Um novo conceito de laser poderá revolucionar a forma como exploramos os mundos gelados do nosso sistema solar.
Quando os cientistas sonham em explorar oceano escondido Debaixo das conchas geladas de luas como Júpiter Europa Ou de Saturno Encélado — ou outras regiões geladas, como as crateras lunares permanentemente sombreadas ou o solo gelado perto dos pólos de Marte — é dificultada por um grande problema: perfurar o gelo.
As brocas e sondas de fusão tradicionais são volumosas, complexas e consomem muita energia. Agora, pesquisadores do Instituto de Engenharia Aeroespacial da TU Dresden, na Alemanha, desenvolveram uma nova solução promissora: uma perfuratriz de gelo baseada em laser que pode perfurar passagens profundas e estreitas. gelo mantendo baixos os requisitos de massa e energia.
“Inventamos uma broca a laser que permite acesso profundo, estreito e com eficiência energética ao gelo, sem aumentar a massa do instrumento, o que não é possível com brocas mecânicas e sondas de derretimento”, disse Martin Koßagk, principal autor do estudo, ao Space.com por e-mail.
As brocas mecânicas ficam mais pesadas à medida que se estendem pelo tubo de perfuração, enquanto as sondas de fusão dependem de cabos longos e que consomem muita energia. A perfuração a laser evita esses dois problemas, mantendo toda a instrumentação acima do solo. A tecnologia envia um feixe concentrado de luz para o gelo, fazendo com que ele evapore em vez de derreter – um processo chamado sublimação.
O vapor resultante escapa para cima através de um poço estreito, que é largo o suficiente para coletar amostras de gás e poeira. Os instrumentos na superfície podem então analisar a composição química e a densidade destas amostras, fornecendo pistas valiosas sobre as propriedades térmicas e a história da formação do corpo cósmico que está a ser explorado.
Embora os lasers não sejam as ferramentas com maior eficiência energética, o feixe vaporiza apenas um pequeno furo de gelo, o que significa que a potência total usada pela furadeira é muito menor do que a de um aquecedor elétrico. Ele também funciona mais rápido em camadas ricas em poeira, desacelerando as sondas de fusão convencionais, permitindo perfurar mais profundamente sem adicionar massa ou energia.
Como resultado, os instrumentos baseados em laser “tornam a exploração subterrânea de satélites de gelo mais realista, permitem análises de alta resolução da composição e densidade do gelo, melhoram os modelos de transporte de calor e profundidade oceânica em corpos como Europa e Encélado, e apoiam estudos de formação crustal”, disse Kosagek. “existir lua ou Martea perfuração a laser também pode extrair materiais subterrâneos, como poeira, de poços contendo gelo ou solo, permitindo a reconstrução geológica além da camada superficial. “
O conceito de perfuração a laser da equipe opera a cerca de 150 watts (W) e tem uma massa esperada de cerca de 9 libras (4 quilogramas), que permanece constante independentemente da profundidade, seja 33 pés (10 metros) ou 6 milhas (10 quilômetros). No entanto, Koßagk ressalta que os espectrômetros de massa para análise de gases e instrumentos para separação e análise de poeira aumentam os requisitos de energia e massa.
Os primeiros testes mostram-se promissores. O protótipo perfurou amostras de gelo com cerca de 20 centímetros de comprimento sob vácuo e condições criogênicas durante experimentos de laboratório, e em profundidades maiores durante testes de campo nos Alpes e nos Alpes. árticoa neve tem mais de um metro de profundidade. Em testes utilizando 20 watts de potência do laser, o sistema perfurou quase 1 metro por hora e até 3 metros por hora em gelo solto ou empoeirado.
O conceito baseado em laser não é isento de limitações. Em camadas de pedra ou poeira onde não há gelo para evaporar, o processo de perfuração será interrompido. E, nestes casos, é necessário fazer um novo furo na superfície para contornar a obstrução.
“Portanto, é muito importante usar brocas a laser em conjunto com outros instrumentos de medição”, disse Koßagk ao Space.com. “Os instrumentos de radar podem detectar gelo e localizar obstáculos maiores que as brocas a laser podem perfurar.”
Rachaduras cheias de água também podem representar desafios. Ao perfurar, a furadeira a laser deve bombear a água que entra antes de continuar perfurando mais profundamente. Contudo, a perfuração destas áreas pode ajudar a determinar a composição química de habitats potenciais no passado ou no presente. vida microbiana. Se as bactérias já estiveram presentes, seus remanescentes podem ser detectáveis em amostras coletadas por perfuração a laser.
Para viabilizar esse tipo de perfuração a laser, os próximos passos serão miniaturizar o sistema, desenvolver um dispositivo de separação de poeira e realizar testes de qualificação do espaço. Versão compacta de carga útil poderia um dia andar em um módulo de pouso lua geladaKorsagek disse que isso aproxima os cientistas de decifrar os segredos do gelo sob superfícies alienígenas.
Enquanto isso, volte para Terraa mesma ferramenta pode até ajudar a prever avalanche. Testes de campo realizados em parceria com o Centro Austríaco de Pesquisa Florestal e o Ministério de Riscos Naturais Alpinos e Árticos mostraram que a broca a laser pode medir a densidade da neve sem cavar um buraco e, montada em um drone, pode coletar dados de encostas perigosas que são inacessíveis aos humanos com segurança, disse Kosagek.
Seja na Terra ou no espaço profundo, o objetivo é o mesmo: ver abaixo da superfície e compreender o que está escondido no gelo.
As descobertas iniciais da equipe são Lançado em 8 de setembro Na revista Acta Astronáutica.
