Почему Nasa исследует глубины океанов на Земле

Земля

Может ли наше понимание океанских глубин помочь раскрыть тайны космического пространства? Космическая миссия Nasa ведет нас к неизведанным глубинам нашей планеты.

Наши океаны покрывают более 70% поверхности Земли, но более 80% из них остаются неизученными. В самом деле, часто утверждается, что мы знаем больше о поверхности Марса и Луны, чем о глубинах океана на нашей планете.

Nasa стремится изменить эту ситуацию. Американское космическое агентство исследует океанские глубины в поисках подсказок о том, как могут выглядеть океаны на других планетах, и расширяет границы науки и техники в одной из самых экстремальных условий на нашей планете. Эта задача полна неожиданностей, опасностей и немалого риска.

Есть надежда, что подводные открытия, которые они сделают, помогут раскрыть некоторые тайны космического пространства, а также протестировать оборудование и эксперименты, необходимые для миссий в других уголках Солнечной системы.

Океанские глубины Земли удивительно похожи на некоторые условия, которые Nasa ожидает найти на других планетах нашей Солнечной системы. Они даже могут дать подсказки о том, где ученым следует искать инопланетную жизнь.

Самые глубокие части океанов Земли известны как хадальная зона. Названная в честь Аида, греческого бога подземного мира. Зона является суровым местом, достойным своего названия. Состоящая из глубоких впадин и котловин, она простирается на 11 км (6,8 мили) ниже поверхности Мирового океана. В совокупности они занимают площадь морского дна, эквивалентную размеру Австралии. Однако лишь немногие аппараты могут выдержать погружение в эту темную бездну.

Именно там ученые Nasa в сотрудничестве с Океанографическим институтом Вудс-Хоул (WHOI) в Массачусетсе пытаются исследовать и изучить границы жизни на Земле. Даже язык, который ученые используют для обозначения своих миссий в этом регионе, имеет общие термины с космическими исследованиями. В последние годы морские биологи отправляли многочисленные «лендеры», оснащенные датчиками и камерами, для «аварийной посадки» на дно хадальной зоны, где они проводили измерения.

Когда-то считавшиеся лишенными жизни гидротермальные источники в глубоком океане изобиловали существами (Кредит: Научная фотобиблиотека).


Но инженеры из Лаборатории реактивного движения Nasa в Южной Калифорнии создают новый автономный подводный аппарат под названием «Орфей», в честь древнегреческого героя, который путешествовал в подземный мир и обратно, чтобы составить карту недосягаемых глубин. Используя технологию визуальной навигации, аналогичную марсоходу «Персеверанс» компании Nasa, «Орфей» с помощью высокочувствительных камер определяет скальные образования, ракушки и другие особенности океанского дна, создавая трехмерные карты, усеянные ориентирами (или отметками морского дна). Это позволяет роботу находить дорогу и узнавать места, где он уже побывал, а также пролить свет на биоразнообразие этой суровой среды. «Орфей» — это подводный аппарат», — заявил Тим Шэнк, биолог-глубоководник, возглавляющий программу WHOI по исследованию хадальных вод. «Если он окажется работоспособным, то в океане не останется места, куда бы мы не смогли попасть».


Это не первая попытка Шэнка достичь темных глубин хадальной зоны. В 2014 году предшественник «Орфея» — «Нереус» — был спущен в Кермадекский желоб, который находится к северо-востоку от Новой Зеландии. Подводный аппарат взорвался на глубине около 10 км (6,2 мили), скорее всего, из-за огромного давления.

Через 12 часов мы увидели, что он всплыл на поверхность в виде небольших обломков», — вспоминает Шанк, добавляя, что гибель «Нереуса» заставила их переосмыслить методы исследования морских глубин. По размерам «Орфей» с квадроцикл и весом около 550 фунтов (250 кг) должен быть намного легче, меньше и дешевле, чем предыдущие подводные аппараты. Это должно сделать его более маневренным, что позволит ему проникать в траншеи и жерла морского дна, которые никогда ранее не исследовались.

  Извержение вулкана Тонга повлияло на космос

Долгое время морские биологи считали, что жизнь в хадальной зоне невозможна, но когда в первой половине 20 века глубоководные аппараты начали погружаться в этот регион, стало очевидно, что жизнь там может существовать. Однако до сих пор считалось, что все живые организмы поддерживаются пищевой цепочкой, в основе которой лежит фотосинтез. Растения, водоросли и некоторые морские бактерии в поверхностных водах преобразуют энергию Солнца в сахариды, которые они накапливают в органических веществах. Затем их поедают травоядные животные, которых, в свою очередь, поедают плотоядные животные. Ученые были убеждены, что организмы на дне океана выживают за счет мертвой органики — туш животных, фекалий и постоянно падающего сверху органического детрита или «морского снега». Но считалось, что пищи недостаточно для того, чтобы поддерживать жизнь морских обитателей, а самые глубокие места, как предполагалось, были слишком темными и холодными для жизни.


Это представители животного мира, которым не нужен прямой солнечный свет… они живут за счет химических веществ, поступающих с морского дна — объясняет Тим Шэнк
Но это представление о глубинах океана изменилось в 1977 году, когда исследовательская группа из США опустила дистанционно управляемый аппарат на глубину 8 000 футов (2 440 м) в акваторию Тихого океана. Аппарат был направлен для съемки гидротермальных источников, где тепло от вулканической деятельности просачивается со дна океана.

К своему изумлению, ученые обнаружили вокруг жерл живые экосистемы, кишащие морскими организмами, такими как полупрозрачные улитки и амфиподы, крошечные ракообразные, похожие на блох, которые никогда не встречались ранее.

«Благодаря этому открытию мы столкнулись с совершенно новым видом жизни на Земле», — говорит Шэнк. » Эти животные не нуждаются в прямом солнечном свете… они живут за счет химических веществ, поступающих с морского дна».

Ученые были в недоумении: как биологические виды в хадальной зоне могли выжить в условиях такого огромного давления?

«Давление составляет 15 000 фунтов на квадратный дюйм», — говорит Шэнк. «Оно настолько сильное, что отдельные клетки животного были бы просто расплющены».

Со времени первого наблюдения в 1977 году ученые выяснили, что организмы, живущие на такой глубине, адаптировались на клеточном уровне, отмечает Шэнк. Существа хадальной зоны, такие как гигантские ракообразные амфиподы и рыбы-улитки, имеют ферменты, называемые пьезолитами (от греческого «piezin» — давление), которые не дают их клеточным мембранам и белкам разрушаться под чрезвычайно высоким давлением. Пьезолиты противодействуют давлению, увеличивая пространство, которое белки занимают внутри клеток организма, чтобы противостоять весу воды вокруг него. «Это похоже на размещение колышков в палатке», — говорит Шэнк.
Открытие организмов, способных не только выживать, но и процветать в такой суровой среде, ставит перед биологами важные вопросы, выходящие за пределы нашей планеты: может быть, такие организмы можно найти и в других океанических мирах?

  Недалеко от острова Таити ученые нашли древний коралловый риф

Предполагается, что под ледяной поверхностью Европы (спутника Юпитера) находится океан с соленой водой, глубина которого составляет от 40 до 100 миль (60-150 км) и в котором содержится в два раза больше воды, чем во всех океанах Земли вместе взятых. Солнечный свет не проникает под толстый ледяной покров Европы, который покрыт трещинами и разломами. Под ледяной корой давление сравнимо с давлением в хадальной зоне.

«Здесь у нас есть своя Европа на Земле», — говорит Шэнк. «Я не понимаю, как мы можем проводить исследования на Европе, пока не сделаем это на Земле».
Робот, способный исследовать хадальную зону Земли, сможет сделать то же самое на замерзшем спутнике, который находится на расстоянии 628,3 млн. км (390,4 млн. миль) от Земли.

«Дно океана — это отличный полигон для разработки технологий, необходимых для успешного полета к одному из этих океанических миров», — считает Рассел Смит, инженер из Лаборатории реактивного движения Nasa, который входит в команду, работающую над созданием «Орфея».

Однако робот, работающий в космическом пространстве или в глубинах океана, должен быть полностью автономным. «Робот должен уметь принимать решения», — заявляет Смит, отмечая, что цель состоит в том, чтобы «Орфей» мог обнаруживать и классифицировать ДНК и химические вещества в воде, а также доставлять образцы со дна океана.

Создание робота для хадальной зоны — невероятно сложная задача

"Орфей" построен с использованием части пены, оставшейся от "Глубоководного челленджера" Джеймса Кэмерона (Кредит: Океанографический институт Вудс-Хоул).

«Орфей» должен выдерживать сильное давление и перепады температур. Вода в хадальной зоне чуть выше точки замерзания, а в гидротермальных источниках температура может достигать 370C (698F).

«Разработать транспортное средство, которое сможет выдержать все это, очень сложно», — говорит Смит. «Вам нужны очень прочные корпуса, чтобы предотвратить сдавливание или намокание электроники». «Орфей» частично построен из синтактической пены — плавучего материала, состоящего из микроскопических стеклянных сфер, помещенных в эпоксидную смолу. Пена, использованная в конструкции «Орфея», была получена из остатков материала, изготовленного для Deepsea Challenger режиссера Джеймса Кэмерона, который опустился на дно Марианской впадины в западной части Тихого океана в 2012 году.
Поскольку в глубинах океана царит кромешная тьма, «Орфей» оснащен огромным фонариком. Если свет будет гореть все время, это быстро разрядит батарею робота, и он останется на мели на огромной глубине. Для экономии энергии «Орфей» будет переходить в режим пониженного энергопотребления, когда не будет делать снимки или брать образцы, объясняет Смит.

Миссия на спутнике

В 2017 году Nasa запустила проект Systematic Underwater Biogeochemical Science and Exploration Analog, также известный как Subsea, чтобы объединить области исследования космоса и океана. На сегодняшний день они осуществили две миссии с дистанционно управляемыми аппаратами к гидротермальным источникам в Тихом океане.

Вулканическая активность вокруг подводной горы Лоихи, расположенной в 30 км (19 милях) от побережья Гавайских островов, и хребта Горда, расположенного в 120 км (75 милях) от побережья США, где встречаются Калифорния и Орегон, как полагают, похожа на ту, которая может быть обнаружена в океанах на спутниках Европа и Энцелад.

Оцените статью
Наука и технологии XXI века
Adblock
detector