https://bodybydarwin.com
Slider Image

Deze hete robots zullen ons helpen het leven op ijzige manen te vinden

2020

De manen die rond Jupiter en Saturnus draaien, liggen ver van de warmte van de zon. De meeste hebben geen atmosfeer, en velen zijn bedekt met een ijzige omhulling van kilometers dik. Ze zijn ook onze beste gok voor het vinden van leven in ons eigen zonnestelsel. Onder de bevroren korsten liggen uitgestrekte oceanen en ruimtevaartorganisaties in de Verenigde Staten en daarbuiten zijn hard aan het werk aan de robots die ze ooit zullen bezoeken.

"Vroeger namen we aan dat er een Goudlokje-zone was tussen Venus en Mars waar je vloeibaar water zou vinden, en ... dit was de enige plek in het zonnestelsel waar je het leven zou vinden, zegt Hari Nayar, leider van een robotgroep over oceaanwerelden in het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Pasadena, Californië. Toch lijken Jupiter's Europa en de Saturnische maan Enceladus de belangrijkste ingrediënten voor het leven te hebben - veel vloeibaar water, voedsel en energie uit diepzee-openingen.

Dit leven, als het bestaat, zal niet gemakkelijk te bereiken zijn. Het is zeer waarschijnlijk dat je diep onder het oppervlak van frigide buitenaardse oceanen zwemt. Maar zodra een ruimtevaartuig naar het buitenste zonnestelsel reist en erin slaagt om op Europa of Enceladus te landen, zal het nog steeds ver boven deze wateren zijn. Robotsondes moeten zich in het ijs verdiepen en zich door een omgeving begraven die bijna net zo angstaanjagend koud is als vloeibare stikstof.

Er zijn een paar verschillende manieren om dit ijzige fort te doorbreken. NASA heeft onlangs aangekondigd dat het nieuwe prototypes test voor robots die ijzige werelden zullen verkennen, waaronder een sonde die het ijs zal hakken en de krullen in zijn geroosterde ingewanden zal verwarmen. Onderzoekers in Duitsland hebben een robot ontwikkeld die elk ijs op zijn pad zal smelten. En dat zijn niet de enige ideeën.

De ingenieurs achter deze robots zullen ook niet tevreden zijn met een sonde die gewoon recht naar beneden graaft. Hun creaties zullen moeten navigeren en monsters terug naar het oppervlak moeten vuren, bovenop tunneling voor maanden of langer. Hier is hoe deze onverschrokken sondes ijswerelden zullen aanpakken en op zoek gaan naar leven.

Wat eronder ligt

Als er leven is op Europa of Enceladus, is het microscopisch klein. "Er zijn waarschijnlijk geen walvissen of gigantische inktvis of zelfs kleine tubeworms of iets dergelijks daar, zegt Cynthia Phillips, een planetaire geoloog bij het Jet Propulsion Laboratory." We denken dat er niet echt genoeg energie is om meercellig leven te leiden. "

Maar ventilatieopeningen op de zeebodem zouden een veelbelovend huis zijn voor buitenaardse microben (en zijn hetzelfde soort ecosysteem waar het leven op aarde misschien is begonnen). En het maakt niet uit waar deze ventilatieopeningen zijn, als ze leven herbergen, dan zullen sporen van dat leven ver weg zijn gereisd.

Als u in de oceaan van de aarde een kubieke meter water in de oceaan neemt, heeft deze [waarschijnlijk] genetisch materiaal van de meeste organismen op aarde, zegt Brian Wilcox, een ruimtevaartingenieur bij het Jet Propulsion Laboratory. Hetzelfde zou moeten gelden voor de zeeën van Europa of Enceladus. Dus als onze sondes eindelijk de zee bereiken, moeten alle druppels water die ze opvangen verhelderend zijn.

Als je instrumenten hebt die goed genoeg zijn om dingen in zeer lage concentraties te vinden, dan ben je vrijwel zeker van het vinden van biologische moleculen als ze bestaan, zegt Wilcox.

Dit stelt echter wel enkele beperkingen aan de sondes die we kunnen verzenden. Aangezien de robot per definitie op zoek is naar leven, moet hij strikte regels volgen om te voorkomen dat hij microben van de aarde meeneemt voor de rit. Voordat het wordt aangeraakt, wordt het gesteriliseerd bij zulke schroeitemperaturen dat niets de moderne elektronica kan overleven. NASA overweegt sondes die vertrouwen op eenvoudige grafiet- en kopermotoren zoals die uitgevonden in de 19e eeuw. "Je kunt een motor maken van het type dat 120 jaar geleden werd gebruikt, allemaal uit dingen die vandaag deze bak-out zullen overleven, zegt Wilcox.

Een lander kan deze hardste reiniging worden bespaard, omdat het nooit de oceaan zal raken. Dus daar bevindt zich waarschijnlijk de elektronica die de sonde daadwerkelijk bestuurt en het water analyseert dat hij verzamelt. "De sonde lijkt een beetje op een marionet aan het einde van een string en hij heeft zelf geen smarten, zegt Wilcox." We moeten planetaire bescherming centraal stellen, want dat is echt de moeilijkste van alle problemen. "

Snijden en in blokjes snijden

Op aarde duiken we in het dikke ijs op plaatsen als Antarctica en Groenland met behulp van boren of sondes die steeds dieper zinken door het ijs eromheen te verwarmen totdat het smelt.

Dat werkt niet op de manen van Jupiter en Saturnus. Het is bijna onmogelijk [te denken] dat we boorapparatuur kunnen leveren aan een ijzige maan, zegt Bernd Dachwald, een professor in de astronautische techniek aan de Hogeschool van Aken in Duitsland.

En het ijs is honderden graden onder het vriespunt. Het zou in wezen al die hitte afvoeren, zegt Nayar. De sonde die hij, Wilcox en hun collega's in gedachten hebben, houdt zijn warmte van binnenuit, waar hij kan weglekken.

De sonde gebruikt een draaiende cirkelzaag om door het ijs te snijden en een heimachine om zich dieper in het gat te hameren. De sonde kan sturen door aan de ene kant dieper in het ijs te snijden dan aan de andere. De ijssnippers worden ondertussen in het geïsoleerde lichaam van de sonde geworpen om te worden gesmolten. "Het hele lichaam van de sonde is in wezen een vacuümfles, net als een thermosfles die je drankje de hele dag warm zou houden, zegt Wilcox.

De hitte komt van plutonium (het type dat de Curiosity Rover en andere ruimtevaartuigen aandrijft, niet het type dat wordt gebruikt om kernwapens te maken). Het meeste water dat het smelt, wordt via de achterkant weggepompt. Maar de sonde kan ook watermonsters in kleine bussen verzamelen en deze via een aluminium buis in de kabel terug naar het oppervlak schieten.

Zodra het gesmolten water terug in ijs bevriest, zal het deze band op zijn plaats houden. Dat betekent dat de sonde zijn eigen kabel moet dragen in plaats van hem van het oppervlak te trekken. Het betekent ook dat de sonde niet terug naar het oppervlak kan worden gesleept. "Dat is nog een reden waarom het absoluut zonder enige twijfel moet worden gesteriliseerd, omdat het daar voor altijd zal blijven", zegt Wilcox.

Maak als een mol

Een andere sonde bestemd voor bevroren werelden is de IceMole, die wordt ontwikkeld voor het Enceladus Explorer-project van het Duitse ruimtevaartagentschap (DLR). Op ongeveer 6, 5 voet lang is het niet zo petite als zijn harige naamgenoot, hoewel de ontwerpers van plan zijn om toekomstige generaties korter en lichter te maken. Ze hebben zijn gravende dapperheid op Antarctica en andere ijzige locaties al getest.

IceMole is in de eerste plaats een smeltsonde, wat betekent dat het zich een weg door het ijs zal verwarmen. Dit kost veel energie, dus de sonde zou waarschijnlijk zijn vermogen halen uit een nucleaire generator ter grootte van een koelkast op het oppervlak. De mechanische mol is echter ook uitgerust met een ijsschroef. "Deze kracht drukt de smeltkop stevig tegen het ijs, zodat je altijd een zeer goed warmtecontact hebt", zegt Dachwald, die jarenlang de sonde heeft ontworpen en verfijnd.

Een probleem met gewone smeltprobes is dat stof of zand ingebed in het ijs naar de bodem van het gesmolten water voor de robot kan zinken en zich kan ophopen. Uiteindelijk wordt de sonde geconfronteerd met een modderplug waar hij niet doorheen kan verwarmen en vast komt te zitten. IceMole zou deze catastrofe vermijden, omdat de ijsschroef hem door vuil ijs kan slepen. De ontwerpers hebben de sonde getest in grond- en sedimentrijk ijs in Antarctica's Lake Hoare - IceMole vertraagde, maar het stopte niet. De handige ijsschroef is ook hol zodat het monsters kan opslurpen.

Net als de voorgestelde robot van NASA kan IceMole van koers veranderen. Door meer warmte naar een kant van de smeltkop te leiden, kan IceMole in een bocht worden gedwongen. "Ze zijn niet zo goed als een echte mol, maar we hebben een draaicirkel van ongeveer 10 meter en dit zou voldoende moeten zijn om grote obstakels te vermijden, " zegt Dachwald.

Het zal een paar verschillende instrumenten gebruiken om te navigeren, en kan zelfs naar boven smelten. Dat betekent dat IceMole misschien zijn weg terug naar boven kan vinden.

Een vijandige omgeving

Europa en Enceladus zijn geen gastvrije plaatsen, ook niet afgezien van de straffende kou. Robots die over het oppervlak zwerven, worden het zwaarst getroffen door deze extreme omstandigheden.

Ten eerste zullen ze te ver van de zon verwijderd zijn om op zonne-energie te vertrouwen. En het ijs is misschien niet gemakkelijk om overheen te rijden. Men denkt dat Europa en Enceladus pluimen van waterdamp afschieten die als kleine korrels bevriezen en op de grond vallen. "Dit materiaal zou zich gedragen als zandduinen in de woestijn die niet aan elkaar plakken, en dus kun je gemakkelijk zinken", zegt Nayar, wiens team een ​​lichtgewicht rover ontwerpt die lijkt op een duinbuggy.

Europa wordt vernietigd met straling van het magnetische veld van Jupiter die een onbeschermde mens binnen 10 minuten zou doden. Het is ook niet zo geweldig voor robots. "Het oppervlak is in feite gewoon bezaaid met geladen stralingsdeeltjes die zeer schadelijk zouden zijn voor elk soort ruimtevaartuig, zegt Phillips.

Alle robots op de grond moeten worden afgeschermd om hen tegen deze aanval te beschermen. Dit lijkt misschien geen probleem voor de sondes ver beneden, beschut door het ijs. Maar ze zullen nog steeds vertrouwen op apparatuur aan de oppervlakte, die zal moeten doorstaan ​​terwijl de sondes langzaam kilometers ijs doordringen.

En het ijs zelf zal zijn eigen beproevingen presenteren. Het zal waarschijnlijk niet alleen zuiver water zijn. "Het probleem is dat we niet weten wat de echte samenstelling van dat materiaal zal zijn, zegt Nayar. Een robot zou kunnen moeten sturen rond rotsen of spleten, of corrosieve chemicaliën zoals zwavelzuur tegenkomen.

"Iets dat maanden of zelfs jaren door het ijs werkt, door een onbekende omgeving en de minste mislukking kan leiden tot verlies van de missie, dit is een uitdaging, " zegt Dachwald.

NASA kan sondes sturen voor veldtests op plaatsen als Antarctica of Groenland om te controleren of ze snuffelen. Maar vergeleken met Europa of Enceladus, zijn deze ijzige wildernis een cakewalk. Ingenieurs zullen enkele van de zwaarste omstandigheden van ijzige werelden in het laboratorium moeten nabootsen, met behulp van speciale koude en vacuümkamers en bedden van superkoud ijs.

Ondanks het gedoe heeft het reizen door ijs zijn voordelen. Een sonde kan zich niet gemakkelijk een weg banen door massief gesteente. "We willen het ijs echt smelten, omdat het zo gemakkelijk is om vloeibaar water te verwerken, " zegt Wilcox.

En alle monsters die de sonde op zijn reizen verzamelt, zijn eenvoudig te doorzoeken. "Ergens zoals Mars of de maan waar het echt een rotsachtig monster is, moet je ... de rots afbreken zodat je kunt bestuderen wat erin zit", zegt Phillips. IJzige monsters kunnen gewoon worden opgewarmd. "Dat is een gemakkelijke manier om het ijs te scheiden van de niet-ijs materialen."

Rijp voor verkenning

Hoe verleidelijk Europa en Enceladus ook zijn, we hoeven onze verkenningen niet te beperken tot deze twee manen. Er zijn veel potentieel waterige lichamen buiten de aarde - Mars, grote asteroïden, Pluto en andere manen zoals de Titan van Saturnus of de Joviaanse manen Ganymedes en Callisto. "Er zijn tientallen werelden in het buitenste zonnestelsel waar je een zeer vergelijkbare architectuur kunt gebruiken, zegt Phillips.

Dezelfde soorten landers, rovers en uiteindelijk sondes kunnen al deze werelden binnen handbereik brengen. Hoe deze technologie er precies zal uitzien, is nog steeds onzeker. We hebben geen bewezen oplossing die beter is dan elke andere oplossing, zegt Nayar. Dit is een heel andere omgeving dan elke andere omgeving waar we zijn geweest.

We zullen meer leren over deze verre werelden als nieuwe informatie binnenkomt van missies zoals Cassini en de geplande Europa Clipper. Dit maakt het eenvoudiger om de sondes te ontwerpen die op een dag onder hun ijsoppervlakken zullen duiken.

Het zal nog een aantal jaren duren voordat deze robots op Europa of Enceladus landen; een sonde naar Europa waarschijnlijk niet starten vóór 2028. Maar dat betekent niet-ruimte gebonden sondes schuin hulp dichter bij hometheres veel ijs onderzoek dat we kunnen doen precies hier op aarde. Het zou een beetje triest zijn als u geld investeert in alleen technische demonstraties zonder enige wetenschap, zegt Dachwald. Hij en zijn bemanning hebben IceMole al gebruikt om bacteriën te bemonsteren in Blood Falls op Antarctica, waar een englaciaal pekelreservoir vol met slecht begrepen bacteriën is die al meer dan 1 miljoen jaar van de buitenwereld zijn afgesloten.

En we zullen nog tal van andere kansen hebben om de ruimtewaardigheid van een sonde te testen en tegelijkertijd te laten werken. Onder de ijskappen van Antarctica zijn nog meren te ontdekken. We weten nog steeds niet hoe ver het leven zich uitstrekt tot in het ijs, of hoe goed het kan overleven in deze bevroren wildernis. Als we willen weten of het leven op andere planeten en manen in het ijs kan bestaan, moeten we de geboortecondities ontdekken ën.

Waarom Bill Nye naar Washington gaat marcheren

Waarom Bill Nye naar Washington gaat marcheren

Hoe vuurwerk te fotograferen

Hoe vuurwerk te fotograferen

Hoe giftige reacties op internet te blokkeren

Hoe giftige reacties op internet te blokkeren