https://bodybydarwin.com
Slider Image

Need kuumad robotid aitavad meil leida elu jäistel kuudel

2021

Jupiteri ja Saturni tiirlevad kuud asuvad kaugel päikese soojusest. Enamikul neist puudub atmosfäär ja paljud on kaetud jäise ümbrise paksusega. Nad on ka meie parim panus elu leidmiseks meie enda päikesesüsteemis. Külmunud koorikute all asuvad tohutud ookeanid ning kosmoseagentuurid USA-s ja mujal teevad robotitega, kes ühel päeval neid külastavad, kõvasti tööd.

"Kui me eeldasime, et Veenuse ja Marsi vahel on see Goldilocksi tsoon, kust leiate vedelat vett, ja… see oli päikesesüsteemi ainus koht, kus te elu leidsite, " ütles Hari Nayar, kes on keskendunud robootikagrupile NASA reaktiivmootorite laboratooriumis Pasadenas, Californias, ookeanimaailmades. Jupiteri Europa Europa ja Saturni kuu Enceladus on aga elu peamised koostisosad - palju vedelat vett, toitu ja süvamere tuulutusavade energiat.

Sellele elule, kui see on olemas, pole see hõlpsasti kättesaadav. Suure tõenäosusega leitakse see ujumas sügaval külmade välismaa ookeanide pinnal. Kuid kui kosmoselaev jõuab Päikesesüsteemi välimiseni ja suudab maanduda Europa või Enceladusse, on see ikkagi nende vete kohal. Robotsondid peavad jäässe laskuma, tungides keskkonda, mis on peaaegu sama hirmuäratavalt külm kui vedel lämmastik.

Selle jäise kindluse rikkumiseks on paar erinevat viisi. NASA teatas hiljuti, et katsetab robotite jaoks uusi prototüüpe, mis uurivad härmasmaailmasid, sealhulgas sondi, mis raiub jää üles ja soojendab laastu oma toastisisestes siseosades. Saksamaa teadlased on välja töötanud roboti, mis sulataks selle teele jää. Ja need pole ainsad ideed.

Nende robotite taga olevad insenerid ei ole rahul ka sondiga, mis kaevab otse alla. Nende looming peab navigeerima ja proovid tulistama tagasi pinnale, tunnelite loomise peale kuude kaupa või kauem. Siit saate teada, kuidas need hämarad sondid jäämaailmadega toime tulevad ja elu otsivad.

Mis peitub all

Kui Euroopas või Enceladusel on elu, on see mikroskoopiline. "Tõenäoliselt pole seal valasid, hiiglaslikke kalmaare ega isegi pisikesi tuubasid ega midagi taolist, ütles Jeti tõukejõu laboratooriumi planeedigeoloog Cynthia Phillips." Meie arvates pole rakukeste elu juhtimiseks piisavalt energiat. "

Kuid merepõhja ventilatsiooniavad oleksid võõraste mikroobide jaoks paljutõotav kodu (ja need on samasugused ökosüsteemid, kus maakera elu võis alguse saada). Ja ükskõik kus need tuulutusavad ka poleks, kui neil on elu, siis on selle elu jäljed kaugele rännanud.

Maa ookeanis, kui võtate ookeanis suvalise kuupmeetri vett, on sellel [tõenäoliselt] enamiku Maakera organismide geneetilist materjali, ütleb Brian Wilcox, kosmosetehnika insener reaktiivmootorite laboratoorium. Sama peaks kehtima ka Europa või Enceladus mere kohta. Nii et kui meie sondid lõpuks merre jõuavad, peaksid kõik nende poolt hõivatud veetilgad olema valgustavad.

Kui teil on piisavalt häid vahendeid, mis võimaldavad leida asju väga madala kontsentratsiooniga, siis tagatakse teile bioloogiliste molekulide leidmine nende olemasolul üsna suures ulatuses, ütleb Wilcox.

See seab siiski teatud piirid anduritele, mida saame saata. Kuna robot otsib oma olemuselt elu, peab ta järgima rangeid reegleid, et vältida Maale mikroobide kaasa toomist. Enne puudutamist steriliseeritakse see sellistel õhutemperatuuridel, et miski ei suudaks ellu jääda - isegi moodne elektroonika. NASA kaalub sondide kasutamist, mis toetuvad lihtsatele grafiidi- ja vaskmootoritele, nagu need leiutati 19. sajandil. "Võite teha sellise mootori, mida kasutati 120 aastat tagasi, ja kõik, mis tänapäeval üle jääb, väidab Wilcox.

Maandurit võib säästa see karmim puhastus, kuna see ei puutu kunagi ookeani. Nii et seal asub tõenäoliselt elektroonika, mis kontrollib sondi ja analüüsib kogutud vett. "Sond on omamoodi nagu nööri otsas olev marionett ja sellel pole ühtegi oma lõhna, mida Wilcox ütleb." Me peame planeedikaitse ette ja keskele panema, sest see on tõesti kõigist probleemidest kõige raskem. "

Viilutamine ja kuubikuteks muutmine

Maa peal kaevame paksu jääni sellistes kohtades nagu Antarktika ja Gröönimaa, kasutades külvikuid või sonde, mis vajuvad sügavamale, kuumutades jää ümber, kuni see sulab.

See ei toimi Jupiteri ja Saturni kuude peal. tle, et jäisele kuule puurimisseadmeid tarnime, ütleb Saksamaa Aacheni Tehnikakõrgkooli astronautilise tehnika inseneride professor Bernd Dachwald.

Ja jää on sadu kraadi allpool külmumist. Asi see kogu selle soojuse ära kustutaks, Nayar ütleb. Tema, Wilcoxi ja nende kolleegide proovivõttur hoiab kogu soojust sisemuses, kust see võib lekkida.

Sond kasutab jääst viilimiseks ketravat buzzsaw ja vaiaga ajajat enda sügavamale auku löömiseks. Sond saab juhtida, lõigates ühelt küljelt sügavamale jäässe. Vahepeal visatakse jääkiibid sondi isoleeritud korpusesse sulatamiseks. "Kogu sondi keha on sisuliselt vaakumpudel, täpselt nagu termospudel, mis hoiaks teie joogi kogu päeva soojas, ütles Wilcox.

Kuumus tuleb plutooniumist (tüüp, mis annab Curiosity Roverile ja teistele kosmoselaevadele jõu, mitte tuumarelvade valmistamiseks kasutatav tüüp). Suurem osa veest, mis see sulab, pumbatakse tagasi. Kuid proovivõttur suudab koguda veeproove ka pisikestesse kanistritesse ja lasta need läbi kinnituse sees oleva alumiiniumtoru pinnale tagasi.

Kui sulanud vesi külmub uuesti jääks, lukustub see see kinnituskohta. See tähendab, et sond peab pinnalt vedamise asemel kandma oma kaablit. See tähendab ka, et sondi ei saa lohistada pinnale tagasi. "See on veel üks põhjus, miks see tuleb kindlasti steriliseerida, ilma igasuguse kahtluse varjuta, sest see jääb sinna igaveseks, " ütleb Wilcox.

Tee nagu mutt

Teine sond, mis on mõeldud külmunud maailmadele, on IceMole, mida töötatakse välja Saksamaa kosmoseagentuuri (DLR) Enceladus Exploreri projekti jaoks. Ligikaudu 6, 5 jalga pikk pole see sugugi nii peen kui karvane nimekaim, ehkki selle disainerid plaanivad tulevasi põlvkondi lühemaks ja kergemaks muuta. Nad on juba proovinud selle hõredamust Antarktikas ja teistes jäistes paikades.

IceMole on peamiselt sulamissond, mis tähendab, et see soojendab oma teed läbi jää. See võtab palju energiat, nii et sond võtaks tõenäoliselt oma jõu külmkapisuuruse tuumageneraatori abil üles pinnale. Kuid mehaaniline mool on varustatud ka jääkruviga. "See jõud surub sulamispea kindlalt vastu jääd, nii et teil on alati väga hea soojuskontakt, " ütleb Dachwald, kes on aastaid sondi kavandanud ja täiustanud.

Regulaarsete sulatussondide üks probleem on see, et jää sisse varjatud tolm või liiv võib roboti ees sulanud vee põhja vajuda ja koguneda. Lõpuks seisab sond silmitsi mudakorgiga, mis ei suuda oma teed läbi kuumeneda ja takerdub. IceMole väldiks seda katastroofi, kuna selle jääkruvi võib selle läbi määrdunud jää lohistada. Selle disainerid on proovinud sondi Antarktika Hoare järve pinnases ja setteterikas jääs - IceMole aeglustus, kuid see ei peatunud. Käepärane jääkruvi on ka õõnes, nii et see võib proove lohistada.

Nagu NASA väljapakutud robot, saab ka IceMole rada vahetada. Suunates rohkem soojust selle sulamispea ühele küljele, saab IceMole'i ​​kõverdada. "Need pole nii head kui päris mutid, kuid meie pöörderaadius on umbes 10 meetrit ja see peaks olema piisav suurte takistuste vältimiseks, " ütleb Dachwald.

See kasutab navigeerimiseks mõnda erinevat instrumenti ja võib isegi ülespoole sulada. See tähendab, et võib-olla võiks IceMole leida tee pinnale tagasi.

Vaenulik keskkond

Europa ja Enceladus pole tervitatavad kohad, isegi peale karistava külma. Pinnal ringi liikuvad robotid kannavad nende ekstreemsete tingimuste kõige suuremat osa.

Esiteks on nad päikeseenergiale toetumiseks liiga kaugel päikesest. Ja jääl ei pruugi olla kerge üle sõita. Arvatakse, et Europa ja Enceladus lasevad veeaurust plekke, mis külmuvad ja kukuvad väikeste teradena maapinnale. “See materjal käituks nagu kõrbes olevad liivaluited, mis ei kleepu kokku, ja nii võiksite hõlpsalt vajuda, ” ütleb Nayar, kelle meeskond kavandab kerget roverit, mis sarnaneb luitide lollakaga.

Euroopat lõhustatakse Jupiteri magnetvälja tekitatud kiirgusega, mis tapab kaitsmata inimese 10 minutiga. Ka robotite jaoks pole see nii suurepärane. "Pind on põhiliselt lihtsalt laetud kiirgusosakestega, mis oleks igasugustele kosmoselaevadele Phillips kahjulik.

Kõik maapinnal asuvad robotid vajavad nende rünnaku eest kaitsmist. See ei pruugi tunduda probleemiks sondi all, kaugel jää eest. Kuid nad loodavad endiselt pinnale tagasi seadmetele, mis peavad vastu pidama, kui sondid aeglaselt jää miili läbivad.

Ja jää ise tutvustab oma katsumusi. Tõenäoliselt pole see lihtsalt puhas vesi. "Probleem on selles, et me ei tea, milline on selle materjali tegelik koostis. Nayari sõnul võib robot käia ümber kivide või lõhede või juhtima söövitavaid kemikaale nagu väävelhape.

"Kui teil on midagi, mis töötab mitu kuud või isegi aastaid läbi jää, tundmatu keskkonna kaudu ja vähimgi ebaõnnestumine võib viia missiooni kaotamiseni, on see keeruline, " ütleb Dachwald.

NASA võib saata sondid välikatseteks sellistesse kohtadesse nagu Antarktika või Gröönimaa, et veenduda nende nuusutamises. Kuid võrreldes Europa või Enceladus'iga on need jäised metsikud tordilinnud. Insenerid peavad jäljendama labori jäisemate maailmade kõige karmimaid olusid, kasutades selleks spetsiaalseid külma- ja vaakumkambrite ning ülikülma jääga voodeid.

Vaatamata vaevadele on jääl sõitmisel oma varjuküljed. Sond ei suuda hõlpsalt sulada teed läbi tahke kivimi. "Me tahame jää tegelikult sulatada, kuna vedela veega on nii lihtne hakkama saada, " ütleb Wilcox.

Kõiki proove, mida sond oma teekonnal kogub, on lihtne läbi sõeluda. "Kuskil Marsil või Kuul, kus see on tõesti kivine proov, peate ... kivi murdma, et saaksite uurida, mis selles on, " ütleb Phillips. Jäiseid proove saab lihtsalt soojendada. "See on lihtne viis jää mittematerjalidest eraldamiseks."

Uurimiseks küps

Nii ahvatlevad kui Europa ja Enceladus, ei pea me piirduma vaid kahe kuuga. Maast kaugemal on palju potentsiaalselt vesiseid keha - Marss, suured asteroidid, Pluuto ja muud kuud, näiteks Saturni Titan või Jovia kuud Ganymede ja Callisto. "Päikesesüsteemis on kümneid maailmu, kus saate kasutada väga sarnast arhitektuuri, ütles Phillips.

Sama tüüpi maandurid, roverid ja lõpuks sondid võivad kõik need maailmad meie haardesse viia. Kuidas see tehnoloogia täpselt välja näeb, on endiselt ebaselge. Meil pole tõestatud lahendust, mis on parem kui kõik muud lahendused, Naaar ütleb. See on teistsugune keskkond kui mis tahes muu, milles oleme olnud.

Saame nende kaugete maailmade kohta rohkem teada, kuna uus teave tuleb sellistest missioonidest nagu Cassini ja kavandatav Europa Clipper. Nii on hõlpsam kujundada sondid, mis ühel päeval kaevavad nende jääpindade alla.

Läheb mitu aastat, enne kui need robotid süttivad Europa või Enceladus; sond Euroopasse tõenäoliselt ei käivitu enne 2028. aastat. Kuid see ei tähenda, et kosmosega seotud sondid võiksid aidata kodule lähemal - seal on palju jääuuringuid, mida me teha saame siinsamas Maa peal. See oleks natuke kurb, kui investeeriksite raha lihtsalt tehnilistesse demonstratsioonidesse ilma igasuguse teaduseta, Dachwald. Tema ja tema meeskond on juba IceMole'iga proovinud baktereid Antarktikas asuval Blood Fallsil, kus anglacial soolvee reservuaar on täis halvasti mõistetavaid baktereid, mis on välismaailmast eraldatud enam kui miljoni aasta jooksul.

Ja meil on palju muid võimalusi proovivõtturi kosmoseväärtuse testimiseks ja samal ajal tööle panemiseks. Antarktika jääkatete all on järved, mida tuleb veel uurida. Ikka ei tea me, kui kaugele ulatub elu jääni või kui hästi ta suudab nendes külmunud kõrbes ellu jääda. Kui tahame teada, kas teistel planeetidel ja kuudel võib jääl eksisteerida elu, peame välja selgitama sünnitingimused Maa peal, et elu jääl oleks, Dachwald.

Austraalia idapoolne kuristik on imelike, sageli peenisekujuliste loomade aardekari

Austraalia idapoolne kuristik on imelike, sageli peenisekujuliste loomade aardekari

Meil pole aimugi, kui ohtlik jalgpall tegelikult on

Meil pole aimugi, kui ohtlik jalgpall tegelikult on

See tüüp sõi pipart, nii kuumad arstid arvasid, et tal võib olla aneurüsm

See tüüp sõi pipart, nii kuumad arstid arvasid, et tal võib olla aneurüsm