Nowe zagrożenie w kosmosie. Dziwny lód sabotuje misjom
Lód w kształcie rogalika to nowe zmartwienie agencji kosmicznych. Może stanowić ogromne niebezpieczeństwo dla przyszłych lądowników.
Europa i Enceladus uchodzą za jedne z najciekawszych miejsc w Układzie Słonecznym, bo pod ich lodową skorupą mogą kryć się oceany ciekłej wody. Nowe badanie pokazuje jednak, że przyszłe lądowanie na takich światach może być trudniejsze, niż do ter pory zakładano. W miejscach, gdzie woda lub lotne substancje wydostają się na powierzchnię i zamarzają w próżni, może tworzyć się kruchy, porowaty lód przypominający warstwową pułapkę.
Lądowanie może być znacznie trudniejsze, niż sam lot
O misjach na Europę i Enceladusa zazwyczaj mówi się tonem wielkich nadziei. Pod lodową skorupą może kryć się ocean, w którym zachodzą fascynujące procesy chemiczne, a tam, gdzie występuje woda, źródło energii i odpowiednie pierwiastki, nieuchronnie pojawia się pytanie o możliwość istnienia życia. Problem jednak w tym, że zanim jakikolwiek instrument naukowy zacznie analizować próbki, lądownik musi najpierw bezpiecznie osiąść na powierzchni.
Najnowsze scenariusze wskazują, że ten etap wcale nie musi być tak oczywisty i prosty. Jeśli znaczna część powierzchni lodowych księżyców formowana jest przez materiał wyrzucany w wyniku kriowulkanizmu (zjawiska polegającego na gwałtownej emisji wody, pary, lodu i innych substancji lotnych), to proces jego zamarzania może tworzyć strukturę zdecydowanie mniej stabilną niż zwarta, twarda lodowa płyta.
Nowe badacze szczególnie ostrzegają przed lodem wysoce porowatym, ułożonym warstwowo i skrajnie kruchym. To, co z perspektywy orbity wygląda jak stabilny grunt, to w rzeczywistości może przypominać delikatną, mocno napowietrzoną strukturę, a nie jednolity blok. Dla lądowników to wręcz fatalna wiadomość – nogi, kotwy i podpory, zaprojektowane z myślą o twardym podłożu, mogłyby z łatwością przebić się przez tę zdradliwą warstwę, co grozi całkowitą utratą stabilności maszyny.
Skąd bierze się ten dziwny lód?
Najważniejszy jest tu proces zamarzania przy bardzo niskim ciśnieniu. Na Ziemi w typowych warunkach woda spokojnie przechodzi w lód, a ciśnienie atmosferyczne ogranicza gwałtowne parowanie. Na powierzchni małych lodowych księżyców sytuacja jest zupełnie inna. Ciśnienie jest ekstremalnie niskie, grawitacja słaba, a woda wystawiona na takie warunki jednocześnie wrze, paruje i zamarza.
W ramach przeprowadzonego eksperymentu przygotowano blisko 49 kg wody o niskim stopniu zasolenia, którą następnie umieszczono w potężnej komorze próżniowej. W kolejnym kroku drastycznie obniżono ciśnienie oraz temperaturę, aby jak najwierniej odtworzyć ekstremalne warunki panujące na lodowych księżycach zewnętrznych rubieży Układu Słonecznego. Była to zatem zakrojona na wielką skalę próba zbadania tego zjawiska w formacie pozwalającym na rzetelną i bezpośrednią obserwację procesów formowania się poszczególnych warstw lodu.
Efekt był zaskakujący. Zanim cokolwiek zdążyło porządnie zamarznąć, woda najpierw gwałtownie parowała i wrzała – uciekająca para wypychała ku górze świeżo formujące się skorupy lodu, rozsadzając je w cienkie, kruche płaty. Potem wszystko zaczynało się uspokajać. Kieszenie pary również zamarzały, a pod spodem narastała już inna warstwa – spokojniejsza, przejrzystsza, prawie pozbawiona pęcherzyków. W przekroju całość przypominała kruche, lodowe ciastko: pełne pustek, nawarstwień i misternych struktur, jakby ktoś zatrzymał w tafli lodu burzę w momencie jej największego chaosu.
To nie zwykły lód. To krucha pułapka dla lądowników
Naukowcy nazwali to zjawisko fluffy ice, czyli dosłownie puszysty lód. Od razu jednak trzeba tu ostrzec przed mylnym tropem – nie ma tu nic z miękkiego, sypkiego śniegu. Chodzi raczej o coś w rodzaju lodowej, warstwowej gąbki: pełnej dziur, kruchych przegródek i pustek poukładanych jedna nad drugą.
Pamiętajmy, że dla inżynierów kluczowa jest nie tylko przyczepność czy równość terenu. Prawdziwym wyzwaniem okazuje się nośność – zdolność podłoża do utrzymania ciężaru lądownika bez niekontrolowanego osiadania. Materiał przypominający gąbczasty, kruchy placek z pustkami i cienkimi przegrodami potrafi zachowywać się zwodniczo stabilnie... aż do momentu, gdy nagle ustępuje pod naciskiem.
Według badaczy podobne warstwy na Europie mogłyby mieć rząd wielkości ok. 20 cm, natomiast na mniejszych ciałach, takich jak Enceladus, mogą osiągać znacznie większe grubości, nawet wiele metrów. Powodem jest słabsza grawitacja, która pozwala parze i lodowi budować bardziej rozbudowane, porowate struktury.
Europa i Enceladus są zbyt cenne, żeby lądować na ślepo
Europa (księżyc Jowisza) i Enceladus (księżyc Saturna) od lat są jednymi z najważniejszych celów astrobiologii. Europa ma pod lodem przepastny ocean, który może zawierać więcej wody, niż ziemskie oceany razem wzięte. Enceladus wyrzuca z kolei w kosmos pióropusze pary wodnej i cząstek lodu z rejonu południowego bieguna, co dało sondzie Cassini możliwość bezpośredniego posmakowania materiału pochodzącego z wnętrza księżyca.
To właśnie aktywność geologiczna sprawia, że te księżyce są tak bardzo atrakcyjne badawczo. Wynoszenie na powierzchnię materiału z podpowierzchniowego oceanu lub głębokich warstw lodu oznacza, że lądownik mógłby analizować niedostępne inaczej próbki bez konieczności wykonywania wielokilometrowych odwiertów. Problem w tym, że ten sam mechanizm może kształtować podłoże o skrajnie niskiej nośności i kruchej strukturze. W efekcie lokalizacje najbardziej obiecujące naukowo pokrywają się z tymi, które stwarzają największe zagrożenie podczas lądowania.
Przeczytaj także:
Eksploracja kosmosu od zawsze mierzy się z tą samą prawidłowością: największa wartość naukowa rzadko idzie w parze z łatwością dotarcia. Lodowe księżyce postawią przed inżynierami konieczność zbalansowania atrakcyjności badawczej z mechaniką kontaktu z niestabilnym gruntem. Sam wybór miejsca lądowania może okazać się jedną z najtrudniejszych decyzji całej misji.
