مته لیزری انقلابی می‌تواند اقیانوس پنهان اروپا را آشکار کند
یک مته لیزری پیشگام آلمانی به زودی می‌تواند پوسته یخی قمرهایی مانند اروپا را بشکافد و اقیانوس‌های پنهانی را آشکار کند که شاید اسرار حیات فرازمینی را در خود جای داده باشند.
تیمی از مهندسان در آلمان یک مته مبتنی بر لیزر ساخته‌اند که می‌تواند شیوه اکتشاف جهان‌های یخی منظومه شمسی را دگرگون کند. این نوآوری به جای سیستم‌های مکانیکی سنگین یا کاوشگرهای ذوب‌کننده که انرژی زیادی مصرف می‌کنند، از نوری دقیق برای نفوذ به پوسته‌های یخ‌زده استفاده می‌کند. این فناوری ممکن است به زودی به دانشمندان کمک کند تا به اقیانوس‌های پنهان در زیر سطح اروپا، انسلادوس و حتی دهانه‌های یخی ماه و مریخ دست یابند.
روشن کردن راهی در زیر یخ‌های بیگانه
ده‌ها سال است که دانشمندان علوم فضایی رویای رسیدن به اقیانوس‌های عظیمی را در سر می‌پرورانند که زیر پوسته‌های یخی قمرهایی مانند اروپا (قمر مشتری) یا انسلادوس (قمر زحل) پنهان شده‌اند. این منابع آبی اسرارآمیز ممکن است کلید کشف حیات فرازمینی باشند. با این حال، چالش عملی حفاری در ضخامت چندین کیلومتری یخ، همواره مانعی بزرگ بوده است. اکنون، مطالعه‌ای جدید که در ژورنال Acta Astronautica منتشر شده، از یک مته لیزری هوشمندانه رونمایی می‌کند که می‌تواند چنین اکتشافی را ممکن سازد.
این دستگاه که در موسسه مهندسی هوافضا در دانشگاه فنی درسدن توسعه یافته، به جای ذوب کردن یا برش مکانیکی، یخ را با استفاده از یک پرتو لیزر متمرکز بخار می‌کند. این فرآیند که با نام تصعید شناخته می‌شود، یخ جامد را مستقیماً به بخار تبدیل می‌کند. این تکنیک نیاز به کابل‌های طولانی و پرمصرف یا میله‌های حفاری سنگین را از بین می‌برد.
مارتین کوساگ، نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح می‌دهد: «ما یک مته لیزری ساخته‌ایم که دسترسی عمیق، باریک و بهینه از نظر انرژی را به یخ فراهم می‌کند، بدون آنکه جرم ابزار را افزایش دهد؛ این چیزی است که مته‌های مکانیکی و کاوشگرهای ذوب‌کننده از انجام آن عاجزند.»
برخلاف سیستم‌های سنتی که با افزایش عمق حجیم‌تر می‌شوند، طراحی تیم درسدن تمام اجزا را در سطح نگه می‌دارد. یخ بخار شده از طریق یک گمانه باریک خارج می‌شود و نمونه‌های غبار و گاز را با خود حمل می‌کند که می‌توان آن‌ها را برای بررسی ترکیب شیمیایی، چگالی و حتی نشانه‌های زیستی بالقوه تحلیل کرد. این فناوری نه تنها مصرف انرژی را کاهش می‌دهد، بلکه اکتشافات زیرسطحی را برای فضاپیماهای کوچک که توانایی حمل بارهای سنگین را ندارند، ممکن می‌سازد.
چالش‌های پنهان در زیر سطح
اگرچه این مته لیزری امیدوارکننده است، اما با موانع خاص خود نیز روبروست. در زیر لایه‌های غبار یا سنگ، جایی که یخی برای تبخیر وجود ندارد، پرتو لیزر نمی‌تواند پیشروی کند. این وقفه‌ها برنامه‌ریزان مأموریت را مجبور می‌کند تا موقعیت مته را تغییر داده و کار را از نو آغاز کنند. به همین دلیل کوساگ و همکارانش بر اهمیت یکپارچه‌سازی ابزارهای مکمل تأکید دارند.
کوساگ به Space.com گفت: «بنابراین، مهم است که مته لیزری در ترکیب با سایر ابزارهای اندازه‌گیری به کار گرفته شود. ابزارهای راداری می‌توانند درون یخ را مشاهده کرده و موانع بزرگ‌تر را شناسایی کنند تا مته لیزری بتواند با عبور از کنار آن‌ها به حفاری ادامه دهد.»
چنین هماهنگی‌ای به مهندسان مأموریت اجازه می‌دهد تا ساختار زیرسطحی یک جهان یخی را پیش از حفاری نقشه برداری کنند و اطمینان حاصل کنند که امیدوارکننده‌ترین و در دسترس‌ترین مکان‌ها هدف قرار می‌گیرند. این تیم همچنین قصد دارد یک واحد جداسازی غبار توسعه داده و سیستم را برای آزمون‌های صلاحیت فضایی آینده کوچک‌سازی کند. نمونه اولیه این دستگاه کارایی خود را در آزمایش‌های میدانی در آلپ و قطب شمال نشان داده و با سرعتی چشمگیر و مصرف انرژی حداقلی، از لایه‌های برف و یخ عبور کرده است.
فراتر از اکتشافات فضایی، از همین فناوری می‌توان در زمین برای پیش‌بینی بهمن و مطالعات چگالی برف استفاده کرد. این مته سبک‌وزن در صورت نصب روی یک پهپاد، می‌تواند بدون به خطر انداختن جان انسان‌ها، با ایمنی کامل از دامنه‌های خطرناک داده جمع‌آوری کند.
آینده در زیر یخ‌ها نهفته است
چشم‌انداز کاوش در زیر پوسته‌های یخ‌زده جهان‌های دیگر، دهه‌هاست که دانشمندان را مجذوب خود کرده است. با این مته لیزری، این رویا به واقعیت نزدیک‌تر می‌شود. در قمرهایی مانند اروپا، جایی که یک اقیانوس آب شور عظیم در زیر پوسته‌ای یخی به ضخامت ده‌ها کیلومتر پنهان شده است، چنین فناوری‌ای می‌تواند نخستین نگاه مستقیم بشر به یک دریای فرازمینی را فراهم کند. این محیط‌ها که توسط نیروهای کشندی سیاره مادر خود گرم نگه داشته می‌شوند، از امیدوارکننده‌ترین مکان‌ها در منظومه شمسی برای جستجوی نشانه‌های حیات هستند. تا به امروز، دسترسی به آن‌ها فراتر از توانایی سیستم‌های حفاری متداول بوده است.
رویکرد مبتنی بر لیزر این معادله را کاملاً تغییر می‌دهد. این مته با بخار کردن یخ به جای ذوب کردن آن، ضمن حفظ دقت، مصرف انرژی را به حداقل می‌رساند و از مشکلاتی مانند انجماد مجدد آب یا گیر کردن‌های مکانیکی جلوگیری می‌کند. دانشمندان در نظر دارند این دستگاه را با طیف‌سنج‌های جرمی و ابزارهای تحلیل غبار ترکیب کنند تا گازها و ذرات آزاد شده حین حفاری را مطالعه کنند. چنین تحلیل‌هایی می‌تواند ترکیب شیمیایی لایه‌های زیرسطحی را آشکار کند؛ مواردی مانند نمک‌ها، ترکیبات آلی یا نسبت‌های ایزوتوپی که به فرآیندهای گرمابی یا فعالیت بیولوژیکی اشاره دارند. در این اندازه‌گیری‌ها، حتی کوچک‌ترین انحراف نیز می‌تواند نشانه‌ای از یک محیط قابل سکونت در گذشته یا حال باشد.