ZAŠTO NASA ISTRAŽUJE NAJDUBLJE OKEANE? Mračne, neistražene dubine Zemljinih mora kriju rešenja svemirskih misterija

Može li naše razumevanje dubina okeana da pomogne u otključavanju misterija svemira?

Nadaju se će podvodna otkrića pomoći u rešavanju nekih od misterija u svemiru, a istovremeno će testirati neku od opreme i eksperimenata potrebnih za misije na drugim mestima u Sunčevom sistemu.

Dubine okeana su iznenađujuće slične nekim od uslova koje NASA očekuje da pronađe na drugim svetovima u Sunčevom sistemu. Čak bi mogli da daju naznake o tome gde naučnici treba da traže vanzemaljski život.

Najdublji delovi Zemljinih okeana poznati su kao hadova zona ili hadal. Nazvano po Hadu, grčkom bogu podzemnog sveta, to je zastrašujuće mesto dostojno svog imena. Sastoji se od dubokih rovova i korita, proteže se 11 km ispod površine svetskih okeana. Kumulativno ti delovi pokrivaju površinu veličine Australije. Ipak, retko koja podmornica može da preživi uranjanje u ovaj mračni ponor.

Tu naučnici Nase, u partnerstvu sa Okeanografskim institutom Vuds Hol iz Masačusetsa, pokušavaju da istraže i ispitaju granice života na Zemlji. Čak i jezik koji naučnici koriste za svoje misije u ovoj oblasti deli pojmove sa istraživanjem svemira – poslednjih godina morski biolozi su poslali više "lendera“ opremljenih senzorima i kamerama da "slete“ na dno hadske zone.

Ali inženjeri iz Nasine Laboratorije za mlazni pogon u južnoj Kaliforniji grade novo autonomno podvodno vozilo pod nazivom Orfej, po drevnom grčkom heroju koji je putovao u podzemni svet i nazad, kako bi mapirali nepristupačne dubine.

Koristeći sličnu tehnologiju vizuelne navigacije kao Nasin rover Perseverance, Orfej koristi veoma osetljive kamere da identifikuje formacije stena, školjki i drugih karakteristika na dnu okeana i tako napravi trodimenzionalne mape prošarane orijentirima (ili možda oznakama na morskom dnu). Ovo omogućava robotu da pronađe svoj put i prepozna mesta na kojima je već bio, ali bi takođe trebalo da mu pomogne da baci novo svetlo na biodiverzitet ovog surovog okruženja.

"Orfej je prolazno vozilo“, kaže Tim Šenk, dubokomorski biolog koji vodi program istraživanja hadala. "Ako uspe, nema mesta u okeanu gde ne možete da odete".

Nije prvi put da Šank pokušava da dopre do mračnih dubina hadske zone. Godine 2014. Orfejev prethodnik Nerej je poslat u ​​Kermadečki rov, koji se nalazi severoistočno od Novog Zelanda. Podvodno vozilo je eksplodiralo oko 10 km dubine, najverovatnije zbog ogromnog pritiska.

"Posle 12 sati videli smo da se pojavljuje u komadićima“, rekao je Šank i dodao da ih je gubitak Nereja naterao da preispitaju kako istražuju duboko more. Orfej je veličine kvada i težak oko 250 kilograma. Dizajniran je da bude lakši, manji i jeftiniji od prethodnih podvodnih vozila. Takođe bi trebalo da bude okretniji i tako dospe do rovova i otvora na morskom dnu koji nikada ranije nisu istraženi.

Evropa na Zemlji

Morski biolozi su dugo vremena smatrali da je život u Hadovoj zoni nemoguć, ali kako su dubokomorske podmornice počele da ulaze u region u prvoj polovini 20. veka, postalo je očigledno da život tamo može da opstane.

Međutim, i dalje se verovalo da se svi živi organizmi održavaju lancem ishrane koji je na kraju podstaknut fotosintezom. Biljke, alge i neke morske bakterije u površinskim vodama pretvaraju sunčevu energiju u šećere koje skladište u svojoj organskoj materiji. Ovo zatim jedu biljojedi, koje zauzvrat jedu životinje mesožderke.

Naučnici su bili ubeđeni da su organizmi na dnu okeana preživeli od mrtve organske materije – leševa životinja, fekalija i stalnog pada drugog organskog detritusa ili "morskog snega" koji "pada" na dno. Smatralo se da nema dovoljno hrane da održi u životu bilo koje morsko stvorenje i da su najdublja područja previše mračna i hladna za život.

Ova percepcija dubokog okeana promenila se 1977. godine, kada je američki istraživački tim ispustio daljinski upravljano vozilo 2.440 metara u Tihi okean. Vozilo je poslato da snimi hidrotermalne otvore, gde je toplota od vulkanske aktivnosti curila sa dna okeana.

Na svoje zaprepašćenje, naučnici su otkrili živahne ekosisteme oko otvora, prepune morskih organizama, kao što su prozirni puževi i amfipodi, sićušni rakovi nalik buvama, koji nikada ranije nisu viđeni.

"Otkrili smo potpuno novi način života na Zemlji“, kaže Šenk. "Ovo su životinje kojima nije potrebna direktna sunčeva svetlost... žive od hemikalija koje izlaze sa morskog dna."

Naučnici su bili zbunjeni: kako su vrste u hadalu mogle da prežive takav pritisak?

"Pritisak je 15.000 funti po kvadratnom inču", kaže Shank. "Toliko je intenzivno da bi pojedinačne ćelije životinje bile istisnute."

Od tog prvog viđenja 1977. godine, naučnici su otkrili da su se organizmi koji žive na takvim dubinama prilagodili na ćelijskom nivou da prežive tamo dole, kaže Šenk. Bića u hadal zoni, kao što su džinovski rakovi i puževi, imaju enzime zvane piezoliti (od grčkog "piezin“ za pritisak), koji sprečavaju da se njihove ćelijske membrane i proteini "zgnječe" pod izuzetno visokim pritiskom. Piezoliti se suprotstavljaju pritisku povećavajući prostor koji proteini zauzimaju unutar ćelija organizma kako bi se suprotstavili težini vode oko sebe.

Otkriće organizama koji ne samo da mogu da prežive, već i napreduju u takvom opresivnom okruženju, postavlja važna pitanja za biologe koji gledaju izvan domena naše planete – da li se mogu naći i na drugim okeanskim svetovima?

Ispod ledene površine Jupiterovog meseca Evropa leži okean slane vode za koji se smatra da je dubok između 60 i 150 kilometara i da sadrži dvostruko više vode od svih Zemljinih okeana zajedno. Sunčeva svetlost ne prodire ispod debelog ledenog pokrivača Evrope, koji je ispresecan pukotinama. Ispod ledene kore, pritisak je uporediv sa Hadovom zonom.

"Ovde imamo Evropu na Zemlji“, kaže Šenk. "Ne vidim kako bismo mogli da istražujemo Evropu, dok to nismo uradili na Zemlji", dodao je on u razgovoru za BBC.

Robot sposoban da istražuje Zemljinu najdublju okeansku zonu mogao bi da uradi isto na zaleđenom mesecu udaljenom 628,3 miliona kilometara.

"Dno okeana je odličan poligon za nas da razvijemo tehnologiju koja nam je potrebna da bismo imali uspešnu misiju u jednom od ovih okeanskih svetova“, kaže Rasel Smit, inženjer iz Nasine Laboratorije za mlazni pogon, koji je deo tima Orfeja.

Robot koji radi u svemiru ili u dubokom okeanu, međutim, mora biti potpuno autonoman. "Robot mora da bude u stanju da donosi odluke“, kaže Smit, napominjući da je cilj da Orfej bude u stanju da otkrije i klasifikuje DNK i hemikalije životne sredine u vodi, kao i da vrati uzorke sa dna okeana.

Izgradnja robota za hadal je neverovatno izazovna, kaže on.

Orfej mora da izdrži intenzivne pritiske i temperaturne ekstreme – voda u ovoj zoni je malo iznad nule, ali u hidrotermalnim otvorima temperatura može dostići 370 stepeni.

"Dizajniranje vozila koje će to preživeti je zaista teško“, kaže Smit. "Potrebni su vam zaista debeli zidovi da biste sprečili da se elektronika zgnječi ili pokvasi."

Orfej je delimično napravljen od sintaksičke pene, plutajućeg materijala sastavljenog od mikroskopskih staklenih sfera postavljenih u epoksidnu smolu. Pena korišćena u Orfeju potiče od ostataka materijala proizvedenog za Dipsi čalendžera režisera Džejmsa Kamerona, koji se spustio na dno Marijanskog rova, u zapadnom Pacifiku, 2012. godine.

Kako je mrkli mrak u dubokom okeanu, Orfej je opremljen ogromnom baterijskom lampom. Ako svetlo ostane upaljeno sve vreme, brzo će isprazniti bateriju robota, ostavljajući je nasukanom na dubini pod ogromnim pritiskom. Da bi sačuvao energiju, Orpheus će se prebaciti na režim manje potrošnje energije kada ne snima slike ili uzorke, kaže Smit.

Misija na Mesec

Tokom 2017. godini, NASA je pokrenula projekat Sistematska podvodna biogeohemijska nauka i analogno istraživanje, takođe poznatu kao Subsea, kako bi spojila polja istraživanja svemira i okeana. Do danas su izvršili dve misije sa vozilima na daljinsko upravljanje do hidrotermalnih izvora u Tihom okeanu.

Smatra se da je vulkanska aktivnost oko podvodne planine Lo`ihi, oko 30 km od obale Havaja 120 km od obale SAD gde se susreću Kalifornija i Oregon, slična onoj pronađenoj u okeanskim svetovima na Evropi i Saturnovom mesecu Enceladi.

"Ceo projekat je bio zasnovan na pronalaženju oblasti u našem dubokom okeanu koje su imale zaista dobru analognu prirodu onome što se predviđa da će biti aktivno na mestima kao što je Encelada“, kaže Darlin Lim, geobiološkinja Nase koja vodi program Subsea i priprema astronaute za istraživanje Meseca i dubokog svemira.

Naučnici su koristili dve podvodne misije da bi bolje razumeli geologiju i hemiju ovih otvora i život koji se nalazi oko njih.

"Ovi otvori su veoma neobičnini", kaže Lim. "Morate veoma pažljivo da pogledate promenu temperature u vodi koja izlazi kroz zemlju i dolazi u interakciju sa veoma hladnom morskom vodom. Čak je i taj čin sam po sebi veoma dragocen za to kako bismo mogli da predvidimo da ćemo morati da istražimo neke od ovih okeanskih svetova u našem Sunčevom sistemu".

Dok je slanje robota u Evropu i na Enceladu možda još decenijama daleko, naučnici Nase već primenjuju ono što su naučili iz istraživanja dubokog okeana na svemirske misije.

Godine 2023. NASA će poslati robotski rover da traži vodeni led na južnom polu našeg Meseca. Misija poznata kao Viper (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) proučavaće led u blizini lunarnog kratera Nobile u nadi da bi mogao biti iskopan kao resurs za raketno gorivo ili vodu za piće. Dok ne radi pod vodom, rover koji luta po Mesecu suočiće se sa mnogim istim tehničkim izazovima.

"Preuzimamo sva saznanja iz Subsea-a i primenjujemo ih na Viperu“, kaže Lim, koji je i zamenik glavnog naučnika projekta na Viperu.

Cilj Subsea programa bio je da obezbedi da naučnici ostvare svoje istraživačke ciljeve u izuzetno izazovnim uslovima, kako iz perspektive komunikacija tako i iz perspektive tehnologije.

Iz operativne perspektive, istraživanje okeana i svemira takođe imaju mnogo zajedničkog. U oba polja, roboti se šalju da istražuju opasna okruženja do kojih ljudi ne mogu doći, uz podršku udaljenih timova naučnika. Ali to bi takođe moglo pomoći u pripremi astronauta za kontrolu robotske opreme iz lunarne baze u budućnosti.

Manje od 10 naučnika izašlo je na more sa misijom Subsea i radili su sa većom grupom kolega na obali. Za misiju Viper, tim će upravljati roverom na Zemlji u skoro realnom vremenu i moraće da analizira podatke i donosi odluke veoma brzo.

Efikasna komunikacija je kritična tokom ovih misija, kaže Zara Mirmalek, društveni naučnik iz Nase koja pomaže naučnicima da se pripreme za istraživanje u ekstremnim okruženjima, a radila je i na programima Subsea i Viper.

Za istraživanje dubokog mora, naučnici moraju stalno da menjaju odluke, u zavisnosti od uslova okeana, vremena i slanoćei. "Znate da ćete imati manje vremena nego što ste planirali“, kaže Mirmalek. "Mnogo je teže raditi u dubokom okeanu jer su uslovi tako izazovni za tehnologiju".

U svemirskim misijama komunikacija je izuzetno ograničena, kaže Mirmalek. Da bi ih pripremila za uslove u svemiru, Mirmalek je ograničila podvodne naučnike da komuniciraju jedni s drugima samo jednom dnevno. "Nije bilo neuspeha – ispunili su sve svoje istraživačke ciljeve“, kaže ona.

"Sve što smo naučili radeći zajedno sa okeanografskom zajednicom bilo je potpuno neprocenjivo, zaista neprocenjivo, jer nam je pomoglo da imamo poverenja u proces koji koristimo da dizajniramo naše naučne operacije za Viper“, kaže Lim.

Ali, slično kao misije van naše planete, one na dnu okeana takođe omogućavaju čovečanstvu da pogleda na Zemlju na nove načine. Dok NASA kaže da su njena okeanografska istraživanja donela "hiljade“ naučnih otkrića, ona takođe pružaju informacije koje bi mogle biti od vitalnog značaja ako se nadamo da ćemo nastaviti da živimo u svetu sa zdravim okeanima. Moramo da razumemo naše okeansko okruženje ako želimo da ih spasemo, kaže Laura Lorenconi, naučnica programa okeanske biologije i biogeohemije u direkciji za naučne misije u Nasi.

"Ovo je kritično za život na Zemlji, a trajna merenja koja je Nasa uradila i nastavlja da radi su fundamentalna za obezbeđivanje održivog korišćenja naših okeanskih resursa“, kaže ona.

To znači da svakim korakom ka istraživanju drugih svetova saznajemo nešto više o nekim od najneistraženijih delova naše plave planete.

Kurir.rs