Mixed reality-teknik, som virtual reality-headset eller appar för augmented reality, är inte bara för underhållning – de kan också hjälpa till att göra upptäckter på andra världar som Månen och Mars. Genom att resa på jorden till extrema miljöer - från Mars-liknande lavafält på Hawaii till undervattens hydrotermiska ventiler - liknande destinationer i andra världar, NASA-forskare har testat tekniker och verktyg för att få insikt i hur de kan användas för att ge värdefulla bidrag till vetenskapen.

Tre projekt ledda av forskare vid NASA:s Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley presenterade sina resultat i ett specialnummer av Planet- och rymdvetenskap . Dessa resultat inkluderade nya insikter om hur man studerar vulkaniska miljöer på andra världar, mission operation designs för att hantera att bedriva vetenskap i extrema miljöer, tekniker för att söka efter liv, och fler fynd.

"Detta representerar kulmen på år av arbete från uppdrag över hela jorden, gör arbetet med att ta reda på hur vi effektivt kan bedriva vetenskap på andra världar, sa Darlene Lim, huvudutredaren för den biologiska analoga vetenskapen associerad med lava terräng, eller BASALT, uppdrag i Ames. "Vad vi har gjort här är att visa hur dessa uppdrag till extrema miljöer på jorden kan bana väg för vår framtida utforskning av andra världar."

Förstärkt och virtuell verklighet för att hjälpa framtida upptäcktsresande

BASALT-uppdraget hade tre utplaceringar, varav den tredje, reste till regionerna Kilauea Caldera och Kilauea Iki på Hawaii i november 2017. I miljön för den vetenskapliga Mars-analogen, teamet genomförde 10 simulerade extravehikulära aktivitetsuppdrag där de utforskade de basaltiska lavafälten under många av samma operativa begränsningar som framtida astronauter kommer att uppleva i andra världar. Ett exempel på detta är den betydande tidsfördröjningen mellan kommunikationer som äger rum mellan jorden och Mars, som simulerades i dessa uppdrag. BASALT-3:s mål centrerade kring att bedriva vetenskap som är relevant för Mars relaterad till det biologiska, kemisk, och geologiska system som vi förväntar oss att hitta där samtidigt som vi införlivar ny teknik och operativa tekniker för att se till att ett uppdrag kan hantera begränsningarna för att verka i en annan värld.

BASALT-3-teamet fann att virtuell och förstärkt verklighetsteknik gjorde det möjligt för upptäcktsresande på fältet att skicka datavisualiseringar tillbaka till ett forskarteam, som i sin tur skulle kunna genomföra komplexa analyser för att informera om vart fältteamet skulle gå härnäst. Även om liknande teknik har använts tidigare, denna senaste iteration hade nya möjligheter för kartläggning av data och terränginformation över den verkliga världen. Forskare i uppdragsstödscentret skulle kunna använda den förstärkta verkligheten för att utforska den "Mars" miljön också.

"Dessa teknologier gav inte bara ett nytt verktyg, sa Kara Beaton, BASALTs vetenskapliga verksamhet och utforskning leder genom Wyle Laboratories från Johnson Space Center i Houston. "De gjorde det möjligt för verklig vetenskap att uppnås under extrema förhållanden. Genom att samla in detaljerade bilder och data från basaltiska miljöer och endast mata de viktigaste aspekterna till det avlägsna vetenskapsteamet, data som kunde ha varit överväldigande och svåra att utbyta blev lättsmälta. I sista hand, dessa tekniker hjälpte till att ta tillbaka de prover som gjorde upptäckterna i detta specialnummer möjliga."

Från BASALTs utplaceringar, dessa upptäckter inkluderade en bättre förståelse för hur man letar efter mikrobiellt liv på olika typer av basalter, presenteras i en artikel i specialnumret. Flera andra analoga uppdrag gav också resultat.

Att ta sig till havet för att förbereda sig för stjärnorna

Frågan om att arbeta igenom en tidsfördröjning är en som blir ännu viktigare när NASA bedriver vetenskap längre ut i solsystemet. Robotuppdrag till Saturnus och Jupiters isiga månar – platser där liv potentiellt skulle kunna överleva i oceaner under deras frusna ytor – skulle också möta denna utmaning.

Projektet Systematic Underwater Biogeochemical Science and Exploration Analog, eller SUBSEA, simulerade en sådan resa i en utplacering ombord på Exploration Vessel Nautilus till en hydrotermisk ventilplats i Stilla havet. Beläget vid den norra kanten av Gorda Ridge, Sea Cliff-platsen är en vulkanisk undervattenszon cirka 75 miles utanför kusten där Kalifornien och Oregon möts. Ett forskarlag stannade på land medan ett annat gick ut till havet, med sina robotutforskare. Projektet utvecklade tekniker för att maximera vetenskaplig avkastning från utforskning, använda geokemisk modellering för att vägleda beslutsfattande. Istället för att behöva vänta på att data ska resa fram och tillbaka från jorden till andra världar för att fatta beslut, dessa val kan göras med hjälp av realtidsdata – vilket minskar det som kan ta år till bara timmar.

Från vulkaniska landformationer till nedslagskratrar

Det tredje projektet, Fältundersökningar för att möjliggöra solsystemvetenskap och utforskning, eller FINESSE, reste till Idaho för att studera vulkanisk landbildning och till norra Kanada för att studera nedslagskratrar. Dessa jordiska destinationer hjälper forskare att lära sig mer om och förbereda sig för att utforska sådana miljöer i andra världar. Några vetenskapliga resultat som presenterades i artiklar i specialnumret inkluderade bättre förståelse av magma på månen, identifiera fler jordanaloger för vulkaniska egenskaper på månen och Mars, och fortsätter att utveckla en teknik som kallas termoluminescens, som värmer upp stenprover för att lära sig om deras historia – och används redan på Apollo-månprover.

"Alla dessa projekt kräver ett samspel mellan teknikutveckling, komplex logistik, och hård vetenskap som bara kan testas ute på fältet, sa Jennifer Heldmann, huvudutredare på FINESSE. "Ames tvärvetenskapliga karaktär, där ingenjörer och planetforskare ofta samarbetar, gör den unikt lämpad för att leda analoga uppdrag."

Genom att testa tekniken, uppdragsverksamhet, och vetenskapligt kunnande vi behöver för att utforska månen, Mars, och bortom här på jorden först, NASA planerar att säkerställa när astronauter landar på andra världar, de kommer att vara redo att göra banbrytande upptäckter.