NASA bada ocean pod lodem. I wcale nie rusza się z Ziemi

Misje eksploracji Układu Słonecznego są nie tylko nastawione na poznanie innych ciał niebieskich. Dużą niewiadomą jest wciąż sama Ziemia, w tym badania tego co dzieje się pod powierzchnią wody, a także pod lodem. Zachodzące tam procesy, szczególnie topnienia mogą mieć kluczowy wpływ na przyszłość planety. Mowa tu o powiązanym z tymi procesami wzrostem średniego poziomu mórz. Według danych NASA, gdyby lądolód Antarktydy całkowicie się stopił, doprowadziłoby to do podniesienia tego poziomu o około 60 metrów. Jak dramatyczne skutki miałoby to dla miejsc położonych w pobliżu oceanów i mórz, nietrudno przewidzieć.

Można oczywiście dywagować, czy wzrost poziomu wody będzie tak duży, negować fakt topnienia ziemskiej pokrywy lodowej. Ludzie z NASA JPL-Caltech jednak nie chcą czekać i tym razem zamiast eksploracji marsjańskich pustkowi, zdeterminowani są, by zajrzeć pod lodowe szelfy na terenie Antarktydy z pomocą specjalnych robotów, które mogą stać się dalekimi kuzynami próbników badających lodowe księżyce Jowisza i Saturna w odległej przyszłości. Pierwsze poważne testy potrzebnej technologii są już za nimi.

Wzrost średniej temperatury na Ziemi przyczynia się do topnienia lodu od strony wystawionej na działanie promieniowania słonecznego i atmosfery. Jednak lodowce topnieją także od spodu, gdzie wystawione są na kontakt z ciepłą wodą. Samo topnienie szelfów lodowych, które są osadzone na wodzie, nie jest tu najistotniejsze, ale ich osłabienie umożliwia zsuwanie się warstw lądolodu osadzonego na powierzchni Antarktydy.

To jak szybki i zlokalizowany jest proces topnienia lodu od strony oceanu stanowi niewiadomą w dzisiejszych modelach klimatycznych. Uzupełnienie ich o te dane pozwoli nam dokładniej przewidzieć przyszłość mórz i oceanów, a być może także naszej cywilizacji.

Projekt, którego celem jest ocena szybkości topnienia lodu od strony oceanu w miejscach gdzie dochodzi do styku szelfów lodowych, lądolodu na Antarktydzie i oceanu, nazwano IceNode. Jego kierownik Ian Fenty, klimatolog z JPL uważa, że w końcu - znaleźliśmy sposób - by dotrzeć do bardzo trudno dostępnych zagłębień pod unoszącym się na powierzchni oceanu lodem, gdzie nie są w stanie zajrzeć satelity, a nieprzewidywalne ukształtowanie terenu utrudnia eksplorację łodziami podwodnymi. To właśnie w tych miejscach topnienie może zachodzić najszybciej.

Robotyczne pływające jednostki IceNode mają kształt walca z rozkładanymi nogami, które umożliwiają przyczepienie się od spodu do lodu. Taki robot może przypominać odwrócony dolny człon rakiety SpaceX Falcon 9. Wymiary walca to 2,4 m długości i 25 cm średnicy.

Pływające roboty nie mają żadnego napędu, polegają na oprogramowaniu i prądach oceanicznych, które zniosą je w interesujące miejsce. Tam zakotwiczone w lodzie, będą mierzyć przepływ wody - tej ciepłej, która roztapia lód, i tej zimnej pochodzącej z roztopionego lodu. Roboty będą pracować przez rok. Dane przesyłane byłyby z otwartego oceanu, gdzie roboty dryfowałyby po odczepieniu się od warstwy lodu.

Paul Glick, główny naukowiec projektu IceNode, uważa że - te roboty są sposobem na przetransportowanie instrumentów naukowych do najtrudniej osiągalnych miejsc na Ziemi. Dodaje też - są przewidziane jako tani sposób rozwiązania trudnego problemu. Obecnie JPL jest na etapie testów urządzeń w morzu Beauforta, po raz pierwszy w regionie przypominającym docelowe miejsce pracy robotów IceNode. Zanurzony tam pod lodem na około 100 m robot zbierał dane na temat zasolenia, temperatury i prądów wodnych.

Choć projekt IceNode wciąż jest w fazie prototypowej, to już bliskiej finalnej realizacji. Tymczasem w przyszłości czekają nas być może misje podwodne poza Ziemią.

Przede wszystkim inny będzie ogólny cel, w tamtych miejscach związany z poszukiwaniem śladów życia organicznego i ogólnym rozpoznaniem otoczenia. Ogromne wyzwanie to także samo dotarcie do takiego oceanu pod lodem na Europie (księżyc Jowisza) czy Enceladusie (księżyc Saturna). Skorupa lodowa tych księżyców może mieć 20 i więcej km grubości, trzeba będzie się przez nią przewiercić, zanim jakakolwiek misja pod wodą się rozpocznie.

Na Ziemi zdołaliśmy wwiercić się w lodzie na głębokość około 2,2 km (najgrubsza powłoka lodowa na Ziemi ma około 5 km). Najgłębszy odwiert w skale, w Rosji na półwyspie kolskim, ma 12,2 km. Poza tym średnica tego odwiertu jest stosunkowo niewielka w porównaniu z tym czego będzie oczekiwał prawdopodobnie próbnik NASA. Wiercenie w powierzchni innych ciał niebieskich to zawsze wiele niewiadomych, o czym przekonała się obsługa misji InSight. Wytyczne NASA, które posłużyły do zbudowania w polskim Centrum Badań Kosmicznych tak zwanego kreta, okazały się zbyt łagodne i marsjański odwiert się nie powiódł.

W najbliższej przyszłości szanse na najgłębsze odwierty w powierzchni Marsa ma europejski łazik Rosalind Franklin, który wyposażono w wiertło zdolne do zagłębienia się na około 2 metry w powierzchnię Czerwonej Planety. Tymczasem misja na lodowy księżyc Europa, jedno z miejsc, gdzie ocean pod lodem może istnieć, która miałaby wiązać się z odwiertami, jest na razie w fazie koncepcyjnej. I to nie będą kilometrowe odwierty, a tylko około 10 cm dziurki w lodzie, nieznacznie głębsze od najgłębszych odwiertów (7 cm) jakie dotychczas zdołał wykonać łazik Perseverance na Marsie.

Wspomniane wielokilometrowe odwierty w lodzie to na razie bardzo odległa wizja, wręcz fantazja, bo nawet trudno sobie wyobrazić wyzwania jakie stawia penetracja lodowej skorupy o grubości 20 km. To zarówno kwestia komunikacji jak i funkcjonowania urządzenia wiercącego, a nadto czasu trwania misji ze względu na silne promieniowanie ze strony Jowisza, które bardzo utrudnia realizacje projektów o stacjonarnym charakterze.

Badania pod lodem w ramach wspomnianego programu IceNode, a także takie projekty jak odwierty w lodzie z pomocą SLUSH (Search for Life Using Submersible Heated drill) czyli termomechanicznego wiertła, z pewnością przyniosą doświadczenie, które kiedyś przyda się na orbicie Jowisza.

Ważne odpowiedzi na temat budowy Europy, pomocne w planowaniu ewentualnych odwiertów, przyniesie sonda NASA Europa Clipper, której start zaplanowano na październik tego roku. Dotrze ona na Jowisza rok przed inną misją, europejską JUICE. Największą przeszkodą w realizacji planów eksploracji lodowych księżyców w Układzie Słonecznym są koszty (bez względu na to jaki kraj zdecyduje się wesprzeć taką wyprawę) i gorzej uzasadniony sens takich misji niż planów eksploracji Księżyca czy Marsa.

Źródło: NASA/JPL-Caltech, inf. własna