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美国国家航空航天局破冰训练队

本月晚些时候,美国国家航空航天局的IceBite团队将在南极洲的大学谷对蜜蜂机器人公司的旋转冲击钻机进行现场测试,该钻机将在地下冰层中钻一米深。

在过去的十年里,美国国家航空航天局的航天器在火星上确定了几个过去存在能够支持生命的条件的地点。

其中最有希望的地点之一,也是明确设计用于寻找生命迹象的后续任务的一个很好的候选者,是火星北极北部平原凤凰号着陆点的浅层地下。事实上,一些科学家认为,菲尼克斯登陆的地区今天可能仍然适合居住。

作为开发返回火星极北任务技术的早期步骤,美国国家航空航天局的IceBite团队成员将于本月前往南极干谷的大学谷进行探索。

《天体生物学杂志》将在他们在现场时关注他们的活动,定期发布IceBite团队成员Margarita Marinova的博客文章。《天体生物学》杂志网站的访问者可以通过点击“询问科学家”按钮向IceBite团队提问,该按钮将出现在我们的IceBite故事和博客条目中。

大学谷之所以令人感兴趣,是因为那里的温度永远不够高,地下的冰无法融化,所以上覆的土壤层全年保持干燥。这种干燥的冰上土壤排列在火星上很常见,但在地球上极为罕见,类似于凤凰号着陆点的近地表地层。

位于加利福尼亚州莫菲特菲尔德的美国国家航空航天局艾姆斯研究中心(ARC)的行星科学家、IceBite团队的首席研究员克里斯·麦凯说:“在北半球任何有永久冻土的地方,夏天都会潮湿泥泞。”“在南极洲,也只有在南极洲,我们发现了一种完全不同的现象,称为干燥的永久冻土,在这种现象中,我们发现冰胶结的地面,在上面我们发现了干燥、极度干燥的土壤,而整个系统永远不会变暖到使冰变成液体的程度。”

火星在地球上的演习

去年,IceBite团队在大学谷进行了侦察,并在那里设立了一系列气象站,以监测南极冬季的情况。今年,他们将返回测试破冰器,这是一种由总部位于加利福尼亚州帕萨迪纳的蜜蜂机器人公司设计和制造的钻机。破冰者可以在冰和冻土中挖掘一米(3英尺),并将样本输送到地表进行科学分析。

破冰器是一种旋转冲击钻机:它既旋转又锤击目标。蜜蜂钻探和挖掘项目主任Kris Zacny表示,通过将冲击与旋转运动相结合,“你可以获得高效的钻探系统”。

旋转冲击钻机并不罕见;你可以在家得宝买到现成的。但IceBite已经针对火星上寒冷、接近真空的条件进行了优化。例如,虽然大多数钻头都经过润滑,以防止其内部零件相互粘连,但由于火星太冷,IceBite的内部零件反而涂上了类似聚四氟乙烯的防粘表面。

IceBite团队将进行三个系列的测试。第一个将在麦克默多站,这是一个位于南极洲的研究中心,可以随时获得工具、备件、电力和互联网。希望通过互联网连接,加利福尼亚州普莱森顿的一群五年级学生能够通过远程控制进行演习。

麦凯说:“然后我们要把它捡起来,放在卡车后面,开到麦克默多附近的一个偏远地点,一个未经改变的地点,在麦克默多的岩石中钻孔,这可能是一个比火星更好的月球模拟物。”最后的测试将在更偏远的大学谷进行,只有直升机才能到达。

冷场试验

IceBite已经在蜜蜂的火星模拟舱中成功测试,在那里可以调整温度和大气条件,使其接近火星上的温度和大气状况。但即将在南极进行的测试将是该演习首次受到野外作业的不确定性的影响。

Zacny和他的同事将在这些测试中密切监测钻头的温度。钻头中的温度传感器和控制软件有望保证在钻井操作过程中钻头不会过热。如果真的融化了,地下的冰就会融化,如果在钻头出洞之前重新结冰,钻头就会卡住。扎尼说,如果这种情况发生在火星上,“你就完了。你永远无法把钻头从洞里拔出来。”

他们还将研究该钻机在将有用样本输送到地表进行科学分析方面的有效性。Zacny说,在实验室里,“我们准备了自己的模拟物,所以我们有点了解可能出了什么问题。然而,在野外,“你不知道地表下是什么”,直到你钻孔,看到样本的岩屑被输送到地表。”

Zacny希望更多地了解干燥的永久冻土样本在钻探过程中的表现,“当你最终将其拉出地表时,它的表现,将其转移到仪器上的最佳方式是什么。当样本到达地表时,会发生什么,来自不同深度的样本之间有多少混合。”

绘制南极冰层

除了测试破冰者,IceBite团队还计划绘制大学谷和附近其他山谷地下冰层的深度图。

ARC的研究科学家玛格丽塔·马里诺娃(Margarita Marinova)说:“现在出现了一个问题,即是什么决定了深度。因此,我的很多时间都将花在实际穿越山谷、挖坑或戳洞上,并试图弄清楚地面冰的深度。”

另一位团队成员安德鲁·杰克逊是德克萨斯州拉伯克市德克萨斯理工大学土木与环境工程系的副教授,他将研究高氯酸盐。

历史上,杰克逊的研究重点一直是陆地高氯酸盐,特别是它对地球臭氧层的影响。在地球上,高氯酸盐主要存在于非常干燥的地方,如智利的阿塔卡马沙漠。众所周知,它存在于南极干谷,但还没有人研究过它在那里的存在。

除了揭示地球的气候外,在凤凰号着陆点的土壤中发现的高氯酸盐对了解火星上存在生命的可能性也很重要。高氯酸盐具有很强的防冻作用,可以降低水的冰点。

杰克逊说:“大多数盐都能做到这一点,但高氯酸盐尤其擅长。”“如果我们能在南极洲看到这一点,如果我们能证明这种高氯酸盐确实在起作用。”

杰克逊补充道,“这对火星来说真的很重要”,那里的温度很少超过冰点。

此外,许多陆地微生物可以“呼吸”高氯酸盐来代替氧气。如果在南极洲地下冰中的微小液态水中发现了呼吸高氯酸盐的微生物,那么也许火星北部冰冻平原的地下冰也可以被认为是当今生命的可行栖息地。

IceBite项目由美国国家航空航天局的ASTEP(探索行星的天体生物学科学和技术)项目资助。

这个故事是与美国国家航空航天局天体生物学项目赞助的网络出版物《天体生物学杂志》合作发表的。


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