jak umieścić ludzi na Marsie” – powiedział Morgan – „i będą mieli własne ograniczenia dotyczące tego, gdzie może się to zdarzyć. Chcą również, aby społeczność naukowa znalazła najbardziej opłacalne z naukowego punktu widzenia, interesujące i fascynujące miejsca do lądowania. Naszym zadaniem jest zatem połączenie obu tych światów poprzez umożliwienie obu zespołom szerokiego zrozumienia, gdzie znajdują się zasoby”.
Ta mapa może pokazać, gdzie prawdopodobnie znajduje się lód, ale tylko wtedy, gdy lód ten znajduje się mniej niż pięć metrów pod ziemią. Trudno jest również dokładnie określić, jak głęboko lód znajduje się na danym obszarze, ponieważ stosowane metody wykrywania mogą jedynie zgrubnie oszacować zawartość lodu.
I istnieje duża praktyczna różnica w tym, jak trudno jest uzyskać dostęp do lodu, który znajduje się kilka cali pod powierzchnią, w porównaniu do lodu, który znajduje się poniżej metrów gęstej skały.
Nowe narzędzie do wykrywania lodu
Aby dowiedzieć się, jak głęboki jest lód na Marsie, potrzebujemy nowych wysiłków, takich jak Misja Mars Ice Mapper: Statek kosmiczny, nad którym wspólnie pracują NASA i inne międzynarodowe agencje kosmiczne okrążyć Marsa i użyć dwóch rodzajów metodologii radarowych, aby wykryć, jak głęboki lód znajduje się pod powierzchnią powierzchnia.
„Główną ideą jest posiadanie radaru o wyższej częstotliwości i wyższej rozdzielczości” – wyjaśnił Putzig. Misja Ice Mapper jest wciąż w fazie koncepcyjnej, a on i Morgan nie są w nią bezpośrednio zaangażowani. Słyszeli jednak o koncepcjach misji od innych naukowców i podzielili się pewnymi szczegółami dotyczącymi jej działania.
Pierwsza metoda radarowa, której użyje twórca map, nazywa się obrazowaniem radarowym z syntetyczną aperturą. Obejmuje to radar skierowany pod kątem do powierzchni, co „daje poczucie szerokiego rozmieszczenia płytkiego lodu” – powiedział Putzig. „Za pomocą tej metody można stosunkowo szybko zmapować to na dużym obszarze”.
Druga metoda to sondowanie radarowe, w którym radar jest skierowany prosto w dół, aby odbić się od górnej warstwy lodu. To mówi ci, jak głęboka jest warstwa lodu. Kiedy połączysz te dwa elementy, „otrzymasz widok mapy i widok przekrojowy” – powiedział.
I wtedy wiesz, gdzie kopać.
Dostęp do wody, gdy ją znajdziemy
Lokalizowanie lodu to tylko pierwszy krok w zbieraniu wody. Aby dostać się z bloków stałego lodu pod ziemią do czystej, bezpiecznej wody do picia i do innych celów, musimy znaleźć sposób na wydobycie i przetworzenie lodu.
Jeśli wiesz, jak głęboko znajduje się lód i uważasz, że jest tam spora ilość lodu, do której można uzyskać dostęp, możesz się do niego dostać. Problem, jak wyjaśnił Sydney Do, kierownik projektu Mars Water Mapping Project w Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA, polega na tym, że musisz wiedzieć, w jakiej skale będziesz wiercić, aby móc zabrać ze sobą odpowiednie narzędzie stanowisko.
Obecnie nasza wiedza na temat składu powierzchni i podpowierzchni Marsa jest ograniczona, co powodowało problemy w misjach marsjańskich, takich jak InSight, gdzie sonda cieplna lądownika nie mógł dostać się pod powierzchnię ponieważ gleba miała nieco inne poziomy tarcia niż oczekiwano. Potrzebujemy więc więcej informacji na temat składu skał na danym obszarze, zanim będziemy mogli zaprojektować wiertło do wydrążenia w nim tunelu.
Po wywierceniu otworu w lodzie możesz użyć systemu zwanego studnią Rodrigueza, obecnie używanego na Ziemi w miejscach takich jak Antarktyda, dostęp do wody. Zasadniczo zanurzasz podgrzany pręt w wywierconym otworze, który topi lód i tworzy studnię ciekłej wody, którą można następnie wypompować na powierzchnię. Wymaga to dostarczania energii w postaci ciepła, ale jest to efektywny sposób na dostęp do potencjalnie dużych ilości wody.
Pieczone skały
Istnieje również inna opcja gromadzenia wody: możemy ją wydobywać z uwodnionych minerałów, których jest dużo na wielu obszarach Marsa. Są tam skały, takie jak gips, które zawierają wodę, a jeśli je zmiażdżysz, a następnie upieczesz, możesz skondensować wodę i zebrać ją.
Ale dostrzeżenie tych minerałów nie jest łatwe. Aby zidentyfikować te uwodnione minerały z orbity, naukowcy stosują technikę zwaną spektroskopią odbiciową. Instrumenty na statkach kosmicznych wokół Marsa mogą wykrywać światło słoneczne odbijane od powierzchni, tworząc tak zwane widma. Niektóre długości fal odbitego światła są pochłaniane przez pewne substancje chemiczne, co pozwala naukowcom wywnioskować, z czego zbudowane są skały poniżej. Ale ten sygnał jest tylko średnią dla obserwowanego obszaru i może istnieć wiele substancji chemicznych, które pochłaniają te same długości fal. Tak więc rozszyfrowanie różnych sygnałów może być wyzwaniem.
„Lubię to wyjaśniać w następujący sposób: masz ciasto, które otrzymałeś” – powiedział Do. „Musisz spróbować i dowiedzieć się, z jakich składników został wykonany i ile każdego składnika przyczyniło się do jego powstania ciasto. Zasadniczo to właśnie robimy z tymi odblaskowymi sygnałami – próbujemy rozłożyć je na części składowe, aby dowiedzieć się, co tam jest.
Uczynić wodę bezpieczną
Tak czy inaczej, po zebraniu wody przez topienie lodu lub wypalanie skał, musisz ją przetworzyć. Woda może być pełna szkodliwych zanieczyszczeń, takich jak metale ciężkie lub sole, takie jak nadchlorany, dlatego przed użyciem należy ją oczyścić i odsolić. Teoretycznie wiemy, jak to zrobić, wykonując podobne przetwarzanie do wody na Ziemi, ale wyzwaniem na Marsie jest to, że obecnie nie wiemy, jakich zanieczyszczeń się spodziewać.
Podobnie jak w przypadku wielu aspektów gospodarki wodnej na Marsie, problem nie leży w koncepcji, ale w wykonaniu. Technologia zarządzania wodą na Ziemi jest dobrze poznana, ale wciąż pozostaje wiele do zrobienia, zanim będziemy mogli zbudować system, który działałby na innej planecie.
„Znamy podstawowe zasady robienia tego” – powiedział Do. „Ale nie do końca rozumiemy warunki środowiskowe, w których musielibyśmy obsługiwać tę maszynę”. Wszystko, od rzadkiej atmosfery Marsa po niską grawitację obfity pył może zmienić sposób działania maszyn. Nie wspominając o tym, że system wodny musiałby być nie tylko mały i wystarczająco lekki, aby można go było umieścić na rakiecie, ale także musiałby być wyjątkowo niezawodny — na Marsie nie ma warsztatów naprawczych.
W tym miejscu wyłoni się kolejna granica innowacji technologicznych. Mamy teraz wiedzę, jak zbudować system do wydobywania i uzdatniania wody, powiedział Do, „ale obracając się tych zasad w technologię, która działa niezawodnie w środowisku, którego oczekujemy – to wciąż otwarty."
Ten artykuł jest częścią Życie na Marsie – 10-częściowy serial poświęcony najnowocześniejszej nauce i technologii, które umożliwią ludziom okupację Marsa
Zalecenia redaktorów
- Kosmologiczny dojazd: skomplikowana logistyka umieszczania ludzi na Marsie
- Udoskonalanie napędu: jak dowieziemy ludzi na Marsa
- Zamki z piasku: jak stworzymy siedliska z marsjańskiej gleby
- Sztuczna atmosfera: Jak zbudujemy bazę z powietrzem nadającym się do oddychania na Marsie
- Astrorolnictwo: Jak będziemy uprawiać rośliny na Marsie
