«Εξωγήινος ωκεανός» για δοκιμές υποβρυχίων που προορίζονται για άλλους κόσμους. Researchers build alien ocean to test NASA outer space submarine

Sunlight glints off of Titan's northern seas this near-infrared, color mosaic from NASA's Cassini spacecraft. Credit: NASA/JPL/Univ. Arizona/Univ. Idaho

Ο σχεδιασμός υποβρυχίων που προορίζονται για τις θάλασσες του πλανήτη μας είναι κάτι το οποίο είναι γνωστό στον χώρο της ναυπηγικής και της μηχανολογίας εδώ και πάνω από έναν αιώνα- ωστόσο δεν ισχύει το ίδιο για υποβρύχια τα οποία προορίζονται για ωκεανούς από μεθάνιο και αιθάνιο και θερμοκρασίες χαμηλότερα από τους -180 βαθμούς Κελσίου.

Ερευνητές του Washington State University συνεργάζονται με τη NASA για να διαπιστώσουν πώς ένα υποβρύχιο θα λειτουργούσε στον Τιτάνα, το μεγαλύτερο από τα φεγγάρια του Κρόνου, και το δεύτερο μεγαλύτερο στο ηλιακό μας σύστημα. Σημειώνεται ότι στα σχέδια της αμερικανικής διαστημικής υπηρεσίας συμπεριλαμβάνεται η αποστολή ενός τέτοιου υποβρυχίου στις θάλασσες του Τιτάνα μέσα στα επόμενα 20 χρόνια. Σε αυτό το πλαίσιο, οι ερευνητές δημιούργησαν/ αναπαρήγαγαν έναν «ωκεανό» του Τιτάνα σε ένα εργαστήριο, δημοσιοποιώντας την έρευνά τους σε paper στο Fluid Phase Equilibria.

This image shows Titan in ultraviolet and infrared wavelengths. Red and green colors indicate where atmospheric methane is absorbing light, while the blue color shows the upper atmospheric haze. Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

Ο Τιτάνας παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τους επιστήμονες, επειδή μοιάζει με τη Γη από την άποψη ότι διατηρεί υγρά: Αντίθετα με σχεδόν κάθε άλλο κόσμο στο ηλιακό σύστημα, η επιφάνεια του φεγγαριού έχει ωκεανούς, ποτάμια και σύννεφα, και, όπως και στον πλανήτη μας, μπορεί να βρέξει- αλλά αντί για νερό, ο υδρολογικός κύκλος βασίζεται στο μεθάνιο.

Το υποβρύχιο που σχεδιάζεται θα πρέπει να λειτουργεί αυτόνομα, να είναι σε θέση να μελετά τις συνθήκες της ατμόσφαιρας και του ωκεανού, να κινείται στον πυθμένα και πάνω ή κάτω από την επιφάνεια. Από μηχανολογικής πλευράς τα πράγματα είναι ακόμα πιο δύσκολα επειδή, αντίθετα με το νερό στη Γη, η συγκέντρωση αιθανίου και μεθανίου μπορεί να διαφέρει στις θάλασσες του Τιτάνα, αλλάζοντας τις ιδιότητες του υγρού ως προς την πυκνότητά του.

Ο Ίαν Ρίτσαρντσον, του School of Mechanical and Materials Engineering, (ανα)δημιούργησε στο εργαστήριο κρυογονικής του WSU τις συνθήκες του Τιτάνα και πραγματοποίησε δοκιμές ως προς το πώς θα λειτουργούσε υπό αυτές τις εξαιρετικά χαμηλών θερμοκρασιών συνθήκες μια μικρή θερμαινόμενη μηχανή.

WSU Methane-ethane Titan effervescence diagram. Credit: Washington State University

Η ομάδα των ερευνητών του WSU έφτιαξε έναν θάλαμο δοκιμών ο οποίος φιλοξενούσε το εν λόγω μείγμα υγρών σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες για να προσομοιωθούν οι συνθήκες στις θάλασσες του Τιτάνα, και στη συνέχεια πρόσθεσαν μια μικρή κυλινδρική θερμαντική συσκευή, η οποία παράγει τη θερμότητα που θα παρήγε ένα υποβρύχιο. Επίσης, μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις ήταν η κατανόηση των φυσαλίδων: Ένα υποβρύχιο που κινείται χάρη σε έναν κινητήρα που παράγει θερμότητα μέσα στις πολύ ψυχρές θάλασσες του Τιτάνα θα παράγει φυσαλίδες αζώτου. Η παρουσία πολλών από αυτές θα καθιστούσαν δύσκολη την κίνηση του σκάφους και τη συλλογή δεδομένων.

Το επόμενο πρόβλημα, σύμφωνα με τον Ρίτσαρντσον, ήταν η καταγραφή βίντεο- και η ομάδα του βρήκε λύση χρησιμοποιώντας μια οπτική συσκευή (borescope) και μια βιντεοκάμερα που μπορούσαν να αντέξουν τις χαμηλές θερμοκρασίες και τις υψηλές πιέσεις για να αποκτήσει εικόνα για το τι ακριβώς συνέβαινε μέσα στον θάλαμο δοκιμών. Τελικά τα κατάφεραν, τραβώντας βίντεο βροχής και χιονιού από αιθάνιο- μεθάνιο. Επίσης, μελέτησαν τις θερμοκρασίες και διαπίστωσαν πως, εξαιτίας μιας μικρής ποσότητας αζώτου στο υγρό, οι λίμνες παγώνουν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες του αναμενόμενου- κάτι που, όπως υπογραμμίζει ο Ρίτσαρντσον, σημαίνει πως δεν υπάρχει λόγος ανησυχίας για παγόβουνα.

Πηγές: I.A. Richardson et al, Experimental PρT-x measurements of liquid methane-ethane-nitrogen mixtures, Fluid Phase Equilibria (2018). DOI: 10.1016/j.fluid.2018.01.023  - https://news.wsu.edu/2018/02/07/wsu-builds-nasa-alien-ocean/ - http://www.naftemporiki.gr/story/1319284/eksogiinos-okeanos-gia-dokimes-upobruxion-pou-proorizontai-gia-allous-kosmous