Onderzoeker Jekan Thanga van de Universiteit van Arizona haalt wetenschappelijke inspiratie uit een onwaarschijnlijke bron:het bijbelse verhaal van de ark van Noach. In plaats van twee van elk dier, echter, zijn ark op zonne-energie op de maan zou cryogeen bevroren zaad opslaan, sporen, sperma- en eicellen van 6,7 miljoen aardse soorten.

Thanga en een groep van zijn niet-gegradueerde en afgestudeerde studenten schetsen het concept van de maanark, die zij een "moderne wereldwijde verzekeringspolis, " in een paper gepresenteerd tijdens het weekend tijdens de IEEE Aerospace Conference.

"De aarde is van nature een vluchtige omgeving, " zei Thanga, een professor in lucht- en ruimtevaart en werktuigbouwkunde aan het UArizona College of Engineering. "Als mensen, we hadden een close call over 75, 000 jaar geleden met de supervulkaanuitbarsting van Toba, waardoor een 1, afkoelingsperiode van 000 jaar en, volgens sommigen, komt overeen met een geschatte daling van de menselijke diversiteit. Omdat de menselijke beschaving zo'n grote voetafdruk heeft, als het zou instorten, dat zou een negatief trapsgewijze effect kunnen hebben op de rest van de planeet."

Klimaatverandering, hij voegde toe, is een andere zorg:als de zeespiegel blijft stijgen, veel droge plaatsen zullen onder water gaan, waaronder de Svalbard Seedbank, een structuur in Noorwegen die honderdduizenden zaadmonsters bevat om te beschermen tegen onopzettelijk verlies van biodiversiteit. Het team van Thanga gelooft dat het opslaan van monsters op een ander hemellichaam het risico op verlies van biodiversiteit verkleint als een gebeurtenis de aarde volledig zou vernietigen.

Volledig buisvormig

Wetenschappers ontdekten in 2013 een netwerk van ongeveer 200 lavabuizen net onder het oppervlak van de maan. Deze structuren werden miljarden jaren geleden gevormd, toen lavastromen zich een weg baanden door zacht gesteente onder de grond, ondergrondse grotten vormen. Op aarde, lavabuizen zijn vaak vergelijkbaar in grootte met metrotunnels, en kan worden uitgehold door aardbevingen, platentektoniek en andere natuurlijke processen. Dit netwerk van maanlavabuizen heeft een diameter van ongeveer 100 meter. Onaangeroerd gedurende naar schatting 3 miljard tot 4 miljard jaar, ze kunnen beschutting bieden tegen zonnestraling, micrometeorieten en veranderingen in oppervlaktetemperatuur.

Het idee om een ​​maanbasis te ontwikkelen, of menselijke nederzetting op de maan, bestaat al honderden jaren, en de ontdekking van de lavabuis hernieuwde het enthousiasme van de ruimtegemeenschap voor het concept. Maar de maan is niet bepaald een gastvrije omgeving waar mensen langere tijd kunnen doorbrengen. Er is geen water of ademlucht, en het is ongeveer min 25 graden Celsius, of min 15 graden Fahrenheit. Het is ook niet een erg veelbewogen plek.

Anderzijds, diezelfde kenmerken maken het een geweldige plek om monsters op te slaan die honderden jaren achtereen erg koud en ongestoord moeten blijven.

Het bouwen van een maanark is geen kleine onderneming, maar, gebaseerd op een aantal "snelle, back-of-the-envelop berekeningen, " Thanga zei dat het niet zo overweldigend is als het klinkt. Het vervoeren van ongeveer 50 monsters van elk van de 6,7 miljoen soorten zou ongeveer 250 raketlanceringen vereisen. Er waren 40 raketlanceringen nodig om het internationale ruimtestation te bouwen.

"Het is niet gek groot, "Zei Thanga. "Daar waren we een beetje verbaasd over."

Cryogenen en kwantumlevitatie

Het missieconcept bouwt voort op een ander project dat Thanga en zijn groep eerder hadden voorgesteld, waarin miniatuur vliegende en hoppende robots genaamd SphereX in teams een lavabuis binnengaan. Daar, ze zouden monsters van regoliet verzamelen, of stof en losse stenen, en informatie verzamelen over de lay-out, temperatuur en samenstelling van de lavabuizen. Deze informatie zou de bouw van de maanbasis kunnen informeren.

Het model van het team voor de ondergrondse ark omvat een reeks zonnepanelen op het oppervlak van de maan die elektriciteit zouden leveren. Twee of meer liftschachten zouden naar de faciliteit leiden, waar petrischalen zouden worden ondergebracht in een reeks cryogene conserveringsmodules. Een extra goederenliftschacht zou worden gebruikt om bouwmateriaal te transporteren, zodat de basis in de lavabuizen kan worden uitgebreid.

Om te worden gecryopreserveerd, de zaden moeten worden gekoeld tot min 180 C (min 292 F) en de stamcellen worden bewaard op min 196 C (min 320 F). Als een referentie voor hoe koud dit is, het Pfizer COVID-19-vaccin moet worden bewaard bij min 70 C, of min 94 F. Het feit dat de lavabuizen zo koud zijn, en de monsters moeten nog kouder zijn, betekent dat er een risico bestaat dat de metalen delen van de basis kunnen bevriezen, jam of zelfs koud aan elkaar lassen. Op aarde, commerciële luchtvaartmaatschappijen stoppen met werken wanneer de grondtemperatuur min 45 tot min 50 C (min 49 tot min 58 F) bereikt.

Echter, er is een manier om te profiteren van de extreme temperaturen door een buitenaards fenomeen te gebruiken dat kwantumlevitatie wordt genoemd. In dit proces, een cryogekoeld supergeleidend materiaal - of een materiaal dat energie overdraagt ​​zonder warmte te verliezen, zoals een traditionele kabel:zweeft boven een krachtige magneet. De twee stukken zijn op een vaste afstand aan elkaar vergrendeld, dus waar de magneet ook gaat, de supergeleider volgt.

"Het is alsof ze met touwtjes op hun plaats zitten, maar onzichtbare snaren, " zei Thanga. "Als je cryogene temperaturen bereikt, vreemde dingen gebeuren. Een deel ervan ziet er gewoon uit als magie, maar is gebaseerd op beproefde en in het laboratorium geteste natuurkundige principes aan de rand van ons begrip."

Het ontwerp van de ark van het team maakt gebruik van dit fenomeen om de planken met monsters boven metalen oppervlakken te laten zweven en robots door de faciliteit te laten navigeren boven magnetische sporen.

Er moet nog veel meer onderzoek worden gedaan naar de bouw en het gebruik van de ark, van het onderzoeken hoe de bewaarde zaden kunnen worden beïnvloed door een gebrek aan zwaartekracht tot het uitwerken van een plan voor basiscommunicatie met de aarde.

"Wat me verbaast over dit soort projecten, is dat ze me het gevoel geven dat we dichter bij een ruimtebeschaving komen, en naar een niet erg verre toekomst waar de mensheid bases zal hebben op de maan en Mars, " zei Álvaro Díaz-Flores Caminero, een UArizona-promovendus die de thermische analyse voor het project leidt. "Multidisciplinaire projecten zijn moeilijk vanwege hun complexiteit, maar ik denk dat dezelfde complexiteit is wat ze mooi maakt."