การเก็บเกี่ยวความชุ่มชื้น: เราจะเก็บน้ำบนดาวอังคารได้อย่างไร

เราใฝ่ฝันที่จะส่งมนุษย์ไปยังดาวดวงอื่นมานานหลายทศวรรษแล้ว และด้วยความสนใจที่เพิ่มขึ้นในการสำรวจดาวอังคารเมื่อเร็วๆ นี้ ดูเหมือนว่าสักวันหนึ่งสิ่งนั้นอาจเป็นจริงได้

แต่ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำก่อนที่เราจะพร้อมให้คนเหยียบบนดาวเคราะห์สีแดง

ในบรรดาทรัพยากรทั้งหมดที่ผู้มาเยือนดาวอังคารต้องการ หนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุดก็คือน้ำ ไม่เพียงแต่สำหรับดื่มเท่านั้น แต่ยังใช้สำหรับการผลิตจรวดขับดันและสารอื่นๆ เช่น ออกซิเจน และถ้าเรา หวังจะตั้งเกษตรที่นั่นเราต้องการน้ำจำนวนมากเพื่อให้พืชผลเติบโต

แต่พื้นผิวของดาวอังคารดูเหมือนทะเลทรายที่แห้งแล้งและไม่เอื้ออำนวย วันนี้ ดาวอังคารไม่มีทะเลสาบ ไม่มีแม่น้ำ และไม่มีฝนตก

แล้วเราจะเอาน้ำมาจากไหน? เราได้พูดคุยกับผู้เชี่ยวชาญสามคนเพื่อหาคำตอบ

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของ ชีวิตบนดาวอังคาร – ซีรีส์ 10 ตอนที่สำรวจวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีล้ำสมัยที่จะช่วยให้มนุษย์สามารถยึดครองดาวอังคารได้

ค้นหาน้ำบนดาวอังคาร

แม้ว่าเราจะอยู่ห่างจากการสร้างฐานปฏิบัติการอย่างเต็มรูปแบบบนดาวอังคารเป็นเวลาหลายปี แต่หน่วยงานด้านอวกาศอย่าง NASA ก็กำลังคิดเกี่ยวกับปัญหาน้ำอยู่แล้ว การนำน้ำออกจากโลกนั้นทำไม่ได้ – มันหนักเกินไปที่จะบรรทุกน้ำทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับภารกิจในจรวด ดังนั้น แผนคือการรวบรวมน้ำจากสภาพแวดล้อมของดาวอังคาร และในการทำเช่นนั้น เราจำเป็นต้องรู้ว่าน้ำอยู่ที่ไหน

ข่าวดีก็คือมีน้ำจำนวนมากในรูปของน้ำแข็งบนพื้นผิวดาวอังคาร รวมทั้งน้ำแข็งที่ปกคลุมขั้วโลกและใน หลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่. ข่าวร้ายก็คือภารกิจในพื้นที่เย็นเยือกเหล่านี้นำเสนอปัญหาของตัวเอง เช่น ปริมาณพลังงานที่ต้องใช้เพื่อให้ทั้งมนุษย์และเครื่องจักรอบอุ่นในอุณหภูมิที่ต่ำถึง -240°F นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมภารกิจส่วนใหญ่บนดาวอังคารจึงมุ่งเน้นไปที่พื้นที่ละติจูดกลางซึ่งมีอุณหภูมิที่ร้อนกว่า

ไม่มีน้ำแข็งบนพื้นผิวในพื้นที่เหล่านี้ แม้ว่าจะมีน้ำแข็งอยู่ใต้พื้นดิน แต่ถ้าคุณไม่ต้องการส่งนักบินอวกาศออกไปพร้อมกับพลั่วเพื่อเก็บตัวอย่างสิ่งสกปรกทุกหย่อมหญ้าบนโลกใบนี้ คุณต้องมีวิธีแผนที่น้ำแข็งใต้ผิวดินอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ

X ทำเครื่องหมายจุด

นั่นคือสิ่งที่ Gareth Morgan และ Than Putzig จากสถาบัน Planetary Science Institute กำลังดำเนินการร่วมกัน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Subsurface Water Ice Mapping (SWIM) พวกเขาและเพื่อนร่วมงานได้รวมข้อมูล 20 ปีจากเครื่องมือวงโคจรของดาวอังคาร 5 เครื่องเพื่อทำแผนที่ว่าน้ำแข็งน่าจะอยู่ใต้พื้นผิวมากที่สุด ชุดข้อมูลแต่ละชุด เช่น การอ่านเรดาร์หรือการบ่งชี้ของไฮโดรเจน เพียงอย่างเดียวสามารถบอกคุณได้มากว่า น้ำแข็งอยู่ในตำแหน่งเฉพาะ แต่เมื่อรวมกันแล้ว พวกมันสามารถระบุได้ว่าตำแหน่งสำคัญสำหรับการค้นหาน้ำแข็งนั้นต้องการอะไร เป็น.

เป้าหมายของการทำงานคือการช่วย NASA เลือกสถานที่ลงจอดในอนาคตสำหรับภารกิจที่มีลูกเรือ เพื่อให้นักบินอวกาศสามารถเข้าถึงได้ น้ำแข็งใต้ผิวดิน ในขณะที่ให้อิสระมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในการเลือกการสำรวจที่น่าสนใจทางวิทยาศาสตร์ พื้นที่.

“เทคโนโลยีและวิศวกรรมกำลังจะกำหนดวิธีการนำมนุษย์ไปไว้บนดาวอังคาร” มอร์แกนกล่าว “และพวกเขาจะมีข้อจำกัดของตัวเองว่าจะเกิดขึ้นได้ที่ไหน พวกเขายังต้องการให้ชุมชนวิทยาศาสตร์ค้นหาสถานที่ที่มีศักยภาพทางวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจและน่าหลงใหลที่สุด ดังนั้นงานของเราคือเชื่อมโลกทั้งสองเข้าด้วยกันโดยให้ทั้งสองทีมมีความเข้าใจอย่างกว้างขวางว่าทรัพยากรอยู่ที่ไหน”

แผนที่นี้สามารถแสดงตำแหน่งที่อาจพบน้ำแข็งได้ แต่เฉพาะเมื่อน้ำแข็งนั้นอยู่ต่ำกว่าพื้นดินไม่เกิน 5 เมตร นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องยากที่จะแม่นยำว่าน้ำแข็งตั้งอยู่ในพื้นที่ใด ๆ ลึกเพียงใด เนื่องจากวิธีการตรวจจับที่ใช้สามารถให้ค่าประมาณคร่าวๆ ของปริมาณน้ำแข็งที่นั่นเท่านั้น

และมีความแตกต่างในทางปฏิบัติอย่างมากในเรื่องความยากในการเข้าถึงน้ำแข็งที่อยู่ต่ำกว่าพื้นผิวไม่กี่นิ้วเมื่อเทียบกับน้ำแข็งที่อยู่ใต้หินหนาทึบหลายเมตร

เครื่องมือใหม่สำหรับการตรวจจับน้ำแข็ง

ในการหาว่าน้ำแข็งบนดาวอังคารอยู่ลึกแค่ไหน เราจำเป็นต้องมีความพยายามใหม่ๆ เช่น ภารกิจ Mars Ice Mapper: ยานอวกาศที่ NASA และหน่วยงานอวกาศระหว่างประเทศอื่น ๆ กำลังทำงานร่วมกันที่จะ โคจรรอบดาวอังคารและใช้วิธีการเรดาร์ 2 แบบเพื่อตรวจจับความลึกของน้ำแข็งที่อยู่ใต้ พื้นผิว.

“แนวคิดหลักคือการมีเรดาร์ที่มีความถี่สูงและมีความละเอียดสูง” พุทซิกอธิบาย ภารกิจ Ice Mapper ยังอยู่ในขั้นตอนแนวคิด และเขากับมอร์แกนไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับภารกิจนี้ แต่พวกเขาเคยได้ยินเกี่ยวกับแนวคิดของภารกิจจากนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ และพวกเขาได้แบ่งปันรายละเอียดบางอย่างเกี่ยวกับวิธีการทำงาน

วิธีเรดาร์แรกที่ผู้ทำแผนที่จะใช้เรียกว่าการถ่ายภาพเรดาร์รูรับแสงสังเคราะห์ สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับเรดาร์ที่ชี้ทำมุมกับพื้นผิวซึ่ง "ทำให้คุณรู้สึกถึงการกระจายตัวของน้ำแข็งที่ตื้น" พุทซิกกล่าว “คุณสามารถแมปสิ่งนั้นในพื้นที่ขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็วด้วยวิธีนั้น”

วิธีที่สองคือการส่งเสียงด้วยเรดาร์ โดยเรดาร์จะชี้ตรงลงไปเพื่อให้กระเด็นออกจากชั้นน้ำแข็งด้านบน สิ่งนี้จะบอกคุณว่าชั้นน้ำแข็งมีความลึกเพียงใด เมื่อคุณรวมทั้งสองอย่างเข้าด้วยกัน "คุณจะได้มุมมองแผนที่และมุมมองแบบภาคตัดขวาง" เขากล่าว

แล้วคุณจะรู้ว่าจะขุดที่ไหน

เข้าถึงน้ำเมื่อเราพบมัน

การค้นหาน้ำแข็งเป็นเพียงขั้นตอนแรกในการเก็บน้ำ เพื่อให้ได้น้ำจากก้อนน้ำแข็งแข็งใต้พื้นดินมาเป็นน้ำสะอาดปลอดภัยสำหรับดื่มและวัตถุประสงค์อื่นๆ เราจะต้องหาวิธีสกัดและแปรรูปน้ำแข็ง

หากคุณรู้ว่าน้ำแข็งอยู่ลึกแค่ไหน และคิดว่ามีน้ำแข็งจำนวนมากพอที่จะเข้าถึงได้ คุณสามารถเจาะลึกลงไปได้ ปัญหาตามที่ซิดนีย์ทำ โครงการ Mars Water Mapping Project ที่ NASA’s Jet Propulsion Laboratory อธิบายไว้ คือคุณต้องรู้ว่าจะเจาะหินประเภทไหนจึงจะได้เครื่องมือที่เหมาะกับงาน งาน.

ปัจจุบัน ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับองค์ประกอบของพื้นผิวดาวอังคารและพื้นผิวใต้ผิวดินมีจำกัด ซึ่งทำให้เกิดปัญหากับภารกิจบนดาวอังคาร เช่น InSight ซึ่งยานสำรวจความร้อนของยานลงจอด ไม่สามารถลงไปใต้พื้นผิวได้ เนื่องจากดินมีระดับแรงเสียดทานแตกต่างจากที่คาดไว้เล็กน้อย ดังนั้นเราต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบของหินในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งก่อนที่เราจะออกแบบการเจาะเพื่อเจาะอุโมงค์ได้

เมื่อคุณเจาะรูลงไปในน้ำแข็งแล้ว คุณสามารถใช้ระบบที่เรียกว่าบ่อน้ำ Rodriguez ซึ่งปัจจุบันใช้อยู่บนโลกในสถานที่ต่างๆ เช่น แอนตาร์กติกาเพื่อเข้าถึงน้ำ โดยพื้นฐานแล้ว คุณต้องจุ่มแท่งร้อนลงไปในรูที่เจาะไว้ ซึ่งจะละลายน้ำแข็งและสร้างบ่อน้ำของเหลวที่คุณสามารถปั๊มขึ้นสู่ผิวน้ำได้ สิ่งนี้ต้องการพลังงานในรูปของความร้อน แต่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเข้าถึงน้ำปริมาณมาก

หินอบ

นอกจากนี้ยังมีอีกทางเลือกหนึ่งในการเก็บน้ำ: เราสามารถสกัดน้ำจากแร่ธาตุไฮเดรตซึ่งมีอยู่มากมายในหลายพื้นที่ของดาวอังคาร มีหินคล้ายยิปซั่มบรรจุน้ำอยู่ และถ้าคุณบด แล้วอบหินเหล่านั้น คุณจะสามารถควบแน่นน้ำและรวบรวมได้

แต่การจำแนกแร่ธาตุเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องง่าย ในการระบุแร่ธาตุไฮเดรตเหล่านี้จากวงโคจร นักวิจัยใช้เทคนิคที่เรียกว่าสเปกโทรสโกปีแบบสะท้อนแสง เครื่องมือบนยานอวกาศรอบดาวอังคารสามารถตรวจจับแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากพื้นผิว ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าสเปกตรัม ความยาวคลื่นของแสงที่สะท้อนบางส่วนถูกดูดซับโดยสารเคมีบางชนิด ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถอนุมานได้ว่าหินด้านล่างทำมาจากอะไร แต่สัญญาณนี้เป็นเพียงค่าเฉลี่ยของพื้นที่ที่สังเกต และอาจมีสารเคมีหลายชนิดที่ดูดซับความยาวคลื่นเดียวกัน ดังนั้นการถอดรหัสสัญญาณที่แตกต่างกันจึงเป็นเรื่องที่ท้าทาย

“วิธีที่ฉันชอบอธิบายคือ: คุณมีเค้กที่คุณได้รับ” โดกล่าว “คุณต้องพยายามและ ค้นหาว่าส่วนผสมนั้นทำมาจากอะไร และส่วนผสมแต่ละอย่างมีส่วนช่วยในการทำสิ่งนั้นมากน้อยเพียงใด เค้ก. นั่นคือสิ่งที่เราทำกับสัญญาณสะท้อนแสงเหล่านี้โดยพื้นฐานแล้ว เรากำลังพยายามแยกย่อยมันออกเป็นส่วนๆ เพื่อหาว่ามีอะไรอยู่ในนั้นบ้าง”

ทำให้น้ำปลอดภัย

ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด เมื่อคุณเก็บน้ำโดยการละลายน้ำแข็งหรือโดยการอบหิน คุณต้องผ่านกระบวนการดังกล่าว น้ำอาจเต็มไปด้วยสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย เช่น โลหะหนักหรือเกลือ เช่น เปอร์คลอเรต ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำความสะอาดและแยกเกลือออกจากน้ำทะเลก่อนนำไปใช้ ในทางทฤษฎี เรารู้วิธีการทำสิ่งนี้จากการทำกระบวนการที่คล้ายคลึงกันกับน้ำบนโลก แต่ความท้าทายบนดาวอังคารคือตอนนี้เราไม่รู้ว่าจะต้องเจอกับสารปนเปื้อนอะไรบ้าง

เช่นเดียวกับหลายๆ แง่มุมของการจัดการน้ำบนดาวอังคาร ประเด็นไม่ได้อยู่ที่แนวคิดแต่อยู่ที่การดำเนินการ เทคโนโลยีสำหรับการจัดการน้ำบนโลกเป็นที่เข้าใจกันดี แต่ยังมีอะไรอีกมากที่ต้องทำก่อนที่เราจะสามารถสร้างระบบที่จะทำงานบนดาวเคราะห์ดวงอื่นได้

“เรารู้หลักการพื้นฐานในการทำเช่นนี้” Do กล่าว “แต่เราไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงสภาพแวดล้อมที่เราจะต้องใช้งานเครื่องจักรนี้” ทุกอย่างตั้งแต่ชั้นบรรยากาศเบาบางของดาวอังคารไปจนถึงแรงโน้มถ่วงต่ำ ฝุ่นมากมาย สามารถเปลี่ยนวิธีการทำงานของเครื่องจักรได้ ไม่ต้องพูดถึงว่าไม่เพียงแค่ระบบน้ำจะต้องมีขนาดเล็กและเบาพอที่จะใส่จรวดได้เท่านั้น แต่ยังต้องมีความน่าเชื่อถือสูงด้วย — ไม่มีร้านซ่อมบนดาวอังคาร

นี่คือจุดที่นวัตกรรมทางเทคโนโลยีขั้นต่อไปจะเกิดขึ้น เรามีความรู้ในขณะนี้เกี่ยวกับวิธีสร้างระบบสำหรับการสกัดและแปรรูปน้ำ Do กล่าว "แต่กลับกัน หลักการเหล่านั้นเป็นเทคโนโลยีที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่เราคาดหวังให้เป็นเช่นนั้น เปิด."

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของ ชีวิตบนดาวอังคาร – ซีรีส์ 10 ตอนที่สำรวจวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีล้ำสมัยที่จะช่วยให้มนุษย์สามารถยึดครองดาวอังคารได้

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• การเดินทางของจักรวาลวิทยา: การขนส่งที่ยุ่งยากในการส่งผู้คนไปยังดาวอังคาร
• การขับเคลื่อนที่สมบูรณ์แบบ: เราจะพามนุษย์ไปดาวอังคารได้อย่างไร
• ปราสาทที่ทำจากทราย: เราจะสร้างที่อยู่อาศัยด้วยดินบนดาวอังคารได้อย่างไร
• บรรยากาศเทียม: เราจะสร้างฐานที่มีอากาศถ่ายเทบนดาวอังคารได้อย่างไร
• Astroagriculture: เราจะปลูกพืชบนดาวอังคารได้อย่างไร