I den här illustrationen, NASA-astronauter borrar sig in i Mars underyta. Byrån skapar nya kartor som visar var isen med största sannolikhet är lättillgänglig för framtida astronauter. Kredit:NASA
Så du vill bygga en Mars-bas. Var ska man börja? Som vilken mänsklig bosättning som helst, det skulle vara bäst placerat nära tillgängligt vatten. Vatten kommer inte bara att vara avgörande för livsuppehållande leveranser, den kommer att användas för allt från jordbruk till att producera de raketdrivmedel som astronauter kommer att behöva för att återvända till jorden.
Att släppa allt vatten till Mars skulle vara kostsamt och riskabelt. Det är därför NASA har engagerat forskare och ingenjörer sedan 2015 för att identifiera avlagringar av vattenis från Mars som kan vara inom räckhåll för astronauter på planetens yta. Men, självklart, vatten har ett enormt vetenskapligt värde, också:Om dagens mikrobiellt liv kan hittas på Mars, det skulle sannolikt vara i närheten av dessa vattenkällor också.
En ny studie dyker upp i Natur astronomi innehåller en omfattande karta som beskriver var vattenis är mest och minst sannolikt att hitta på planetens norra halvklot. Kombinera 20 års data från NASA:s Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter, och den nu inaktiva Mars Global Surveyor, uppsatsen är ett projekt som heter Subsurface Water Ice Mapping, eller SIMM. SWIM-satsningen leds av Planetary Science Institute i Tucson, Arizona, och förvaltas av NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien.
"Nästa gräns för Mars är för mänskliga upptäcktsresande att komma under ytan och leta efter tecken på mikrobiellt liv, sa Richard Davis, som leder NASA:s ansträngningar att hitta resurser från mars som förberedelse för att skicka människor till den röda planeten. "Vi inser att vi behöver göra nya kartor över is under ytan för att förbättra vår kunskap om var den isen är för både vetenskaplig upptäckt och för att ha lokala resurser som astronauter kan lita på."
Två vyer av Mars norra halvklot (ortografisk projektion centrerad på nordpolen), båda med en grå bakgrund av skuggad relief. Till vänster, den ljusgrå skuggningen visar den norra isens stabilitetszon, som överlappar med den lila skuggningen i SWIM-studieregionen. Till höger, den blå-grå-röda skuggningen visar var SWIM-studien fann bevis för närvaron (blå) eller frånvaron (röd) av begravd is. Färgernas intensitet återspeglar graden av överensstämmelse (eller konsekvens) som uppvisas av alla datamängder som används av projektet.
Inom en snar framtid, NASA planerar att hålla en workshop för multidisciplinära experter för att bedöma potentiella människorlandningsplatser på Mars baserat på denna forskning och andra vetenskapliga och tekniska kriterier. Detta kartläggningsprojekt kan också informera om undersökningar av framtida orbiters NASA hoppas kunna skicka till den röda planeten.
NASA meddelade nyligen att tillsammans med tre internationella rymdorganisationer, undertecknandet av en avsiktsförklaring för att utforska ett möjligt koncept för International Mars Ice Mapper-uppdrag. Uttalandet sammanför byråerna för att etablera ett gemensamt konceptteam för att bedöma uppdragspotentialen såväl som partnerskapsmöjligheter mellan NASA, Agenzia Spaziale Italiana (den italienska rymdorganisationen), den kanadensiska rymdorganisationen, och Japan Aerospace Exploration Agency.
Plats, plats, plats
Fråga Mars-forskare och ingenjörer var den mest tillgängliga underjordiska isen är, och de flesta kommer att peka på området under Mars polarområde på norra halvklotet. På jorden, den här regionen är där du hittar Kanada och Europa; på Mars, det omfattar slätterna i Arcadia Planitia och glaciärfyllda dalar i Deuteronilus Mensae.
NASA:s Phoenix Mars Lander visar skyttegraven, kallas 'Dodo-Guldlock, ' saknar isklumpar som setts tidigare. Isen hade sublimerats, en process som liknar förångning, under fyra dagar. Kredit:NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University
Sådana regioner representerar en bokstavlig medelväg mellan var man kan hitta mest vattenis (polerna) och var man hittar mest solljus och värme (ekvatorn). De norra mellanbreddgraderna erbjuder också gynnsamma höjder för landning. Ju lägre höjd, desto större möjligheter har ett rymdskepp att sakta ner med hjälp av friktion från Mars-atmosfären under dess nedstigning till ytan. Det är särskilt viktigt för tunga landare av människoklass, eftersom Mars atmosfär är bara 1 % så tät som jordens och därmed ger mindre motstånd för inkommande rymdfarkoster.
"I sista hand, NASA gav SWIM-projektet i uppdrag att ta reda på hur nära ekvatorn du kan gå för att hitta is under ytan, sa Sydney Do, ledaren för Mars Water Mapping Project vid JPL. "Föreställ dig att vi har ritat en snirklig linje över Mars som representerar den isgränsen. Dessa data tillåter oss att rita den linjen med en finare penna istället för en tjock markör och att fokusera på delar av den linjen som är närmast ekvatorn."
Men att veta om en yta döljer is är inte lätt. Ingen av instrumentuppsättningarna som användes i studien var designade för att mäta is direkt, sa Gareth Morgan från Planetary Science Institute, SWIM-projektets medledare och tidningens huvudförfattare. Istället, varje orbiterinstrument upptäcker olika fysikaliska egenskaper – höga koncentrationer av väte, hög radarvågshastighet, och hastigheten med vilken temperaturen ändras på en yta - det kan antyda närvaron av is.
"Trots att de har 20 år av data och ett fantastiskt utbud av instrument, det är svårt att kombinera dessa datauppsättningar, för att de alla är så olika, " sa Morgan. "Det är därför vi bedömde konsistensen av en issignal, visar områden där flera datauppsättningar indikerar is närvarande. Om alla fem datamängder pekar på is — bingo."
Om, säga, bara två av dem gjorde det, teamet skulle försöka reda ut hur konsekventa signalerna var och vilka andra material som kunde skapa dem. Även om de olika datamängderna inte alltid passade perfekt, de kompletterade ofta varandra. Till exempel, nuvarande radar tittar djupt under jorden men ser inte toppen 30 till 50 fot (10 till 15 meter) under ytan; en neutronspektrometer ombord på en orbiter mätte väte i det översta jordlagret men inte under. Högupplösta bilder avslöjade is som kastades upp på ytan efter senaste meteoritnedslag, tillhandahålla direkta bevis för att komplettera radar och andra fjärravkänningsindikatorer för vattenis.
Bilden är ett utdrag från en observation från NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter som visar ett meteoritnedslag som grävde ut denna krater på Mars exponerad ljus is som hade gömts precis under ytan på denna plats. Kredit:NASA/JPL-Caltech/Univ. av Arizona
Nästa steg
Medan Marsexperter tittar på dessa nya kartor över is under ytan, NASA funderar redan på vad nästa steg skulle vara. För en, döda fläckar i för närvarande tillgängliga data kan lösas genom att skicka ett nytt radaruppdrag till Mars som kan hamna i de områden som är av störst intresse för planerare av mänskliga uppdrag:vattenis i de översta lagren av underytan.
Ett framtida radarfokuserat uppdrag som riktar sig mot den nära ytan kan också berätta för forskare mer om blandningen av material som finns i berget, damm, och annat material som finns ovanpå is. Olika material kommer att kräva specialiserade verktyg och metoder för grävning, borrning, och tillgång till isavlagringar, särskilt i den extrema marsmiljön.
Kartläggningsinsatser under 2020-talet skulle kunna bidra till att göra mänskliga uppdrag till Mars möjliga så tidigt som på 2030-talet. Men innan dess, det kommer att bli en robust debatt om platsen för mänsklighetens första utpost på Mars:en plats där astronauter kommer att ha de lokala vatten-isresurser som behövs för att upprätthålla dem samtidigt som de kan göra värdefulla upptäckter om utvecklingen av steniga planeter, beboelighet, och potentialen för liv på världar bortom jorden.
