https://bodybydarwin.com
Slider Image

ستبحث روبوتات الملاحة البحرية هذه عن الحياة عبر النظام الشمسي

2021

نحن ندرك أن الأرض هي الكوكب الأزرق ، ولكنها ليست عالم المحيط الوحيد في منطقتنا. يمكن إخفاء المحيطات تحت قشور سميكة من الجليد على أقمار تدور حول كوكب المشتري وزحل ونبتون ، وعلى كواكب قزم بلوتو وإيريس. تتباهى قمر زحل تايتان بحار سائلة على سطحه ، رغم أنها مليئة بالميثان أكثر من الماء.

إذا كان أي مكان في نظامنا الشمسي يحمل علامات على الحياة ، فمن المحتمل أن يكون هذا العالم البارد. إن العلماء مصممون على استكشاف البحار البعيدة لقمر تيتان وجوبيتر يوروبا ، ويقومون بتصميم صواريخ وجرافات تجتاح الجليد لأخذ الغطس في أعماقهم الغامضة. سيكون عليهم مواجهة البرد القارس ، السوائل التي تتصرف بشكل مختلف عن الماء الذي اعتدنا عليه على الأرض ، وغيرها من الظروف المعادية.

إليك كيفية استكشاف هذه الروبوتات هاردي نوعين مختلفين جدًا من البحار الغريبة.

المبحرة بحار البحار

على مدار مهمتها لاستكشاف كوكب زحل وأقماره ، اكتشفت المركبة الفضائية كاسيني مئات البحيرات الصغيرة على سطح تايتان ، بالإضافة إلى ثلاثة بحار مماثلة للبحيرات العظمى من حيث الحجم والعمق.

يحتوي Titan أيضًا على جليد مائي على سطحه ، ومن المحتمل أن يكون المحيط المائي مدفونًا تحت قشرته. لكن بحار الميثان الخاصة بها مثيرة للاهتمام لأنها جزء من عملية تشبه دورة المياه التي لدينا هنا على الأرض. كما هو الحال على كوكبنا ، يتبخر السائل على تيتان من البحار ، ويشكل غيومًا ، ويمطر إلى الخلف. يرغب الباحثون في معرفة المزيد حول كيفية عمل دورة الميثان هذه. ما هو أكثر من ذلك ، مركبات الكربون والنيتروجين التي يمكن أن تدعم الحياة وفيرة على تيتان. ويأمل العلماء في معرفة ما إذا كان يمكن أن يتطور شكل ما من أشكال الحياة للاعتماد على الميثان السائل بالطريقة التي تعتمد بها الحياة الأرضية على الماء.

نظرت وكالة ناسا في إرسال عوامة للانجراف في بحار تيتان. عيب واحد هو أن هذه الكبسولة ستكون تحت رحمة الرياح والتيارات. "على الأرجح أن العوامة التي تواجه [الشاطئ] ستصل إلى الشاطئ وقد تعود إلى المد والجزر رالف لورينز ، عالم الكواكب في مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز في لوريل ، ماريلاند ، في رسالة بريد إلكتروني. سيجعلها تعود إلى البحر.

من ناحية أخرى ، يمكن للغواصة أن تحدد مسارها الخاص وستكون قادرة على استكشاف تحت سطح البحر وأخذ عينات من الرواسب في قاع البحر. وتأمل ناسا في إرسال غواصة إلى تيتان خلال العشرين عامًا القادمة. يكون المولد الخاص به - الذي سيتم تشغيله بواسطة الحرارة الناتجة عن تآكل المواد المشعة مثل البلوتونيوم - مفتاحًا للحفاظ على إلكترونيات الغواصات مفعمة بالحيوية في بحار Titan ، والتي تبلغ درجة حرارة -290 درجة فهرنهايت تقريبًا.

يقول لورينز ، المصمم الرئيسي للغواصة: "إن التعامل مع الظروف المبردة في تيتان يحتاج إلى هندسة دقيقة ، لكن لا توجد معجزات فيزيائية". "تعتبر الحرارة المهدرة من مصدر طاقة النظائر المشعة جزءًا أساسيًا من ذلك ، إلى جانب بعض الخيارات الحكيمة لعزل الرغوة."

التحدي الآخر هو أننا لا نعرف التركيب الكيميائي الدقيق للبحار تايتان. هم أساسا الميثان-مماثلة للغاز الطبيعي السائل الموجود على الأرض - وكمية أقل من الإيثان السائل وغاز النيتروجين المذاب. لكن النسبة الدقيقة التي تظهر فيها هذه المكونات ليست واضحة ، وقد تختلف اختلافًا كبيرًا بين بحار تايتان. لذا ، فإن المشروع يصمم غواصة يمكنها أن تتنقل في امتداد سائل لم يتم بعد تثبيت كثافته ولزوجته.

يهتم المهندسون بشكل خاص بالنيتروجين في بحار تايتان ، والذي قد يشكل فقاعات من شأنها أن تتداخل مع الملاحة البحرية. قد يحدث هذا عندما تتسرب بعض الحرارة المهدرة من مولد السفينة إلى البيئة. يقول جيسون هارتفيج ، وهو دافع قري "إن الحرارة ليست كافية لغلي السائل المحيط ، لكننا نعتقد أنه يكفي لإحداث النيتروجين الذائب الموجود في السائل". مهندس في مركز أبحاث جلين التابع لناسا في كليفلاند.

يمكن للمروحة نفسها أيضًا أن تخلق انفعالًا أثناء تقطيعها عبر السائل. يقول هارتفيغ: "وراء كل شفرة فراغ فارغ". إن هذا الانخفاض في الضغط يمكن أن يعطي الفقاعات فرصة للتكوين ، على غرار الطريقة التي تتعفن بها الصودا عند فتحها.

كل هذه الفقاعات الصغيرة يمكن أن تسبب مشكلتين كبيرتين. أولاً ، قد يعرقلون المعدات العلمية للغواصة ، مما يجعل من الصعب قياس العمق والظروف الأخرى. ومما يثير القلق أكثر ، أن الفقاعات قد تمنع مراوح الغواصات من العمل بشكل صحيح.

يقول هارتفيج: "إذا كنا نحاول الانتقال من مكان واحد في البحار إلى أخرى ، فهل ستندمج كل هذه الفقاعات في النهاية الخلفية للغواصة؟". "أنت تحاول أن تدور المراوح وأن السيارة لن تتحرك ، بل ستجلس وتدور".

هذه المشكلة المتعلقة بالإعاقة بأكملها ليست عاملاً للغواصات على الأرض لأن كمية الهواء التي يمكن أن تذوب في الماء منخفضة للغاية ، يستمر Hartwig. "الضغط أعلى على تيتان ولأن السائل أكثر برودة ، يتم إذابة المزيد من الغاز في السائل ، مما يعني أن المزيد من الغاز يمكن أن يخرج".

نظرًا لأننا لا نعرف التركيب الكيميائي الدقيق لبحار تايتان ، فليس من المؤكد كمية النيتروجين التي تحتفظ بها. للحصول على فهم أفضل لما قد تواجهه الغواصة ، أعاد هارتفيج وزملاؤه في جامعة ولاية واشنطن إعادة إنشاء بحار تايتان هنا على الأرض. لقد ملأوا غرفة الاختبار بمخاليط مختلفة من الميثان والإيثان والنتروجين المذاب في درجات حرارة وضغوط مماثلة لتلك الموجودة في تايتان ، ثم أضافوا سخانًا صغيرًا لمحاكاة الحرارة التي من شأنها أن تشع من غواصة فعلية.

الأخبار الجيدة: إذا توقفت غواصة عن الحركة من أجل جمع العينات ، فقد لا داعي للقلق. أفاد الفريق في فبراير / شباط في مجلة Fluid Phase Equilibria أنه ربما لن ينبعث منها ما يكفي من الحرارة لإنشاء كمية من الدهون اللازمة لإحباط أدواتها. ومع ذلك ، ما زلنا لم نستبعد قضية المروحة. وهو يعتزم تكرار التجربة باستخدام مروحة بدلاً من المدفأة لمعرفة مقدار الفقاعة التي قد تواجهها السفينة أثناء رحلتها عبر بحار تايتان.

يمكن أن يكون للغواصة التي نرسلها إلى Titan نفس الشكل الطويل النحيف الذي اعتدنا على رؤيته على الأرض. ويبلغ وزن هذا النوع من المركبات حوالي 2600 رطل ويبلغ طوله حوالي 20 قدمًا. ومع ذلك ، سيكون عليها العودة إلى سطح البحر من أجل التواصل مع الأرض. سيكون عليها أيضًا الانتظار حتى الأربعينيات من القرن الماضي ، عندما تكون الأرض مرتفعة بما يكفي فوق آفاق تيتان لإعطاء الغواصة خطًا مباشرًا للبصر (والتواصل) مرة أخرى إلى كوكبنا.

تدرس ناسا أيضًا إرسال غواصة أصغر على شكل سلحفاة. ستتم إقران "Titan Turtle" مع مركبة فضائية لنقل المعلومات إلى الأرض. يمكن أن تتواصل أثناء غمرها وقد يتم إطلاقها قبل بضع سنوات لأنها لن تحتاج إلى الاعتماد على موقع الأرض في السماء.

تيتان فريد من نوعه بين عوالم المحيطات ، كما يقول هارتفيج. في أي مكان آخر في النظام الشمسي ، توجد البحار السائلة التي يسهل الوصول إليها. لكن غواصة تايتان يمكن أن تلهم التصميمات للسفن المستقبلية التي تستكشف البحار المخبأة تحت القشرة الجليدية على أجسام أخرى. يقول هارتفيج: "لقد نظرت دائمًا إلى Titan كواحد من رواد المسار".

تحت الجليد

يمكن العثور على واحد من هذه البحار أقل الوصول إليها على أوروبا. في حين أن سطح القمر مغمض بالإشعاع من المجال المغناطيسي لكوكب المشتري ويبلغ قوته -280 درجة فهرنهايت ، إلا أن المحيط الموجود أسفله محمي بجدار من الجليد يتراوح سمكه بين 5 و 15 ميلًا. نظرًا لأن هذا المحيط مصنوع من الماء ، فهو مكان مثير للبحث عن الحياة ودراسة الظروف الكيميائية التي قد تكون ضرورية لتكوينها.

للوصول إلى حاجز يوروبا الجليدي ، يختبر العلماء روبوتات من شأنها أن تذوب أو تقطع طريقها إلى المحيط. يمكن أن تحمل هذه الروبوتات غواصات ، أو روفرز ، للقيادة على طول الجزء السفلي من الجليد ، أو حتى الهبوط الذي سيغرق في قاع البحر. بمجرد أن تصل إلى الماء ، من المرجح أن تصادف هذه التحقيقات درجات حرارة باهتة تبلغ حوالي 32 درجة فهرنهايت. يقول آندي كليش ، وهو مهندس في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في باسادينا ، كاليفورنيا: "إنها في الواقع بيئة مريحة إلى حد ما بالنسبة للإلكترونيات لدينا. ما هو أكثر إثارة للقلق هو المياه المالحة."

يقول كيفن هاند ، عالم الكواكب في مختبر الدفع النفاث ، إن بحار يوروبا قد تكون شديدة الملوحة أو مملوءة وقد تكون أكثر ملوحة. "كتحدي إضافي ، من المحتمل وجود بعض حامض الكبريتيك في المزيج" ، كما يقول. وهذا يعني أن المسبار الإلكتروني سيكون في خطر التآكل. سيواجه الروبوت أيضًا ضغوطًا هائلة لأنه غامر في عمق المحيط. في قاع البحر ، سيكون الضغط مشابهًا للضغط في قاع خندق ماريانا على الأرض.

الكل في الكل ، ستكون رحلة إلى بحار Europa رحلة صعبة للغاية. "لدينا تحديات استكشاف الفضاء السحيق إلى جانب تحديات استكشاف أعماق المحيطات" ، يقول كليش. لدينا فراغ في الفضاء. لدينا ضغط عال تحت الجليد. ولدينا إشعاع على الطريق إلى هناك ... نحن محميون من ذلك تحت الجليد ولكن بعد ذلك تحاول البيئة تآكلنا على طول الطريق ".

ويقول إن أسهل مكان للزيارة هو الجانب السفلي من الجرف الجليدي لأوروبا. Klesh ، Hand ، وزملاؤهم يعملون على روفر التي تجول في قاع الجليد. لن يتم اختبار المسبار أو المسبار في أعماق البحار بالتيارات ، كما يحدث على الأرجح مع غواصة. يقول Klesh: "قد تكون هذه التجوالات [و] مركبات الهبوط هذه هي أفضل طريقة للاستكشاف في مسألة يتم التحكم فيها جدًا ولا يتم إلقاؤها أو طرحها في أشياء أخرى". الجانب السفلي من الجليد هو أيضًا مكان جيد جدًا للبحث عن الحياة. على الأرض ، تحب الطحالب والميكروبات أن ترسو تحت الجليد. إذا كانت الحياة موجودة على أوروبا ، فقد يتم جذبها إلى هذا النوع من التضاريس أيضًا.

كليش وفريقه حريصون على بدء البحث. لقد قاموا باختبار روفر الخاصة بهم - المعروفة حاليًا باسم BRUIE (Buoyant Rover for Under-Ice Exploration) - في البحيرات المتجمدة في ألاسكا. تتميز عجلاتها بقطاعات منشار دائري وألواح صغيرة تعمل مثل أحذية الثلج ، حيث توزع وزن السيارة على الجليد. هذا يمنع بروي من قطع الجليد والوقوف في مكانه.

من المحتمل أن يتم نقل نسخة BRUIE التي ستزور يوروبا في نهاية المطاف من خلال الروبوت المسؤول عن الحفر إلى البحر. هذا يعني أنه يجب أن يكون حجمه صغيرًا ، من المحتمل أن يكون طوله 18 بوصة أو أقل ، كما يقول كليش. في غضون أسبوعين ، يعتزم اختبار العجلات القابلة للطي على BRUIE ، مما سيتيح لها أن تصبح أكثر إحكاما وقابلية للنقل. يأمل الفريق أيضًا في إرسال BRUIE في أكثر مهامه طموحًا حتى الآن ، وهي رحلة تقارب 1000 قدم تحت الجليد البحري دون حبل.

من الناحية المثالية ، سيكون هناك روفر على أوروبا غير مربوط. يقول كليش: "كان لدينا ميل في نهاية المطاف إلى تشريح الحبل مرة واحدة على الأقل خلال كل رحلة تقريبًا عندما نكون هناك". ولكن على الرغم من خطر التشابك الذي يمثله ، قد تكون هناك حاجة إلى سلك لتوفير الطاقة والتواصل مع المعدات على السطح.

يبحث كليش وفريقه أيضًا عن طرق أسهل للوصول إلى المحيط. لقد استخدموا الغواصات لاستكشاف مهاوي moulins steep ، التي غمرت المياه التي تتشكل داخل الأنهار الجليدية في ألاسكا. في الصيف الماضي ، سافر روبوتهم على عمق 160 قدمًا تحت الجليد ، وكان قادرًا على العثور على نقاط ربط بين أنفاق مختلفة. من المحتمل أن يكون لأوروبا أيضًا عجائن في قشرة الجليد التي يمكن أن تستخدمها طائرة روفر أو الغاطسة للسفر جزءًا من الطريق إلى الماء.

لا يزال هناك طريق طويل يجب قطعه قبل أن تصبح روفر على استعداد للقيام برحلات إلى أقمار المشتري أو خارجها. ويأمل كليش أن تكون مهمتا Europa Clipper و Europa Lander المزمعتان تمهد الطريق لإرسال مسبار تحت الجليد.

في غضون ذلك ، يمكن أن تعلمنا الروفر التي ستستكشف يومًا ما يوروبا ، بعض الأشياء عن كوكبنا. يتم استخدام BRUIE بالفعل لتحديد مدى إطلاق ذوبان التربة الصقيعية الميثان في بحيرات القطب الشمالي. وفي هذا الخريف ، ستستغرق رحلة التجوال الجريئة ثلاثة أو أربعة أشهر في هذه المياه الباردة.

يقول هاند: "إن الهدف العلمي هو ترك المسبار تحت جليد البحيرة لمشاهدة التغيرات الموسمية حيث يتشكل الجليد ويتسم بسمك أعلى من هذه البحيرات الغنية بالميثان مع غروب الشمس والشتاء." هذا يمكن أن يكشف كيف قد تصبح روفر مجمدة في مكانها مع سماكة الجليد المحيط بها. إنها أيضًا فرصة لمعرفة المزيد عن البيئة التي يعاقب عليها البشر بحيث لا يراقبونها وحدنا.

يقول كليش: "إن أكبر عالم للمحيطات على الإطلاق موجود هنا على الأرض". "التقنيات التي نستخدمها للبدء في النظر في استكشاف أوروبا ، نحن نطبق هنا لاستكشاف" المناطق التي لم نتمكن من الذهاب إليها من قبل. "

هل هذا كوكب المشتري ، أم البيتزا؟  انضم إلى لعبة التخمين Jovian.

هل هذا كوكب المشتري ، أم البيتزا؟ انضم إلى لعبة التخمين Jovian.

هذه الشفرات يمكنها قطع أي شيء تقريبًا

هذه الشفرات يمكنها قطع أي شيء تقريبًا

يحاول العلماء الدخول في ذهن الإرهابي

يحاول العلماء الدخول في ذهن الإرهابي