https://bodybydarwin.com
Slider Image

Estos robots calientes nos ayudarán a encontrar vida en lunas heladas

2021

Las lunas que orbitan Júpiter y Saturno se encuentran lejos del calor del sol. La mayoría no tiene atmósfera, y muchos están cubiertos de una capa de hielo de millas de espesor. También son nuestra mejor apuesta para encontrar vida en nuestro propio sistema solar. Debajo de las costras congeladas yacen vastos océanos, y las agencias espaciales en los Estados Unidos y más allá están trabajando duro en los robots que algún día los visitarán.

"En el pasado supusimos que había una zona de Ricitos de Oro entre Venus y Marte donde encontraría agua líquida, y ... este era el único lugar en el sistema solar donde encontraría vida, dice Hari Nayar, líder de un grupo de robótica enfocado en mundos oceánicos en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. Sin embargo, Júpiter's Europa y la luna de Saturno Encelado parecen tener los ingredientes clave para la vida: abundante agua líquida, alimentos y energía de los respiraderos de aguas profundas.

Esta vida, si existe, no será fácil de alcanzar. Es más probable que se encuentre nadando muy por debajo de la superficie de los fríos océanos alienígenas. Pero una vez que una nave espacial viaja al sistema solar exterior y logra aterrizar en Europa o Encelado, todavía estará muy por encima de estas aguas. Las sondas robóticas tendrán que profundizar en el hielo, excavando en un entorno que es casi tan terriblemente frío como el nitrógeno líquido.

Hay algunas formas diferentes de romper esta fortaleza helada. La NASA anunció recientemente que está probando nuevos prototipos para robots que explorarán mundos escarchados, incluida una sonda que cortará el hielo y calentará las virutas en sus entrañas tostadas. Investigadores en Alemania han estado desarrollando un robot que derretirá cualquier hielo en su camino. Y esas no son las únicas ideas.

Los ingenieros detrás de estos robots tampoco estarán satisfechos con una sonda que simplemente cava hacia abajo. Sus creaciones tendrán que navegar y disparar muestras de vuelta a la superficie, encima del túnel durante meses o más. Así es como estas intrépidas sondas abordarán los mundos de hielo y buscarán vida.

Lo que hay debajo

Si hay vida en Europa o Encelado, será microscópico. "Probablemente no haya ballenas o calamares gigantes o incluso pequeños gusanos tubulares o algo así allá abajo, dice Cynthia Phillips, geóloga planetaria en el Laboratorio de Propulsión a Chorro." Creemos que realmente no hay suficiente energía para conducir la vida multicelular ".

Pero los respiraderos en el fondo marino serían un hogar prometedor para los microbios extraterrestres (y son el mismo tipo de ecosistema donde la vida en la Tierra podría haber comenzado). Y no importa dónde estén estos respiraderos, si albergan vida, entonces las huellas de esa vida habrán viajado lejos.

`` En el océano de la Tierra, si se toma un metro cúbico de agua en el océano, [probablemente] tiene material genético de la mayoría de los organismos en la Tierra '', dice Brian Wilcox, un ingeniero aeroespacial de El Laboratorio de Propulsión a Chorro. Lo mismo debería ser cierto para los mares de Europa o Encelado. Entonces, cuando nuestras sondas finalmente lleguen al mar, cualquier gota de agua que capturen debería ser esclarecedora.

`` Si tiene instrumentos lo suficientemente buenos que pueden encontrar cosas en concentraciones muy bajas, entonces está prácticamente garantizado de encontrar moléculas biológicas si existen '', dice Wilcox.

Sin embargo, esto pone algunos límites a las sondas que podemos enviar. Dado que el robot, por definición, buscará vida, debe seguir reglas estrictas para evitar llevar a los microbios de la Tierra durante el viaje. Antes de aterrizar, se esterilizará a temperaturas tan abrasadoras que nada podría sobrevivir ... ni siquiera la electrónica moderna. La NASA está considerando sondas que dependen de motores simples de grafito y cobre como los inventados en el siglo XIX. "Se puede hacer un motor del tipo que se usó hace 120 años, todo hoy en día que sobrevivirá a este horneado", dice Wilcox.

Un módulo de aterrizaje puede evitar esta limpieza más dura, ya que nunca tocará el océano. Así que ahí es donde probablemente residirá la electrónica que realmente controla la sonda y analiza el agua que recolecta. "La sonda es como una marioneta en el extremo de una cuerda y no tiene nada de lo que dice Wilcox." Tenemos que poner la protección planetaria al frente y al centro, porque ese es realmente el más difícil de todos los problemas ".

Tajando y cortando

En la Tierra, profundizamos en el espeso hielo en lugares como la Antártida y Groenlandia utilizando taladros o sondas que se hunden cada vez más al calentar el hielo a su alrededor hasta que se derrita.

Eso no funcionará en las lunas de Júpiter y Saturno. "Es casi imposible [pensar] que podríamos entregar equipos de perforación a una luna helada", dice Bernd Dachwald, profesor de ingeniería astronáutica en la Universidad de Ciencias Aplicadas de Aachen en Alemania.

Y el hielo está a cientos de grados bajo cero. "Esencialmente eliminaría todo ese calor", dice Nayar. La sonda que él, Wilcox y sus colegas tienen en mente mantiene todo su calor en el interior, donde no puede escaparse.

La sonda utiliza una sierra giratoria para cortar el hielo y un destornillador para martillar más profundamente en el agujero. La sonda puede girar cortando más profundamente el hielo por un lado que por el otro. Mientras tanto, los trozos de hielo se arrojan al cuerpo aislado de la sonda para fundirse. "Todo el cuerpo de la sonda es esencialmente una botella de vacío, al igual que una botella de termo que mantendrá su bebida caliente todo el día, dice Wilcox.

El calor vendrá del plutonio (el tipo que alimenta el Curiosity Rover y otras naves espaciales, no el tipo utilizado para fabricar armas nucleares). La mayor parte del agua que derrite se bombeará por la parte posterior. Pero la sonda también puede recolectar muestras de agua en pequeños recipientes y dispararlas nuevamente a la superficie a través de un tubo de aluminio dentro de su correa.

Una vez que el agua derretida se congele nuevamente en hielo, bloqueará esta correa en su lugar. Eso significa que la sonda tendrá que llevar su propio cable en lugar de tirar de la superficie. También significa que la sonda no se puede arrastrar de vuelta a la superficie. "Esa es otra razón por la que tiene que esterilizarse absolutamente más allá de cualquier duda, porque va a estar allí para siempre", dice Wilcox.

Hacer como un lunar

Otra sonda destinada a mundos congelados es IceMole, que se está desarrollando para el proyecto Enceladus Explorer de la Agencia Espacial Alemana (DLR). Con aproximadamente 6, 5 pies de largo, no es tan pequeño como su homónimo peludo, aunque sus diseñadores planean hacer que las futuras generaciones sean más cortas y livianas. Ya han probado su capacidad de excavación en la Antártida y otros lugares helados.

IceMole es principalmente una sonda de fusión, lo que significa que se calentará a través del hielo. Esto requiere mucha energía, por lo que la sonda probablemente extraería su energía de un generador nuclear del tamaño de un refrigerador en la superficie. Sin embargo, el lunar mecánico también está equipado con un tornillo de hielo. "Esta fuerza presiona la cabeza de fusión firmemente contra el hielo, para que siempre tenga un muy buen contacto térmico", dice Dachwald, quien ha pasado años diseñando y refinando la sonda.

Un problema con las sondas de fusión normales es que el polvo o la arena incrustados en el hielo pueden hundirse en el fondo del agua derretida frente al robot y acumularse. Finalmente, la sonda se enfrenta a un tapón de lodo que no puede calentar y se atasca. IceMole evitaría esta catástrofe porque su tornillo de hielo puede arrastrarlo a través del hielo sucio. Sus diseñadores han probado la sonda en el suelo y el hielo rico en sedimentos en el lago Hoare de la Antártida. IceMole disminuyó la velocidad, pero no se detuvo. El práctico tornillo para hielo también es hueco, por lo que puede sorber muestras.

Al igual que el robot propuesto por la NASA, IceMole puede cambiar de rumbo. Al dirigir más calor a un lado de su cabeza de fusión, IceMole puede forzarse en una curva. "No son tan buenos como un topo real, pero tenemos un radio de giro de unos 10 metros y esto debería ser suficiente para evitar grandes obstáculos", dice Dachwald.

Utilizará algunos instrumentos diferentes para navegar e incluso puede derretirse hacia arriba. Eso significa que, tal vez, IceMole podría encontrar su camino de regreso a la superficie.

Un ambiente hostil

Europa y Encelado no son lugares acogedores, incluso aparte del frío punzante. Los robots que deambulan por la superficie serán los más afectados por estas condiciones extremas.

Por un lado, estarán demasiado lejos del sol para depender de la energía solar. Y el hielo puede no ser fácil de manejar. Se cree que Europa y Encelado disparan columnas de vapor de agua que se congelan y caen al suelo como pequeños granos. "Este material se comportaría como dunas de arena en el desierto que no se pegan entre sí, por lo que podría hundirse fácilmente", dice Nayar, cuyo equipo está diseñando un rover liviano que se asemeja a un buggy.

Europa es expulsada con radiación del campo magnético de Júpiter que mataría a un humano sin protección en 10 minutos. Tampoco es tan bueno para los robots. "La superficie está básicamente golpeada con partículas de radiación cargadas que serían muy dañinas para cualquier tipo de nave espacial de superficie, dice Phillips.

Cualquier robot en el suelo necesitará protección para protegerse de este asalto. Esto podría no parecer un problema para las sondas muy por debajo, protegidas por el hielo. Pero aún dependerán de equipos en la superficie, que tendrán que aguantar mientras las sondas penetran lentamente kilómetros de hielo.

Y el hielo mismo presentará sus propias pruebas. Probablemente no sea solo agua pura. "El problema es que no sabemos cuál será la composición real de ese material, dice Nayar. Un robot podría tener que desplazarse alrededor de rocas o grietas, o encontrar productos químicos corrosivos como el ácido sulfúrico".

"Tener algo que funcione durante varios meses o incluso años a través del hielo, a través de un entorno desconocido y el más mínimo fracaso puede conducir a la pérdida de la misión, esto es un desafío", dice Dachwald.

La NASA puede enviar sondas para pruebas de campo en lugares como la Antártida o Groenlandia para asegurarse de que estén a la altura. Pero en comparación con Europa o Encelado, estos bosques helados son un juego de niños. Los ingenieros tendrán que imitar algunas de las condiciones más duras de los mundos helados en el laboratorio, utilizando cámaras especiales de frío y vacío y lechos de hielo súper frío.

A pesar de las molestias, viajar a través del hielo tiene sus ventajas. Una sonda no puede derretirse fácilmente a través de roca sólida. "Realmente queremos derretir el hielo, porque es muy fácil manejar agua líquida", dice Wilcox.

Y cualquier muestra que la sonda recolecte en sus viajes será fácil de examinar. "En algún lugar como Marte o la Luna, donde es realmente una muestra rocosa, tienes que ... descomponer la roca para poder estudiar lo que contiene", dice Phillips. Las muestras heladas solo se pueden calentar. "Esa es una manera fácil de separar el hielo de los materiales que no son de hielo".

Maduro para la exploración

Tan tentadores como lo son Europa y Encelado, no necesitamos limitar nuestras exploraciones a estas dos lunas. Hay muchos cuerpos potencialmente acuosos más allá de la Tierra: Marte, grandes asteroides, Plutón y otras lunas como el Titán de Saturno o las lunas jovianas Ganímedes y Calisto. "Hay docenas de mundos en el sistema solar exterior donde puedes usar una arquitectura muy similar, dice Phillips.

Los mismos tipos de módulos de aterrizaje, rovers y, eventualmente, sondas pueden traer todos estos mundos a nuestro alcance. Cómo se verá exactamente esta tecnología aún es incierto. "No tenemos una solución probada que sea mejor que cualquier otra solución", dice Nayar. `` Este es un entorno muy diferente de cualquier otro en el que hayamos estado ''.

Aprenderemos más sobre estos mundos distantes a medida que llegue nueva información de misiones como Cassini y el planeado Europa Clipper. Esto facilitará el diseño de las sondas que algún día profundizarán debajo de sus superficies de hielo.

Pasarán bastantes años antes de que estos robots lleguen a Europa o Encelado; una sonda a Europa probablemente no se lanzaría antes de 2028. Pero eso no significa que las sondas con espacio no puedan ayudar a acercarse a casa ... hay mucha investigación sobre el hielo que podemos hacer. Justo aquí en la Tierra. "Sería un poco triste si inviertes dinero en demostraciones técnicas sin ninguna ciencia", dice Dachwald. Él y su equipo ya han utilizado IceMole para tomar muestras de bacterias en Blood Falls en la Antártida, donde un depósito de salmuera inglacial está lleno de bacterias poco conocidas que han estado aisladas del mundo exterior durante más de 1 millón de años.

Y tendremos muchas otras oportunidades para probar la capacidad espacial de una sonda y ponerla en funcionamiento al mismo tiempo. Debajo de las capas de hielo de la Antártida, todavía hay lagos por explorar. Todavía no sabemos qué tan lejos se extiende la vida en el hielo, o qué tan bien puede sobrevivir en estos desiertos congelados. `` Si queremos saber si la vida puede existir en el hielo en otros planetas y lunas, tenemos que averiguar las condiciones de nacimiento '' en la Tierra para vivir en el hielo ``, dice Dachwald.

Aquí está el video de la inmersión épica de la NASA a través de la brecha de Saturno

Aquí está el video de la inmersión épica de la NASA a través de la brecha de Saturno

Bill Nye habla de payasos asesinos, sirenas, popó y bicicletas mortales

Bill Nye habla de payasos asesinos, sirenas, popó y bicicletas mortales

Hacer crecer la piel en un laboratorio tiene beneficios tanto para los humanos como para las tortugas.

Hacer crecer la piel en un laboratorio tiene beneficios tanto para los humanos como para las tortugas.