De berg Erebus bevindt zich aan het einde van onze wereld - en biedt een poort naar een andere.

Het is de meest zuidelijke actieve vulkaan van onze planeet, 12 bereiken, 448 voet (3, 794 meter) boven Ross Island op Antarctica. De temperaturen aan de oppervlakte liggen het grootste deel van het jaar ver onder het vriespunt, maar dat houdt bezoeken van wetenschappers niet tegen:Erebus is ook een van de weinige vulkanen ter wereld met een blootgesteld lavameer. Je kunt over de rand van de hoofdkrater kijken en er recht in staren.

Het is ook een goede vervanging voor een bevroren buitenaardse wereld, het soort waar NASA ooit robots naartoe wil sturen. Dat is waarom Aaron Curtis, een postdoctoraal onderzoeker bij NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californië, bracht de maand december door met het verkennen van ijsgrotten onder de vulkaan. Gedurende enkele weken, hij testte robots, een boor- en computerondersteunde kaarttechnologie die ons ooit zou kunnen helpen de ijzige werelden in ons buitenste zonnestelsel te begrijpen.

Het was Curtis' zevende bezoek aan de berg Erebus, die hij maakte namens zowel JPL als het vulkaanobservatorium Mt. Erebus. Hij reisde met verschillende collega's die alles bestudeerden, van de ouderdom van de rotsen tot de samenstelling van de gassen die door het lavameer worden uitgestoten.

Oceaanwerelden zoals Europa zijn zeker veel vreemder dan Erebus. De temperaturen in Europa liggen honderden graden onder het vriespunt; zijn ijs zal zeker anders zijn dan dat van de aarde; het oppervlak baadt in de straling van Jupiter.

Maar er zijn enkele overeenkomsten die Erebus tot een goede proeftuin maken voor toekomstige technologieën.

"We denken dat sommige kenmerken van deze grotten vergelijkbaar zijn met wat je zou kunnen zien op een maan als Europa, ' zei Curtis.

Bevroren schoonheid

Voor de oude Grieken Erebus was een ingang naar de onderwereld. Het is een passende naamgenoot:wetenschappers hebben ontdekt dat de berg Erebus zijn eigen onderwereld heeft, hoewel een van verbluffende schoonheid.

De gassen van de vulkaan hebben enorme grotten uitgehouwen, die zijn gevuld met bossen van rijm en kathedraalachtige ijsplafonds. Curtis zei dat de hitte van Erebus de grotten gezellig houdt - bijna 32 graden Fahrenheit (0 graden Celsius) - en warme gassen uit de ventilatieopeningen aan de oppervlakte drijft, waar ze bevriezen tot torens. Binnen de grotten, het mengen van warme en koude lucht vormt ijzige "schoorstenen" die naar de grond reiken.

Terwijl hij promoveerde aan het New Mexico Institute of Mining and Technology, Curtis schreef zijn proefschrift over de vorming van deze grotten. Hij zei dat de afgelopen jaren wetenschappers hebben ook een divers scala aan microscopisch kleine organismen ontdekt die in hun binnenste leven. Deze extremofielen, zoals ze bekend staan, suggereren dat leven mogelijk is op verre planeten met vergelijkbare grottenstelsels.

Hulpmiddelen voor een ijzige maan

Curtis trad in 2016 toe tot JPL's Extreme Environments Robotics Group, waar ingenieurs wendbare machines ontwikkelen die kunnen klimmen, haasten en zwerven over moeilijk terrein.

Aaron Parness, manager van het Robotic Prototyping Lab, zei dat de berg Erebus een goede proeftuin was voor een aantal van de robots en instrumenten in ontwikkeling. Wanneer een lid van de groep veldonderzoek doet, ze testen vaak elkaars werk. Het maakt deel uit van de snelle ontwerpprototyping die de inspanningen van de groep stuurt.

"Veldtesten laten je dingen zien die moeilijk te leren zijn in het laboratorium, "Zei Parness. "We springen op die kansen. Zelfs als het prototype nog niet klaar is om perfect te werken, het betekent niet dat het niet klaar is om ons lessen te leren over hoe we de volgende iteratie beter kunnen maken."

Curtis heeft verschillende unieke projecten getest op de berg Erebus. Zo was er de Ice Screw End Effector (ISEE), een soort ijsboor ontworpen voor de "voeten" van een muurklimrobot genaamd LEMUR. Met de boor zou LEMUR zich aan muren kunnen hechten, terwijl je bij elke stap ook monsters van het ijs eruit haalt. Toekomstige ontwerpen kunnen mogelijk controleren op chemische tekenen van leven in deze monsters.

ISEE had voor deze reis niet veel veldtesten gezien - alleen het ijs dat in een koelkast bij JPL groeide.

"We proberen een idee te krijgen van in wat voor soort ijs deze boor werkt, " zei Curtis. Hij voegde eraan toe dat ijs plastic of broos kan zijn, afhankelijk van verschillende dichtheden, vochtigheid en andere factoren. De ijsgrotten onder Erebus bleken veel hogere luchtconcentraties te hebben dan verwacht:"De betrokken verschillen kunnen zijn als proberen een marshmallow te beklimmen versus een licht metaal."

Een andere test was voor PUFFER, een op origami geïnspireerde robot die plat kan zitten tijdens opslag en "opblazen" om een ​​groter gebied te verkennen. PUFFER heeft uitgebreid rond JPL gereden, in Pasadena's Arroyo Seco en andere woestijnomgevingen, maar niet op sneeuw. Curtis bestuurde de robot met behulp van nieuw ontworpen sneeuwwielen, die een brede, vlak oppervlak.

Een ander hulpmiddel dat nuttig kan zijn voor toekomstige ontdekkingsreizigers, is een gestructureerde lichtsensor die wordt gebruikt voor het maken van 3D-grotkaarten. Jeremy Nash en Renaud Detry van JPL leverden de sensor, die afhankelijk is van computervisie om het interieur van een grot in kaart te brengen.

Curtis zei dat ijs een hard materiaal is voor een 3D-model, grotendeels omdat het zo reflecterend is. Licht heeft de neiging om van het oppervlak af te kaatsen, waardoor het voor een computer moeilijk wordt om die gegevens te lezen en een ruimte te reconstrueren.

"IJs schittert, en de glinsterende kristallen zien er vanuit elke hoek anders uit, ' zei Curtis. 'Het is net een spiegelzaal.'

Avontuurlijke Wetenschap

Vergis je niet:een onderzoeksreis naar de berg Erebus is niet bepaald een vakantie.

Curtis en zijn collega's kregen tijdens hun reis te maken met drie grote sneeuwstormen, elk duurt ongeveer een week. Dat leidde tot reisvertragingen toen bevoorradingshelikopters geen veilige doorgang konden maken.

Het team had ook te maken met beperkte energie in een regio met zes maanden nacht, het blokkeren van zonlicht voor zonnecellen. Windturbines op de vulkaan zijn de meest voorkomende vorm van energie, hoewel ze voor hun eigen uitdagingen staan:er vormt zich rijp op de messen, waardoor ze zichzelf aan stukken trillen.

Maar de kans om onderzoek te doen op zo'n desolate en ontzagwekkende locatie is moeilijk te laten liggen.

"Als ik dat waterstofsulfide ruik dat de lucht van min-25 graden Celsius parfumeert, er is nergens waar ik liever zou zijn, ' zei Curtis.