Тайны подземных океанов: как ученые собираются бурить льды ледяных планет

Ученые уже давно мечтают об исследовании подземных океанов, скрывающихся под льдами Европы, Энцелада и других леденистых регионов, вроде перманентно темных лунных кратеров или марсианских полюсов. Но есть одна проблема — для этого нужно пробурить во льдах скважины. Портал space.com рассказал об изобретении, которое поможет это сделать.

Традиционные дрели и плавящие зонды — тяжелые, комплексные машины, потребляющие огромные объемы энергии. Но сотрудники Дрезденского технического университета разработали потенциальное решение: лазерную дрель для льда, которая способа бурить глубокие каналы при низкой массе и энергопотреблении.

Дело в том, что механические дрели становятся тяжелее с глубиной скважины, поскольку они выдвигают стержни ниже, а плавящие зонды опираются на длинные, прожорливые кабели. Лазерная дрель избегает обеих проблем благодаря тому, что все инструменты будут находиться на поверхности. Технология использует концентрированный луч, который не растапливает, а испаряет лед — ученые называют этот феномен сублимацией.

Получившийся пар выходит на поверхность через скважину, которая достаточно широка для сбора образцов газа и пыли. Инструменты на поверхности, в свою очередь, могут тут же проанализировать химический состав и плотность этих образцов, что способно предоставить ценную информацию о термических свойствах и истории формирования объекта.

Хотя лазеры нельзя назвать самыми энергосберегающими инструментами, ширина скважины едва ли превышает толщину булавки — дрель потребляет даже меньше энергии, чем домашние обогреватели. Она также быстрее работает в насыщенных пылью слоях, замедляющих обычные плавящие зонды, что позволяет ей бурить более глубокие каналы, не добавляя дополнительные расходы.

По мнению немецких специалистов, инструмент на базе лазера сделает исследование недр ледяных спутников более реалистичным. Их устройство должно работать на мощности примерно 150 Вт при спроецированной массе в 4 кг, которая сохраняется вне зависимости от глубины — хоть на 10 м, хоть на 10 км. Правда, ученые также уточнили, что масс-спектрометр для анализа газа и инструменты для отделения пыли увеличат требования дрели.

Первые тесты показали, что у аппарата есть перспективы. Прототип пробурил скважины в образцах льда толщиной примерно 20 см в вакууме при криогенных условиях. А на полевых испытаниях в Альпах и Арктике он достиг глубины до 1 метра под снегом.

При этом у инструментов на основе лазера есть свои ограничения. Так, в каменной породе или слоях пыли, где нет льда, процесс бурения просто остановится — придется делать новую скважину на поверхности, чтобы обойти препятствие. Разломы, заполненные водой, тоже могут стать проблемой: инструменту придется откачивать воду, прежде чем бурить глубже. В то же время, подобные регионы могут стать полезными для науки, поскольку они способны помочь в изучении микробной жизни.

Теперь ученые собираются миниатюризировать систему, разработать модуль для отделения пыли и завершить тесты для космической квалификации. В будущем компактная версия лазерной дрели вполне может попасть на один из ледяных спутников, чтобы пролить свет на тайны, лежащие под толщей инопланетного льда.