Laser poslouží při zkoumání struktur a obsahu ledu lépe než dosavadní techniky na odběry vzorků z ledu prostřednictvím vrtných či tavných souprav.
Když vědci sní o prozkoumání stop dávných časů ukrytých v ledových krustách měsíců, jako je Jupiterova Europa nebo Saturnův Enceladus, nebo jiných ledových oblastí, jako jsou trvale zastíněné měsíční krátery nebo ledové půdy poblíž marsovských pólů, je k tomu třeba vrtání do ledu za účelem odběru vzorků k další analýze. Tradiční vrtačky a tavicí sondy jsou však těžké a potřebují obrovské množství energie. Vědci z Ústavu leteckého inženýrství na Technické univerzitě v Drážďanech však vyvinuli slibné nové řešení: laserový vrták, který dokáže v ledu vytvářet hluboké, úzké kanály a zároveň udržet nízké nároky na hmotnost i energii. „Vytvořili jsme laserový vrták, který umožňuje hluboký, úzký a energeticky úsporný přístup do ledu bez zvětšování hmotnosti přístroje, čehož běžné vrtačky a tavicí sondy nemohou dosáhnout,“ uvedl pro server Space.com hlavní autor studie Martin Koßagk. U mechanických vrtaček je totiž pro dosahování vyšších hloubek potřeba navyšovat výkonnost, a tudíž i hmotnost, protože vysouvají vrtací/ odběrové tyče dolů a tavicí sondy se spoléhají na dlouhé, energeticky náročné kabely. Laserová vrtačka se oběma problémům vyhýbá tím, že všechny části přístroje zůstávají na povrchu. Do ledu proniká pouze koncentrovaný paprsek, který jej odpařuje, na místo toho, aby ho odvrtával nebo jen tavil. Pára uniká vzhůru úzkým vrtem, který je tak akorát široký na to, aby vynášela i vzorky dalších plynů i prachu ukrytých v jednotlivých vrstvách. Přístroje na povrchu pak mohou tyto vzorky analyzovat ohledně chemického složení a hustoty, což poskytuje cenné informace o tepelných vlastnostech a historii formování zkoumaného kosmického tělesa. I když lasery nepatří mezi energeticky nejúčinnější nástroje, paprsek odpařuje pouhou dírku v ledu, což znamená, že vrtačka spotřebovává mnohem méně celkové energie než elektrické ohřívače. Pracuje také rychleji v prachových vrstvách, které zpomalují tradiční tavicí sondy, což jí umožňuje vrtat mnohem hlouběji bez přidané hmotnosti nebo energie. Přístroj založený na principu laseru proto „umožňuje realističtější průzkum podpovrchových vrstev ledových měsíců, umožňuje analýzu složení a hustoty ledu s vysokým rozlišením, zlepšuje modely přenosu tepla a hloubky oceánu na tělesech, jako jsou Europa a Enceladus, a podporuje studie formování kůry,“ uvedl Koßagk. „Na Měsíci nebo Marsu může laserový vrták také extrahovat podpovrchový materiál, jako je prach z kráterů nebo půd s ledem, což umožňuje geologickou rekonstrukci i za povrchovými vrstvami.“ Koncept laserového vrtacího zařízení od týmu pracuje s výkonem zhruba 150 W a jeho projektovaná hmotnost je přibližně 4 kg, přičemž zůstává konstantní bez ohledu na to, zda je třeba vrtat do hloubky 10 m, nebo 10 km. Koßagk však poznamenal, že hmotnostní spektrometr pro analýzu plynu a přístroje pro separaci a analýzu prachu pochopitelně požadavky na výkon a hmotnost o něco zvyšují. První testy ukazují slibné výsledky. Prototyp vrtal vzorky ledu o délce asi 20 cm za vakua a kryogenních podmínek během laboratorních experimentů, pro otestování hloubek větších než metr pak proběhly terénní testy v Alpách a Arktidě. V testech s laserovým výkonem 20 W systém dosahoval rychlostí vrtání 1—3 m/h v sypkém nebo prašném ledu. Koncept založený na laseru však není bez omezení. V kameni nebo vrstvách prachu, ve kterých není led, který by se mohl odpařit, by se proces vrtání zastavil. A v těchto případech by bylo nutné vyvrtat nový vrt z povrchu, který obchází překážku. Je proto důležité provozovat laserovou vrtačku ve spojení s dalšími měřicími přístroji. Radarové přístroje by mohly nahlédnout do ledu a lokalizovat větší překážky, kterým by se pak laserová vrtačka mohla vyhnout. Problém by představovaly i trhliny naplněné vodou. Po jejich navrtání by z nich laserový vrták musel nejprve odpařit pronikající vodu, než by mohl pokračovat ve vrtání hlouběji. Vrtání do ledových oblastí by mohlo pomoci identifikovat chemická složení indikující prostředí vhodná pro minulý nebo současný mikrobiální život. Pokud se bakterie někdy v minulosti v dané oblasti vyskytovaly, jejich pozůstatky by mohly být detekovatelné ve vzorcích odebraných z laserem vyvrtaného vrtu. Tento typ laserového vrtacího zařízení vyžaduje miniaturizaci systému a vývoj jednotky pro odlučování prachu a dokončení testů pro vesmírné použití. Kompaktní verze s užitečným zatížením by se jednoho dne mohla dostat na palubu přistávacího modulu k ledovému měsíci, což by vědce přiblížilo k rozluštění tajemství ukrytých pod povrchem mimozemských těles, uvedl Koßagk. Na Zemi by stejný nástroj mohl pomoci předpovídat laviny. Terénní testy ve spolupráci s Rakouským výzkumným centrem pro lesy a Úřadem pro přírodní rizika v Alpách a Arktidě ukázaly, že laserová vrtačka dokáže měřit hustotu sněhu bez nutnosti kopat jámu — a namontovaná na dronu by mohla shromažďovat data z nebezpečných svahů, kam se lidé nemohou bez rizika dostat, uvedl Koßagk. Ať už na Zemi, nebo v hlubokém vesmíru, cíl je stejný: podívat se pod povrch a pochopit, co se skrývá v ledu.
/Karel Sedláček/
