• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Ingenjörer föreslår soldriven månark som modern global försäkring

    Sidovy av den föreslagna arkdesignen. Kredit:Jekan Thanga

    University of Arizona-forskaren Jekan Thanga hämtar vetenskaplig inspiration från en osannolik källa:den bibliska berättelsen om Noaks ark. Snarare än två av varje djur, dock, hans soldrivna ark på månen skulle lagra kryogent frusna frön, spor, spermier och äggprover från 6,7 miljoner jordarter.

    Thanga och en grupp av hans studenter och doktorander beskriver månarkkonceptet, som de kallar en "modern global försäkring, " i ett dokument som presenterades under helgen under IEEE Aerospace Conference.

    "Jorden är naturligt en flyktig miljö, " sa Thanga, professor i rymd- och maskinteknik vid UArizona College of Engineering. "Som människor, vi hade ett nära samtal omkring 75, 000 år sedan med Toba supervulkanutbrott, vilket orsakade en 1, 000-årig kylperiod och, enligt vissa, överensstämmer med en uppskattad minskning av mänsklig mångfald. Eftersom den mänskliga civilisationen har ett så stort fotavtryck, om det skulle kollapsa, som kan ha en negativ kaskadeffekt på resten av planeten."

    Klimatförändring, han lade till, är ett annat problem:om havsnivån fortsätter att stiga, många torra platser kommer att gå under vattnet – inklusive Svalbards fröbank, en struktur i Norge som innehåller hundratusentals fröprover för att skydda mot oavsiktlig förlust av biologisk mångfald. Thangas team tror att lagring av prover på en annan himlakropp minskar risken för att biologisk mångfald går förlorad om en händelse skulle orsaka total förintelse av jorden.

    Jekan Thanga, professor i rymd- och maskinteknik vid University of Arizona. Kredit:University of Arizona

    Helt rörformig

    Forskare upptäckte ett nätverk av cirka 200 lavarör precis under månens yta 2013. Dessa strukturer bildades för miljarder år sedan, när strömmar av lava smälte sin väg genom mjuk sten under jorden, bildar underjordiska grottor. På jorden, lavarör är ofta lika stora som tunnelbanetunnlar, och kan eroderas av jordbävningar, plattektonik och andra naturliga processer. Detta nätverk av månlavarör är cirka 100 meter i diameter. Orörd i uppskattningsvis 3 till 4 miljarder år, de kunde ge skydd mot solstrålning, mikrometeoriter och yttemperaturförändringar.

    Tanken på att utveckla en månbas, eller mänsklig bosättning på månen, har funnits i hundratals år, och upptäckten av lavaröret förnyade rymdgemenskapens entusiasm för konceptet. Men månen är inte precis en gästvänlig miljö där människor kan tillbringa längre perioder. Det finns inte vatten eller andningsluft, och det är ungefär minus 25 grader Celsius, eller minus 15 grader Fahrenheit. Det är inte heller en särskilt händelserik plats.

    Å andra sidan, samma funktioner gör det till ett utmärkt ställe att lagra prover som måste hålla sig väldigt kalla och ostörda i hundratals år åt gången.

    Att bygga en månark är ingen liten uppgift, men, baserat på några "snabb, baksidan av kuvertet beräkningar, " Thanga sa att det inte är så överväldigande som det kan låta. Att transportera cirka 50 prover från var och en av 6,7 miljoner arter skulle kräva cirka 250 raketuppskjutningar. Det tog 40 raketuppskjutningar för att bygga den internationella rymdstationen.

    "Det är inte galet stort, ", sa Thanga. "Vi blev lite förvånade över det."

    Kryogenik och kvantlevitation

    Uppdragskonceptet bygger på ett annat projekt som Thanga och hans grupp tidigare föreslagit, där flygande och hoppande miniatyrrobotar kallade SphereX går in i ett lavarör i lag. Där, de skulle samla in prover av regolit, eller damm och löst sten, och samla information om layouten, temperatur och sammansättning av lavarören. Denna information kan informera om konstruktionen av månbasen.

    Vy ovanifrån av den föreslagna arkdesignen. Kredit:Jekan Thanga

    Teamets modell för den underjordiska arken inkluderar en uppsättning solpaneler på månens yta som skulle ge elektricitet. Två eller flera hisschakt skulle leda ner i anläggningen, där petriskålar skulle inrymmas i en serie kryogena konserveringsmoduler. En extra varuhissschakt skulle användas för att transportera byggmaterial så att basen kan expanderas inuti lavarören.

    Att kryokonserveras, fröna måste kylas till minus 180 C (minus 292 F) och stamcellerna ska hållas vid minus 196 C (minus 320 F). Som en referens för hur kallt det här är, Pfizer COVID-19-vaccinet måste förvaras vid minus 70 C, eller minus 94 F. Det faktum att lavarören är så kalla, och proverna måste vara ännu kallare, betyder att det finns en risk att metalldelarna i basen kan frysa, sylt eller till och med kallsvetsa ihop. På jorden, kommersiella flygbolag slutar fungera när marktemperaturen når minus 45 till minus 50 C (minus 49 till minus 58 F).

    Dock, det finns ett sätt att dra fördel av de extrema temperaturerna genom att använda ett utomjordiskt fenomen som kallas kvantlevitation. I denna process, ett kryokylt supraledarematerial – eller ett material som överför energi utan att förlora någon värme, som en traditionell kabel gör – flyter över en kraftfull magnet. De två delarna är låsta ihop på ett fast avstånd, så vart än magneten går, supraledaren följer efter.

    "Det är som att de är låsta på plats av snören, men osynliga strängar, ", sa Thanga. "När du kommer till kryogena temperaturer, konstiga saker händer. En del av det ser bara ut som magi men är baserat på beprövade och laboratorietestade fysikprinciper vid gränsen till vår förståelse."

    Teamets arkdesign använder detta fenomen för att få hyllorna med prover att sväva över metallytor och få robotar att navigera genom anläggningen ovanför magnetiska spår.

    Det finns mycket mer forskning att göra om hur man bygger och använder arken, från att undersöka hur de bevarade fröna kan påverkas av bristande gravitation till att utveckla en plan för baskommunikation med jorden.

    "Det som förvånar mig med sådana här projekt är att de får mig att känna att vi närmar oss att bli en rymdcivilisation, och till en inte särskilt avlägsen framtid där mänskligheten kommer att ha baser på månen och Mars, " sa Álvaro Díaz-Flores Caminero, en doktorand i UArizona som leder den termiska analysen för projektet. "Mångvetenskapliga projekt är svåra på grund av deras komplexitet, men jag tror att det är samma komplexitet som gör dem vackra."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com