Pridobivanje hidracije: Kako bomo zbirali vodo na Marsu

Že desetletja smo sanjali o tem, da bi ljudi poslali na drug planet, in z nedavnim porastom zanimanja za raziskovanje Marsa se zdi, da bi to nekega dne lahko postalo resničnost.

Toda čaka nas še veliko dela, preden bomo pripravljeni, da bo človek stopil na rdeči planet.

Med vsemi viri, ki jih bodo potrebovali obiskovalci Marsa, je eden najpomembnejših voda – ne le za pitje, ampak tudi za izdelavo raketnega goriva in drugih snovi, kot je kisik. In če smo v upanju, da bodo tam vzpostavili kmetijstvo, bomo potrebovali veliko vode, da bodo pridelki rasli.

Toda površina Marsa je videti kot suha, negostoljubna puščava. Danes Mars nima jezer, rek in padavin.

Od kod bomo torej dobili vodo? Da bi izvedeli, smo se pogovarjali s tremi strokovnjaki.

Ta članek je del Življenje na Marsu – 10-delna serija, ki raziskuje vrhunsko znanost in tehnologijo, ki bo ljudem omogočila, da zasedejo Mars

Iskanje vode na Marsu

Čeprav smo še mnogo let oddaljeni od vzpostavitve popolnoma operativne baze na Marsu, vesoljske agencije, kot je NASA, že razmišljajo o vprašanju vode. Prinašanje vode z Zemlje je nepraktično – veliko pretežko je prenesti vso vodo, potrebno za misijo, v raketi. Načrt je torej zbiranje vode iz Marsovega okolja in za to bi morali vedeti, kje se voda nahaja.

Dobra novica je, da je na površini Marsa veliko vode v obliki ledu, vključno z ledom, ki prekriva poli in ogromni kraterji. Slaba novica je, da misija v te ledeno mrzle regije predstavlja svoje težave, kot je količina energije, ki bi bila potrebna za ohranjanje ogrevanja ljudi in strojev pri temperaturah do -240 °F. Zato je večina misij na Mars osredotočena na regije srednje zemljepisne širine, kjer so temperature nižje.

Na teh območjih ni ledu na površju, čeprav je led pod zemljo. Če pa ne želite poslati astronavta z lopato, da vzorči vsako zaplato umazanije na planetu, potrebujete način za hitro in učinkovito preslikavo tega podzemnega ledu.

X označuje mesto

To je tisto, na čemer delata Gareth Morgan in Than Putzig iz Planetary Science Institute v okviru projekta Subsurface Water Ice Mapping (SWIM). S kolegi so združili 20-letne podatke iz petih različnih orbitalnih instrumentov Marsa, da bi določili, kje pod površjem se najverjetneje nahaja led. Vsak nabor podatkov sam zase, kot so radarski odčitki ali indikacije vodika, lahko pove le toliko o tem, ali led je na določeni lokaciji, toda v kombinaciji lahko pokažejo, katere bi bile glavne lokacije za iskanje ledu biti.

Cilj njihovega dela je pomagati Nasi pri izbiri prihodnjih pristajališč za misije s posadko, da bi astronavti lahko dostopali podzemni led, hkrati pa dopušča čim več svobode pri izbiri znanstveno zanimivega raziskovanja območje.

»Tehnologija in inženiring bosta določila, kako poslati ljudi na Mars,« je dejal Morgan, »in imeli bodo svoje omejitve glede tega, kje se lahko to zgodi. Prav tako želijo, da znanstvena skupnost najde znanstveno najbolj izvedljiva, zanimiva in fascinantna mesta za pristanek. Naša naloga je torej premostiti ta svetova tako, da obema ekipama omogočimo široko razumevanje, kje so viri.«

Ta zemljevid lahko pokaže, kje je verjetno najdba ledu, vendar le, če je ta led manj kot pet metrov pod zemljo. Prav tako je težko natančno določiti, kako globoko je led na katerem koli območju, ker lahko uporabljene metode zaznavanja zagotovijo le grobe ocene vsebnosti ledu tam.

In obstaja velika praktična razlika v tem, kako težko je dostopati do ledu, ki je nekaj centimetrov pod površjem, v primerjavi z ledom, ki je pod metri goste skale.

Novo orodje za odkrivanje ledu

Da bi ugotovili, kako globok je led na Marsu, bomo potrebovali nova prizadevanja, kot je Misija Mars Ice Mapper: Vesoljsko plovilo, ki ga skupaj delajo NASA in druge mednarodne vesoljske agencije, ki bo krožijo po Marsu in uporabljajo dve vrsti radarskih metodologij za odkrivanje, kako globok led se nahaja pod površino.

"Osrednja ideja je imeti radar z višjo frekvenco in višjo ločljivostjo," je pojasnil Putzig. Misija Ice Mapper je še vedno v fazi koncepta in on in Morgan nista neposredno vključena vanjo. Toda od drugih znanstvenikov so slišali za koncepte misije in delili nekaj podrobnosti o tem, kako bo delovala.

Prva radarska metoda, ki jo bo uporabil kartograf, se imenuje radarsko slikanje s sintetično aperturo. To vključuje radar, usmerjen pod kotom na površino, ki "vam daje občutek široke porazdelitve plitvega ledu," je dejal Putzig. "S to metodo lahko razmeroma hitro preslikate veliko regijo."

Druga metoda je radarsko sondiranje, kjer je radar usmerjen naravnost navzdol, da se odbije od vrha plasti ledu. To vam pove, kako globoka je plast ledu. Ko združite oboje, "dobite pogled zemljevida in pogled prečnega prereza," je dejal.

In potem veš, kam kopati.

Dostop do vode, ko jo najdemo

Iskanje ledu je le prvi korak pri zbiranju vode. Da bi iz blokov trdnega ledu pod zemljo prišli do čiste, varne vode za pitje in druge namene, bomo morali najti način za pridobivanje in predelavo ledu.

Če veste, kako globoko se nahaja led, in menite, da je do njega dostopna precejšnja količina ledu, lahko vrtate navzdol, da pridete do njega. Težava, kot je pojasnil Sydney Do, vodja projekta Mars Water Mapping Project v Nasinem laboratoriju za reaktivni pogon, je, da morate vedeti, skozi kakšno skalo boste vrtali, da lahko prinesete pravo orodje za služba.

Trenutno je naše razumevanje sestave površja in podpovršja Marsa omejeno, kar je povzročilo težave pri misijah na Mars, kot je InSight, kjer je toplotna sonda pristajalne naprave ni mogel priti pod površje ker so imeli prsti nekoliko drugačne stopnje trenja od pričakovanih. Zato bomo potrebovali več informacij o sestavi kamnin na določenem območju, preden lahko oblikujemo vrtalnik za tunel.

Ko izvrtate luknjo do ledu, lahko uporabite sistem, imenovan Rodriguezov vodnjak, ki se trenutno uporablja na Zemlji v krajih, kot je Antarktika, za dostop do vode. V bistvu potopite segreto palico v izvrtano luknjo, ki stopi led in ustvari vodnjak s tekočo vodo, ki jo lahko nato črpate na površje. To zahteva dobavo energije v obliki toplote, vendar je to učinkovit način za dostop do potencialno velikih količin vode.

Pečene skale

Obstaja tudi druga možnost za zbiranje vode: lahko bi jo pridobili iz hidriranih mineralov, ki jih je veliko na številnih območjih Marsa. Tam so kamnine, kot je sadra, ki vsebujejo vodo, in če te kamnine zdrobite, nato spečete, lahko kondenzirate vodo in jo zberete.

Toda odkrivanje teh mineralov ni enostavno. Za identifikacijo teh hidriranih mineralov iz orbite raziskovalci uporabljajo tehniko, imenovano odbojna spektroskopija. Instrumenti na vesoljskih plovilih okoli Marsa lahko zaznajo sončno svetlobo, ko se odbije od površine, in ustvari tako imenovane spektre. Določene kemikalije absorbirajo nekatere valovne dolžine odbite svetlobe, kar znanstvenikom omogoča, da sklepajo, iz česa so sestavljene skale spodaj. Toda ta signal je le povprečje opazovanega območja in lahko obstaja več kemikalij, ki absorbirajo iste valovne dolžine. Tako je dešifriranje različnih signalov lahko izziv.

»Rad bi to razložil takole: Imate torto, ki ste jo prejeli,« je rekel Do. "Moraš poskusiti in ugotovite, iz katerih sestavin je bil narejen in koliko je posamezna sestavina prispevala k temu torta. To je pravzaprav tisto, kar počnemo s temi odsevnimi signali – poskušamo jih razstaviti na njihove sestavne dele, da bi ugotovili, kaj je tam notri.«

Varna voda

Kakor koli že, ko vodo zberete s taljenjem ledu ali pečenjem kamenja, jo morate predelati. Voda je lahko polna škodljivih nečistoč, kot so težke kovine ali soli, kot so perklorati, zato jo je treba pred uporabo očistiti in razsoliti. Teoretično vemo, kako to storiti s podobno obdelavo vode na Zemlji, vendar je izziv na Marsu ta, da trenutno ne vemo, katere onesnaževalce lahko pričakujemo.

Kot mnogi vidiki upravljanja z vodo na Marsu, vprašanje ni v konceptu, temveč v izvedbi. Tehnologija za upravljanje vode na Zemlji je dobro razumljena, vendar je treba še veliko postoriti, preden lahko zgradimo sistem, ki bi deloval na drugem planetu.

"Poznamo temeljna načela za to," je dejal Do. "Vendar ne razumemo popolnoma okoljskih pogojev, v katerih bi morali upravljati s tem strojem." Vse od Marsove tanke atmosfere do nizke gravitacije obilen prah lahko spremenijo način delovanja strojev. Da ne omenjam, da bi moral biti vodni sistem ne samo majhen in dovolj lahek, da bi ga lahko postavili na raketo, ampak bi moral biti tudi izjemno zanesljiv - na Marsu ni servisnih delavnic.

Tu se bo pojavila naslednja meja tehnoloških inovacij. Trenutno imamo znanje o tem, kako zgraditi sistem za pridobivanje in predelavo vode, je dejal Do, »vendar obračanje tiste principale v tehnologijo, ki deluje na zanesljiv način v okolju, ki ga pričakujemo – to je še vedno odprto."

Ta članek je del Življenje na Marsu – 10-delna serija, ki raziskuje vrhunsko znanost in tehnologijo, ki bo ljudem omogočila, da zasedejo Mars

Priporočila urednikov

• Kozmološko potovanje na delo: zapletena logistika pošiljanja ljudi na Mars
• Izpopolnjevanje pogona: Kako bomo ljudi spravili na Mars
• Gradovi iz peska: Kako bomo naredili habitate z marsovsko zemljo
• Umetna atmosfera: Kako bomo na Marsu zgradili bazo z zrakom, ki ga je mogoče dihati
• Astrokmetijstvo: Kako bomo gojili pridelke na Marsu