Buz gezegenlerinin sırlarını çözecek yeni bir matkap teknoloji geliştirildi

Jüpiter’in uydusu Europa veya Satürn’ün uydusu Enceladus gibi Güneş sistemimizdeki donmuş gök cisimleri, buzlu kabuklarının altında gizli okyanuslar barındırdığı için bilim dünyasında en fazla ilgi gören konular arasında yer alıyor. Ancak bu sır perdesini aralayabilmek için, öncelikle bu cisimlerin yüzeylerindeki kalın ve zorlu buzu delebilmemiz gerekiyor. Bu amaçla geleneksel mekanik matkaplar ve eritme sondaları kullanılması durumunda ağır, karmaşık ve yüksek enerji tüketen sistemler gerekiyor.

Almanya’daki Dresden Teknik Üniversitesi Havacılık ve Uzay Mühendisliği Enstitüsü araştırmacıları, bu soruna çözüm olarak uzay görevlerinde devrim yaratabilecek, lazer tabanlı yeni bir buz matkabı konsepti geliştirdi. Bu cihaz, hem kütle hem de enerji gereksinimlerini minimumda tutarak buzda derin ve dar kanallar açabiliyor.

Çalışmanın başyazarı Martin Koßagk, mekanik ve eritme sondajlarıyla aşılması çok zor olan iki temel sorunun bu lazer matkabıyla çözüldüğünü açıkladı. Mekanik matkaplar derine indikçe ağırlaşırken, eritme sondaları yüksek güç gerektiren uzun kablolara ihtiyaç duyuyor. Lazer matkap ise tüm ağır ekipmanı yüzeyde tutarak, yoğunlaştırılmış bir ışın gönderiyor ve buzu eritmek yerine doğrudan gaza dönüştürüyor.

Yüzeyin altındaki sırları yüzeye çıkarma çabası

Lazerle oluşturulan dar sondaj deliğinden yukarı kaçan gaz ve buhar, aynı zamanda yüzey altındaki malzemelerin örneklerini içeriyor. Yüzeydeki cihazlar bu örnekleri analiz ederek, kozmik cismin kimyasal bileşimi, yoğunluğu ve oluşum geçmişi hakkında değerli bilgiler elde edebiliyor.

Lazerler tek başlarına enerji açısından en verimli araçlar olmasalar da, sadece bir iğne deliği kadar buzu buharlaştırdıkları için toplamda elektrikli ısıtıcılardan çok daha az güç tüketiyorlar. Ayrıca, geleneksel sondajları yavaşlatan tozlu katmanlarda daha hızlı çalışabiliyor ve bu sayede ek kütle veya enerji harcamadan çok daha derinlere ulaşabiliyor.

Bu teknoloji, Europa ve Enceladus gibi buzlu uyduların yüzey altı keşfi planlarını daha gerçekçi hale getirerek, yüzey altı buz bileşimi ve yoğunluğunun yüksek çözünürlüklü analizinin yapılmasını sağlayabilir. Ayrıca, Ay veya Mars’taki buz içeren bölgelerden yeraltı malzemelerini çıkararak jeolojik yeniden yapılanma çalışmalarını destekleyebilir.

Ekibin yaklaşık 4 kilogram kütleye sahip lazer matkap konsepti, 150 watt (W) güçle çalışıyor. Kütlesi, delinen derinlik 10 metre de olsa, 10 kilometre de olsa sabit kalıyor.

Zorluklar ve Dünya üzerindeki uygulamalar

Ancak bu lazer konseptinin bazı önemli sınırlamaları da var. Buz bulunmayan taş veya toz katmanlarında delme işlemi duruyor. Bu gibi durumlarda, engelin etrafından dolanmak için yüzeyden yeni bir sondaj deliği açılması gerekiyor. Bu nedenle, lazer matkabının, buzdaki büyük engelleri tespit edebilen radar cihazlarıyla birlikte çalışması gerekiyor.

Su dolu yarıklar da bu lazer matkabı için büyük bir zorluk yaratması mümkün. Bu tür su dolu bölgelerde, lazerin çalışmaya devam edebilmesi için suyun dışarı pompalanması gerekiyor. Ancak bu yarıklar, geçmiş veya mevcut mikrobiyal yaşam için potansiyel yaşam alanlarının kimyasını belirlemeye de yardımcı olabileceği için, bu gibi alanlarda sondaj çalışmalarının yürütülmesi de çok önemli bulgular sağlayabilir.

Ekip, bir sonraki adımda sistemi daha da küçültmeyi, özel bir toz ayırma ünitesi geliştirmeyi ve uzay yeterlilik testlerini tamamlamayı hedefliyor.

Bu yenilikçi araç, sadece uzay keşfinde değil, Dünya’da da çığır açıcı görevlerde kullanılabilir. Avusturya’daki saha testleri, lazer matkabının çukur kazmadan kar yoğunluğunu ölçebileceğini ve bir dron üzerine monte edildiğinde insanların güvenli bir şekilde ulaşamayacağı tehlikeli yamaçlardan veri toplayarak çığları tahmin etmeye bile yardımcı olabileceğini gösterdi.