¿Cómo explorar los océanos subterráneos (económicamente)?

Hay docenas de propuestas especulativas para explorar Europa , Encelado y posiblemente otros cuerpos del Sistema Solar (¡incluidos Sedna y otros transneptunianos!) Que pueden estar dotados de agua líquida debajo de una capa de hielo (debido al calentamiento de las mareas o la descomposición radiactiva). Uno de ellos (IIRC) estaba enviando robots reptantes para explotar las grietas (posiblemente inexistentes) en el hielo. Otro conjunto de propuestas de aspecto bastante fantástico gira en torno a la exploración y perforación tripuladas. También hay ideas de criobots que derriten el hielo flotando.

Estoy interesado en formas más baratas y preferiblemente confiables de obtener conocimiento sobre las propiedades de estos océanos hasta pruebas de presencia de vida in situ , sin retorno de muestra.

  • ¿Cuál es el límite de datos que se pueden obtener de las misiones orbitales? (indique los instrumentos teóricos o existentes y las órbitas requeridas, incluidas quizás formaciones de múltiples satélites )

  • ¿Cómo podemos obtener datos del interior de los océanos? (¿Se pueden usar, por ejemplo, penetradores - cf. LCROSS ?)

Referencias:

Preguntas relacionadas:

Actualmente, el final de la Guerra Fría detuvo la producción a granel de combustible nuclear y es un obstáculo importante en todas las misiones espaciales. De lo contrario, el criobot de propulsión nuclear sería la respuesta simple.
@SF. - Esto no es exactamente correcto, me temo. Solo se ha recortado la producción de plutonio (especialmente Pu-238 para RTG). El uranio todavía se está produciendo.
Un método propuesto para hacer un agujero en el hielo es impactar primero algo (masivo) en la superficie para romperlo. Esto podría ser útil ya que por lo que escuché, el hielo de agua de Europa (por ejemplo) es tan frío que es tan duro como el acero.
@DeerHunter: la NASA usa Pu-238 para sus baterías atómicas. No he oído hablar de las baterías atómicas a base de uranio y no creo que traer un reactor nuclear de reacción en cadena sostenida allí sea prudente o razonablemente barato.
@SF. - Batería atómica = RTG. A base de uranio -> reactor nuclear. Para atravesar hielo espeso, el calor de los RTG es insuficiente. En cuanto a la sabiduría (NIMBY), nada (hasta ahora) puede rivalizar con los reactores nucleares en densidad de energía por unidad de masa.
@DeerHunter: ¿Le importa corroborar la afirmación de que los RTG son insuficientes para atravesar el hielo? En cuanto a la densidad de energía por unidad de masa, las bombas termonucleares dejan muy atrás a los reactores nucleares, perforarían fácilmente ese hielo y dejarían un cráter de millas de ancho con acceso al océano abierto para que la sonda se hundiera. ¿Consideras esta solución sabia también?
@SF. - Pensé en incluir bombas en la lista de posibles medidas... si no fuera por el Tratado del Espacio Exterior y la posibilidad de Broken Arrow en el lanzamiento.
@DeerHunter La forma en que leí la entrada de Wiki (que está de acuerdo con mi comprensión anterior del tratado), es que si una carga nuclear no está destinada a ser un arma , está bien. Por supuesto, IANAL, y cómo la gente con influencia lo interprete podría ser muy diferente.
@AndrewThompson: considerando que tanto los EE. UU. como la URSS planearon arrojar armas nucleares contra la Luna, pero cedieron una vez que el tratado entró en vigor, no tenemos muchas opciones aquí. Creo que es seguro asumir que bombardear Europa no estará en el menú en el corto plazo. Si hay algo biogénico en el océano de Europa, la destrucción nuclear sería una decisión éticamente desastrosa. La humanidad no debería vivir con eso .
@DeerHunter "considerando que tanto los EE. UU. como la URSS planearon arrojar armas nucleares contra la Luna, pero cedieron una vez que el tratado entró en vigor" Gracias por el aviso. Eso prueba que me equivoco. :(
Hay una buena discusión en esta pregunta: space.stackexchange.com/questions/331/… . Tal vez lo suficiente para responder a sus preguntas sobre cómo explorar y devolver datos.
@DeerHunter Mucha gente no ve un dilema ético con los microbios, los camarones en salmuera, los peces o los cachorros. ¿Quiso decir éticamente desastroso debido a a) la pérdida potencial para la ciencia, b) el potencial de destruir inadvertidamente la vida consciente , o c) porque cree que cualquier bombardeo de vida (como las pruebas del subsuelo en la Tierra, la destrucción de criaturas no humanas) es éticamente problemático? Pregunta real, solo trato de aclarar, no juzgar de ninguna manera.
@ hunter2: la vida sensible es la principal preocupación. La preocupación secundaria es la probable pérdida de material científicamente importante si hay efectos secundarios.
ESTÁ BIEN. FWIW, creo que muy pocas personas conocedoras creen que existe una probabilidad realista de vida consciente allí abajo. Además, aunque los efectos locales serían... significativos, una bomba nuclear no produciría alteraciones globales ni afectaría a una sonda destinada al fondo. Entonces, (algunos) científicos 'serios' probablemente estarían de acuerdo con la idea. No estoy seguro de cómo haces para confirmar con certeza que no hay vida consciente allí abajo. (O en cualquier otro lugar).
@ hunter2: aparte de cualquier ética, estamos legalmente obligados a no enviar armas nucleares al espacio exterior. De acuerdo con su evaluación de los efectos y las probabilidades, pero las preocupaciones legales superan la utilidad de las "explosiones nucleares pacíficas" en Europa.
Sí, estoy de acuerdo. Por ahora al menos. Salirse por la tangente: las preocupaciones legales/tratados de armas también limitan nuestras habilidades de otras maneras (por ejemplo, colocar una "escoba láser" para lidiar con la basura espacial). Por ahora ...

Respuestas (2)

La mejor manera de explorar los océanos subterráneos de Europa es ver lo que sale de las fumarolas . Básicamente, a lo largo de cada grieta habrá una pequeña cantidad de agua de mar. Toma una muestra y podrías descubrir mucho sobre lo que hay debajo del océano. Uno simplemente tiene que aterrizar en una grieta reciente, y debería poder encontrar algo.

En realidad, entrar al hielo es mucho más problemático. Hay dos desafíos principales asociados con esto. El primero es simplemente llegar debajo de la capa del océano para empezar. El segundo es cómo comunicarse con la sonda después de haber profundizado. Ambos son problemáticos.

Comencemos con el primero, metiéndose debajo del océano. La forma más fácil sería encontrar una grieta que se esté formando y abrirse paso hasta ella. En realidad, esto es bastante difícil de hacer en la práctica, principalmente porque debe saber dónde se formará la grieta antes de aterrizar, y estas grietas cambian de ubicación cada 3 días más o menos . Y son bastante pequeños, en su mayor parte, es posible que tenga dificultades para colocar una sonda en uno. Además, hacen que la comunicación sea más peligrosa, como verá más adelante.

La segunda forma es tomar una fuente de calor portátil y derretir el hielo. Básicamente, este sería un uso novedoso para una especie de RTG, el calor radiactivo podría derretir un agujero. Esto podría tomar mucho tiempo, pero eventualmente funcionaría.

Por último, se podría perforar un agujero. El factor más desafiante con esto es el hecho de que incluso las mejores brocas deben cambiarse regularmente para las operaciones mineras. Digamos que podría obtener 300 horas de una broca, a una velocidad de 3 m/hora, deja solo alrededor de un kilómetro antes de que sea necesario reemplazar la broca, y eso es probablemente optimista. ¿Quién está ahí para reemplazar el bit?

De acuerdo, suponiendo que puedas atravesar la superficie, ¿qué haces allí? Básicamente, esto está en el mismo ámbito que los submarinos, excepto a través del hielo y del agua. Hay un artículo completo de Wikipedia sobre comunicaciones submarinas. El método podría incluir boyas a la superficie, tender un cable largo, ondas de sonido u ondas de muy baja frecuencia. El cable o la acústica son las mejores ideas, idealmente debería haber una combinación de ambos, para dar cierta redundancia en caso de que algo falle. Mantener el cable intacto sería difícil debido al hielo en movimiento, y la acústica probablemente también estaría un poco mal, pero se podría hacer.

La conclusión es que la única forma económica de estudiar los océanos de Europa es ver qué hay en la superficie, junto con tecnologías como RADAR para ver qué hay debajo. Realmente explorarlo sería asombroso, pero increíblemente difícil y costoso. Sin embargo, algún día llegaremos allí.

¿Los RTG emiten suficiente calor para incluso combatir relativamente la atmósfera helada de Titán? ¿Cuánto calor emiten realmente?
De hecho, liberan una gran cantidad de calor. Un RTG funcionaría incluso mejor en la atmósfera de Titán, ya que el aire no conduce tanto calor como los líquidos. Escuché algo en el vecindario de miles de vatios de calor.
Guau, eso es fascinante, ¿tiene buenos vínculos con la composición de la atmósfera de Titán, obtenidos por Huygens?
Un científico de Casinni me acaba de mencionar que podrías usar un RTG en Titán para hacer un globo aerostático.

Tendré que revisar la encuesta decadal y los procedimientos de LPI varias veces, así que decidí que de todos modos tenía que hacer de esta respuesta una wiki comunitaria. Tan pronto como haya una respuesta decente de alguien más, la aceptaré.

Tres modos básicos de misión:

  • metiéndose dentro del océano
  • llegar a la superficie
  • investigando desde la órbita baja

El objetivo principal: determinar la habitabilidad del océano subterráneo (si existe).

Lo que se puede hacer desde la órbita baja:

  • mapeo de la gravedad (sí, eso es lo que se entiende por misiones de vuelo en formación de naves gemelas tipo GRAIL)
  • haciendo altimetría láser de grano fino
  • mapeo de volátiles que escapan del cuerpo
  • empleando GPR (radar de penetración terrestre)
  • caracterización del campo magnético
  • estudiando el plasma alrededor del cuerpo ( sonda de Langmuir )
  • realizar imágenes estéreo dinámicas multiespectrales detalladas para mapear y monitorear la superficie (apuesto a que todos han visto esas dunas moverse en las imágenes de HiRISE , así que saben de lo que estoy hablando)

Lo que no se puede hacer desde la órbita baja:

  • Análisis químico in situ
  • ...

Meterse bajo el océano:

  • Derretir el hielo con el calor de un reactor nuclear
  • Perforando el hielo (la idea de perforar 100 km en hielo grueso es poco atractiva)
  • Estrellar penetradores artificiales en el hielo (no funcionará para capas gruesas presumiblemente presentes en Europa)
  • Estrellar un asteroide cautivo contra el escudo de hielo (no es barato ni rápido en absoluto, y puede que no funcione para hielo grueso)

Recursos:

Módulo de aterrizaje Europa: dibujo preliminar a mediados de 2013

(continuará)

Por favor, siéntase libre de editar la respuesta si lo desea.

El hielo podría no ser tan grueso. No hay cita a mano, pero he visto estimaciones de que en lugares podría haber 'solo' 10 km o menos. Si es mucho menos (unos pocos kilómetros), lo hemos hecho en la Tierra. // Creo que en realidad es mucho más seguro decir que un asteroide funcionaría (si pudiéramos hacer eso) - puede haber regiones donde el hielo es demasiado grueso, pero hay formaciones de impacto (lenticulares) que casi con certeza son 'puñetazos' a través'.
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