一種新的激光概念可能會徹底改變我們探索太陽系冰凍世界的方式。
當科學家夢想探索時 隱藏的海洋 在像木星一樣的月球冰殼下面 歐洲 或土星的 土衛二 – 或其他冰冷地區,例如月球上永久堵塞的隕石坑或火星兩極附近的冰冷土壤 – 一個主要問題阻礙了:鑽穿冰層。
傳統的鑽頭和熔體探針笨重、複雜,並且消耗大量能源。現在,德國德累斯頓工業大學航空航天工程研究所的研究人員開發出了一種有前途的新解決方案。這就是激光冰鑽,可以穿透又深又窄的通道。 冰 同時保持較低的質量和能量需求。
該研究的主要作者 Martin Koßagk 在一封電子郵件中告訴 Space.com:“我們發明了一種激光鑽,可以在不增加設備質量的情況下,以深、窄、節能的方式進入冰層。這是機械鑽和熔化探針無法做到的。”
當鑽桿向下延伸時,機械鑽機隨著深度的增加而變得更重。而且熔化探頭需要很長的電纜並且消耗大量的電力。激光鑽孔通過將整個工具保持在表面來克服這兩個問題。這項技術將集中光束髮送到冰中。並使其蒸發而不是熔化。這是一個稱為 昇華–
產生的蒸汽通過一個窄孔向上逸出。足夠寬以容納氣體和灰塵樣品基於表面的儀器可以分析這些樣品的化學成分和密度。它們提供了有關正在探索的宇宙中物體的熱特性和形成歷史的寶貴線索。
雖然激光不是最節能的工具,但光束會蒸發並變成冰的針孔。這意味著電鑽使用的總能量比電加熱器少得多。在佈滿灰塵的地板上,它的工作速度也更快。這減慢了傳統探針的熔化速度。這樣可以在不增加質量或能量的情況下進行更深的鑽孔。
因此,基於激光的工具“它使得探索月球冰冷的地下更加現實。這可以對冰成分和密度進行高分辨率分析。改進木衛二和土衛二等物體的傳熱和海洋深度模型。並支持地殼形成的研究,”Koßagk說。 “在 月亮 或者 火星激光鑽孔還可以分離地下物質,例如火山口或冰凍土壤中的灰塵。它在地表層之外創造了一種新的地質構造。 ”
該團隊的激光鑽孔概念的運行功率約為 150 瓦 (W),預計質量約為 9 磅(4 公斤),無論深度如何,該質量都保持恆定。然而,Koßagk 指出,無論是 33 英尺(10 米)還是 6 英里(10 公里),用於氣體分析的質譜儀以及用於分離和分析灰塵的儀器都會增加能量和質量需求。
早期測試顯示出良好的跡象。在實驗室實驗期間,原型機在真空和冷凍條件下鑽穿了大約 8 英寸(20 厘米)長的冰樣本。以及在阿爾卑斯山和更深處進行的現場測試 北極到達雪地深度超過一米。在激光功率為 20 瓦的測試中,該系統的鑽孔速度接近每小時 1 米,在鬆散或塵土飛揚的冰中則達到每小時 3 米。
激光概念沒有任何限制。在不含冰的岩石或塵埃層中,它可以蒸發。鑽孔過程將停止。在這種情況下,必須從地面鑽出一個新的鑽孔,越過障礙物。
“因此,將激光鑽孔與其他測量儀器結合使用非常重要,”Koßagk 告訴 Space.com。 “雷達儀器可以探測冰層並發現更大的障礙物。激光鑽可以穿透這些障礙物。”
充滿水的縫隙也是一個挑戰。鑽孔時 激光鑽必須將流入的水抽出,然後才能鑽得更深。然而,更深入地鑽探這些區域可以幫助確定過去或現在棲息地的化學成分。 微生物生命– 如果您曾感染過細菌 從激光鑽孔採集的樣本中可能會檢測到細菌的殘留物。
為了使這種類型的激光鑽孔成為可能,下一步是最小化系統。開髮灰塵分離裝置並完成空間特性測試。有一天,一種緊湊型有效載荷版本可以坐在著陸點上。 冰月科薩格克說,它使科學家們更接近破譯外星地表下冰凍的秘密。
與此同時,它又回來了。 單詞相同的工具可以幫助進行預測。 雪崩– 與奧地利林業研究中心以及阿爾卑斯山和北極自然災害部合作進行的現場測試表明,激光鑽機無需挖洞即可測量積雪密度。科薩格克說,當安裝在無人機上時,它可以從人類無法安全通行的危險斜坡收集數據。
無論是在地球還是在太空 目標都是一樣的。這就是觀察表面之下並了解隱藏在冰層中的東西。
該團隊的初步發現是: 發佈於 9 月 8 日 在《宇航學報》雜誌上










