W rozwiązaniu zagadek, które kryją oceany na księżycach Jowisza czy Saturna, zdecydowanie przeszkadza pokaźnych rozmiarów pokrywa lodowa. Użycie tradycyjnych wierteł i sprzętu do stapiania lodu nie wchodzi w grę, ponieważ są to skomplikowane, ciężkie urządzenia, zużywające dużo energii.
W niedawno opublikowanym raporcie, naukowcy z niemieckiego Instytutu Inżynierii Kosmicznej na Technische Universität Dresden przedstawili innowacyjną koncepcję wiertła laserowego, które mogłoby rozwiązać ten problem.
Pomysł zespołu naukowców pod kierunkiem Martina Koßagka opiera się na założeniu, że wszystkie elementy urządzenia będą na powierzchni, a wiązka światła laserowego wydrąży kanał w pokrywie lodowej, pozbywając się lodu, doprowadzając do jego sublimacji (bezpośredniej przemiany w parę wodną). Następnie uzyskana para, wraz z pyłem, mogłyby zostać przekazane do instrumentów pomiarowych i przeanalizowane, co umożliwiłoby zdobycie wiedzy na temat właściwości termicznych i historii formowania się danego ciała niebieskiego.
W porównaniu do tradycyjnych, mechanicznych wierteł i urządzeń stapiających lód, wiertło laserowe opracowane przez niemieckich naukowców miałoby nie tylko zużywać mniej energii, lecz także nie wymagałoby użycia wielu kabli doprowadzających zasilanie. Mogłoby także sprawniej pracować w podłożu bogatym w pyły i jego masa nie rosłaby w miarę zagłębiania się w grunt, jak to jest w przypadku tradycyjnego sprzętu.
Według Koßagka, to innowacyjne urządzenie sprawiłoby, że eksploracja podpowierzchniowa lodowych światów, takich jak Europa czy Enceladus, stałaby się bardziej realistyczna, dzięki umożliwieniu analizy składu i gęstości lodu w wysokiej rozdzielczości, usprawnieniu modeli transportu ciepła i głębokości oceanu oraz wspieraniu badań nad formowaniem się skorupy.
Ponadto, urządzenie ma potencjał do wykorzystania w badaniach lodowych fragmentów powierzchni Księżyca i Marsa.
Wczesne testy, przeprowadzone w warunkach próżniowych i kriogenicznych w laboratorium, a także w Arktyce i w Alpach, wypadły pomyślnie. Przy 20 W mocy, badacze uzyskali szybkość wiercenia bliską 1 m/h, a do 3 m/h w luźnym lub zapylonym lodzie. Ta wielkość jest wprost proporcjonalna do mocy lasera i odwrotnie proporcjonalna do gęstości lodu.
Innowacyjne wiertło laserowe ma jednak swoje ograniczenia. Jednym z nich jest to, że ułamek energii lasera nie zostanie wykorzystany do drążenia w lodzie, ponieważ część wiązki odbije się od powierzchni. Innym ograniczeniem jest to, że wiercenie w podłożu skalnym lub zapylonym, bez lodu do odparowania, zostanie zatrzymane. Poza tym, w przypadku pracy w szczelinach wypełnionych wodą, będzie potrzeba odpompowania wody przed dalszym wierceniem. Mimo to, użycie tego wiertła w miejscach zalanych wodą, mogłoby przyczynić się do poszukiwań chemicznych oznak potencjalnych środowisk życia mikrobiologicznego na ciałach niebieskich. Oprócz tego, główny autor badania podkreśla konieczność współdziałania urządzenia z innym sprzętem, aby umożliwić omijanie przeszkód.
Aby laserowe wiertło mogło powstać, należy jeszcze zminiaturyzować jego elementy, rozwinąć system odzyskiwania pyłu i wykonać testy dotyczące kwalifikacji do pracy w kosmosie.
Na Ziemi, takie urządzenie mogłoby być przydatne przy zapowiadaniu lawin – może mierzyć gęstość śniegu, nie drążąc w nim dziury, a zamontowane na dronie, zebrałoby dane na temat stoków niebezpiecznych dla ludzi.
Zarówno w warunkach ziemskich, jak i pozaziemskich wiertło mogłoby ujawnić sekrety zamarzniętych głębin.
Opracowanie: Zuzanna Wrzeszcz
Więcej informacji:
New laser drill could help scientists explore ice covered worlds like Jupiter's ocean moon Europa
Publikacja naukowa zamieszczona w Acta Astronautica
Źródła: Space.com, Acta Astronautica
Na zdjęciu: Europa, lodowy księżyc Jowisza, źródło: NASA
