https://bodybydarwin.com
Slider Image

Need meresõidurobotid otsivad elu kogu Päikesesüsteemis

2022

Me tunneme Maad sinise planeedina, kuid see pole meie naabruses ainus ookeanimaailm. Ookeanid võivad olla peidetud paksu jääkooriku alla Jupiteri, Saturni ja Neptuuni tiirlevate kuude ning kääbusplaneetide Pluuto ja Erise lähedale. Saturni kuu Titanil on otse veepinnal vedelad mered, ehkki need on vett täis metaani.

Kui kusagil meie päikesesüsteemis on elumärke, on see tõenäoliselt need jäised maailmad. Teadlased on otsustanud uurida Titani ja Jupiteri kuu Europa kaugeid meresid ning kavandavad jääga haaravaid roverseid ja allveelaevu, et sukelduda nende salapärastesse sügavustesse. Nad peavad võitlema mõru külma, vedelike, mis käituvad erinevalt veega, millega me Maa peal oleme harjunud, ja muude vaenulike tingimustega.

Siit saate teada, kuidas need vastupidavad robotid uurivad kahte väga erinevat tüüpi võõrmerd.

Kruiisivad merelised mered

Saturni ja selle kuude uurimise missiooni käigus avastas Cassini kosmoseaparaat Titani pinnalt sadu väikseid järvi, aga ka kolme Suur-järvedele sarnast merd suuruse ja sügavusega.

Titani pinnal on ka vesijää ja arvatavasti tema kooriku alla maetud vee-ookean. Kuid selle metaani mered on intrigeerivad, kuna nad on osa protsessist, mis sarnaneb veeringlusega, mis meil siin Maa peal on. Nagu meie enda planeedil, aurustub Titanil olev vedelik meredest, moodustub pilv ja sajab tagasi alla. Teadlased sooviksid rohkem teada saada, kuidas see metaanitsükkel töötab. Veelgi enam, süsiniku- ja lämmastikuühendeid, mis võiksid elu toetada, on Titanil küllaga; teadlased loodavad uurida, kas mingi eluvorm oleks võinud muutuda sõltuvaks vedelast metaanist, kuidas maapealne elu sõltub veest.

NASA on kaalunud poi saatmist, et triivida läbi Titani mere. Üks puudus on see, et see kapsel oleks tuulte ja hoovuste meelevallas. "Tõenäoliselt [kaldale] sattunud poi lihtsalt jõuab randa ja seda võidakse ümber tõsta tõusulaine ajal Ralph Lorenziga, ütles Marylandis Laurelis asuva Johns Hopkinsi ülikooli rakendusfüüsika labori planeediteadlane. E-kirjas pole garantiisid. see viiks selle tagasi merele.

Allveelaev seevastu võiks kehtestada oma kursi ja saaks uurida merepinna all ning proovida merepõhja setteid. NASA loodab järgmise 20 aasta jooksul saata Titanile allveelaeva. Selle generaator - mida töötaks radioaktiivsete materjalide, näiteks plutooniumi lagunemisel tekkivast kuumusest - on võti allveelaeva elektroonika rütmi hoidmiseks Titani meredes, mille temperatuur on umbes -290 kraadi Fahrenheiti järgi.

Titani krüogeensete tingimustega toimetulek ei vaja hoolikat tehnikat, kuid ei vaja mingeid füüsilisi imesid, ütleb Lorenz, kes on allveelaeva juhtdisainer. Radioisotoopse energiaallikast tulenev soojusenergia on koos vahuisolatsiooni mõtestatud mõistlike valikutega selle oluline osa.

Teine väljakutse on see, et me ei tea Titan'i merede täpset keemilist meiki. Need on peamiselt metaan, mis sarnaneb Maal leiduva vedela maagaasiga, ning väiksema koguse vedela etaani ja lahustunud lämmastikugaasiga. Kuid nende koostisosade täpne suhe pole selge ja see võib Titan'i merede vahel üsna erineda. Niisiis kavandab projekt allveelaeva, mis suudaks navigeerida vedelikus, mille tihedus ja viskoossus pole veel kindlalt kindlaks tehtud.

Inseneridele teeb erilist muret lämmastik Titanidi meredes, mis võivad moodustada mullid, mis segaksid allveelaeva navigeerimist. See võib juhtuda siis, kui osa anuma generaatorist satub keskkonda. Sellest kuumusest ei piisa ümbritseva vedeliku keetmiseks, kuid usume, et see on piisav, et vedelikus olev lahustunud lämmastik väljuks, ütleb krüogeenset tõukejõud Jason Hartwig insener NASA Glenni uurimiskeskuses Clevelandis.

Propeller ise võib tekitada kihisevat vedelikku läbi libisedes. Iga tera taga on pisut tühine, väidab Hartwig. See rõhu langus võib anda mullidele võimaluse moodustuda, sarnaselt sellega, kuidas purgi sooda selle avamisel täitub.

Kõik need pisikesed mullid võivad põhjustada kahte suurt probleemi. Esiteks võivad nad takistada allveelaeva teaduslikke seadmeid, muutes sügavuse ja muude tingimuste mõõtmise keerukamaks. Veelgi murettekitavamaks võivad mullid takistada allveelaeva propellerite õiget tööd.

Kui proovime liikuda mereäärsest ühest asukohast teise, kas kõik need mullid lähevad allveelaeva tagumises otsas kokku? "Hartwig ütleb. Üritad propellereid keerutada ja sõiduk ei liigu, see lihtsalt istub ja keerutab. "

See kogu kihisev küsimus on Maa sukeldajate mittetegur, kuna vees lahustuda võib väga palju õhku, Hartwig jätkab. Titanil on rõhk kõrgem ja kuna vedelik on külmem, lahustub vedelikus rohkem gaasi, mis tähendab, et rohkem gaasi võib väljuda.

Kuna me ei tea Titaanide merede täpset keemilist koostist, pole kindel, kui palju lämmastikku nad valdavad. Parema ettekujutuse saamiseks sellest, millega allveelaev võib kokku puutuda, on Hartwig ja tema kolleegid Washingtoni ülikooli ülikoolist taastanud Titan'i mered siin Maa peal. Nad täitsid katsekambri erinevate metaani, etaani ja lahustunud lämmastiku segudega temperatuuridel ja rõhul, mis olid sarnased Titaniga, ja lisasid seejärel väikese soojendi, et jäljendada tegelikust allveelaevast kiirgavat soojust.

Hea uudis: kui allveelaev on proovide kogumiseks liikumise peatanud, ei pruugi see muretseda. Tõenäoliselt ei eraldaks see piisavalt soojust, et tekitada oma instrumentide stimuleerimiseks vajalikku õhku, teatas meeskond veebruaris ajakirjas Fluid Phase Equilibria . Kuid me pole ikka veel välistanud propelleri küsimust, mida Hartwig ütleb. Ta kavatseb korrata katset küttekeha asemel propelleriga, et teada saada, kui palju mullitavat laeva Titansi merede kaudu liikudes võib tekkida.

Allveelaeval, mille Titanile saadame, võiks olla sama pikk, sihvakas kuju, mida oleme harjunud Maa peal nägema. Selline sõiduk kaaluks umbes 2600 naela ja oleks umbes 20 jalga pikk, väidab Hartwig. Maaga suhelmiseks peaks see siiski naasma merepinnale. Samuti tuleks oodata 2040. aastate saabumiseni, mil Maa on piisavalt kõrgel Titani horisondi kohal, et anda allveelaevale otsene vaateväli (ja side) meie planeedile tagasi.

NASA kaalub ka väiksema, kilpkonnakujulise allveelaeva saatmist. See “Titan Turtle” oleks seotud Maa orbiidile edastamisega. See võib suhelda vee all ja võib mõne aasta varem käivitada, kuna ei peaks lootma Maa asukohale taevas.

Titan on ookeanimaailmade seas ainulaadne, väitis Hartwig. Kusagil mujal Päikesesüsteemis pole vedelaid meresid nii lihtne juurde pääseda. Kuid allveelaev Titan võiks inspireerida tulevaste laevade disainilahendusi, mis uurivad teiste laevade jääkooriku all peidetud meresid. "Olen alati vaadanud Titanit teerajajaks, " ütleb Hartwig.

Jää all

Üks neist vähem ligipääsetavatest meredest on leitav Europa. Kui Kuu pinnale on kinnitatud Jupiteri magnetvälja kiirgus ja see on nukker -280 kraadi Fahrenheiti järgi, kaitseb selle all olevat ookeani jääsein, mille paksus on keskmiselt 5–15 miili. Kuna see ookean on valmistatud veest, on see kiuslik koht, kus otsitakse elu ja uurige, millised keemilised tingimused selle moodustamiseks võivad olla vajalikud.

Europa jäisest barrikaadist läbi saamiseks katsetavad teadlased roboteid, mis sulaksid või lõikaksid tee alla ookeani. Need robotid võisid vedada allveelaevu, ropeid, et sõita mööda jää põhja, või isegi maapinnaid, mis vajuksid merepõhja. Kui nad vette jõuavad, kohutavad need sondid tõenäoliselt paljanduvat temperatuuri umbes 32 kraadi Fahrenheiti järgi. "See on tegelikult meie elektroonika jaoks üsna mugav keskkond, ütles Andy Klesh, NASA reaktiivmootorite laboratooriumi insener Californias Pasadena linnas." Veidi soojem vesi on natuke häirivam. "

Europa meri võib olla nii hõre kui ka oma ja võib olla isegi märkimisväärselt soolasem, ütles Jeti tõukejõulabori planeediteadlane Kevin Hand. "Täiendava väljakutsena on segus tõenäoliselt pisut väävelhapet, " ütleb ta. See tähendab, et sondi elektroonikat ähvardab korrosioon. Robot seisaks silmitsi ka tohutu survega, kui ta roomab sügavamale ookeani. Merepõrandale sarnaneb rõhk Maakera Mariana kraavi põhjas oleva rõhuga.

Kokkuvõttes tuleb teekond Euroopa merede äärde üsna konarlik sõit. "Meil on sügava kosmoseuuringutega seotud väljakutsed koos sügava ookeani uurimise väljakutsetega, " ütleb Klesh. “Meil on kosmoses vaakum; meil on jää all kõrgrõhkkond. Ja meil on seal teel kiirgus ... me oleme jää eest kaitstud, kuid keskkond üritab meid kogu aeg söövitada. "

Tema sõnul on lihtsaim külastatav koht Europa jääriiuli alumine külg. Klesh, Hand ja nende kolleegid töötavad roveril, mis jääpõhjal ringi sõidaks. Roverit või süvamere sondi ei puhuta voolud, nagu juhtuks tõenäoliselt allveelaevaga. "Need radarid [ja] need maandurid võivad olla parim viis uurida väga kontrollitud asjades ja neid ei tohi teistesse asjadesse visata ega neile asja külge lüüa, " ütleb Klesh. Jää põhi on ka eriti hea koht elu otsimiseks. Maal meeldib vetikatele ja mikroobidele end jää alla ankurdada. Kui Euroopas eksisteerib elu, võib seda tõmmata ka selline maastik.

Klesh ja tema meeskond soovivad jahti alustada. Nad on Alaska külmutavates järvedes testinud oma roverit - praegu tuntud kui BRUIE (ujuv rover jää alla uurimiseks). Selle rattad sportivad nii ümmargusi saeterasid kui ka väikeseid paneele, mis käituvad nagu lumetorud, jaotades roveri raskuse üle jää. See hoiab ära BRUIE jäälõikamise ja oma kohale kinnijäämise.

BRUIE versiooni, mis lõpuks külastab Euroopat, kannab tõenäoliselt mere kaudu kaevamise eest vastutav robot läbi jää. See tähendab, et see peab olema üsna väike, tõenäoliselt 18 tolli või vähem, ütles Klesh. Kahe nädala jooksul kavatseb ta katsetada kokkupandavaid rattaid BRUIE-l, mis võimaldaks sellel kompaktsemaks ja teisaldatavamaks muuta. Samuti loodab meeskond saata BRUIE oma kõige ambitsioonikamale missioonile - reisile ligi 1000 jalga merejää all ilma lõuata.

Ideaalis oleks ka mõni rover Europa'is lõastamata. "Meil on olnud kalduvus lõpuks vähemalt iga reisi jooksul rihma lõhestada, kui oleme seal olnud, " räägib Klesh. Kuid hoolimata selle sasipundaruriskist, võib toite saamiseks ja pinnal olevate seadmetega suhtlemiseks vaja minna nööri.

Klesh ja tema meeskond otsivad ka lihtsamaid võimalusi ookeani jõudmiseks. Nad on kasutanud sukeldujaid, et uurida muinsusi, üleujutatud šahte, mis moodustuvad liustike sees Alaskas. Eelmisel suvel sõitis nende robot umbes 160 jalga sügavale jää alla ja suutis leida ühenduspunkte erinevate tunnelite vahel. Võimalik, et Europa oma jääkooris on ka muuliine, mida rover või sukelaparaat võiksid kasutada osa teest alla vette sõitmiseks.

Selleni on veel pikk tee minna, enne kui mõni rover on valmis tegema jama Jupiteri kuude juurde või kaugemale. Loodetavasti sillutavad Kleshi sõnul kavandatavad missioonid Europa Clipper ja Europa Lander missiooni sondi saatmiseks jää alla.

Vahepeal võiksid roversid, mis ühel päeval Euroopat uurivad, meile õpetada mõnda asja meie enda planeedi kohta. BRUIE-d kasutatakse juba selleks, et uurida, kuidas igikeltsa sulatamine vabastab Arktika järvedes metaani. Ja sel sügisel võtab hukatuslik rover neis jahedas vees kolme või nelja kuu pikkuse viibimise.

Teaduslik eesmärk on jätta rover järvejää alla, et jälgida hooajalisi muutusi, kuna jää loojub ja pakseneb nende metaanirikaste järvede kohal, kui päike loojub ja talv pimedaks läheb, kirjutab Käsi. See võib paljastada, kuidas rover võib selle kohale jäädes paksenedes selle ümber külmuda. See on ka võimalus rohkem teada saada keskkonnast, mis on inimestele liiga karistav, et neid meie enda poolt jälgida.

Kõigi suurim ookeanimaailm asub siinsamas Maa peal, Klesh ütleb. teeste tehnikatÜÜd, mida me kasutame, et hakata uurima Euroopat, uurime siin, et uurida selliseid piirkondi, kuhu me pole kunagi varem jõudnud minna.

Need fotod sunnivad teid vaatama kliimamuutuste ohvreid silma

Need fotod sunnivad teid vaatama kliimamuutuste ohvreid silma

Selle uskumatu täheparve hõivamiseks oli vaja lasereid ja painutatavat peeglit

Selle uskumatu täheparve hõivamiseks oli vaja lasereid ja painutatavat peeglit

Maine'i uus hääletussüsteem on matemaatiliselt parem ja põhiseaduslikult küsitav

Maine'i uus hääletussüsteem on matemaatiliselt parem ja põhiseaduslikult küsitav