NASA가 지구에서 가장 깊은 바다를 탐험하는 이유

심해에 대한 우리의 이해가 우주 공간의 신비를 푸는 데 도움이 될 수 있을까요? 나사의 우주 임무는 우리를 우리 행성의 미개척 깊이로 이끄는 것입니다. 우리의 바다 는 지구 표면의 70% 이상을 덮고 있지만 그 중 80% 이상이 아직 탐험되지 않은 채로 남아 있습니다. 사실, 우리 는 우리 행성의 해저보다 화성과 달의 표면에 대해 더 많이 알고 있다고 종종 주장됩니다.

나사는 그것을 변화시키는 임무를 수행하고 있습니다. 미국 우주국은 다른 행성의 바다가 어떻게 생겼는지에 대한 단서를 찾고 지구에서 가장 극한 환경 중 하나에서 과학 기술의 한계를 뛰어넘기 위해 심해를 탐사하고 있습니다. 그것은 경이로움과 위험, 그리고 사소하지 않은 폭발 위험으로 가득 찬 임무입니다.

그들이 만드는 수중 발견이 우주 공간의 일부 미스터리를 푸는 데 도움이 되는 동시에 태양계의 다른 곳에서 임무에 필요한 장비와 실험을 테스트하는 데 도움이 되기를 바랍니다.

지구의 바다 깊이는 NASA 가 우리 태양계의 다른 세계에서 찾을 것으로 예상하는 일부 조건과 놀랍게도 비슷합니다. 그들은 과학자들이 외계 생명체를 찾아야 하는 위치에 대한 단서를 제공할 수도 있습니다.

지구 바다의 가장 깊은 부분은 하달 지대(hadal zone)로 알려져 있습니다. 그리스 지하세계의 신 하데스의 이름을 따서 명명된 이곳은 그 이름에 걸맞게 험악한 곳이다. 깊은 해구와 물마루로 구성되어 있으며 전 세계 바다의 표면 아래로 11km(6.8마일)까지 뻗어 있습니다. 누적 으로 호주 크기와 같은 해저 면적을 차지합니다 . 그러나 이 어두운 심연 속으로 뛰어들어 살아남을 수 있는 차량은 거의 없습니다.

NASA 과학자들은 매사추세츠의 우즈 홀 해양 연구소(WHOI)와 협력하여 지구 생명체의 한계를 탐구하고 조사하려고 시도하고 있습니다. 과학자들이 이 지역에 대한 임무를 수행하는 데 사용하는 언어조차도 우주 탐사와 용어를 공유합니다. 최근 몇 년 동안 해양 생물학자들은 센서와 카메라가 장착된 여러 "착륙선"을 하달 지대 바닥의 "불착륙"으로 보냈습니다. 측정을 하십시오.

한때 생명체가 없다고 생각되었던 심해의 열수 분출구에서 생물로 가득 찬 것이 발견되었습니다(Credit: Science Photo Library)

그러나 남부 캘리포니아에 있는 나사 제트 추진 연구소의 엔지니어들은 접근하기 어려운 깊이를 매핑하기 위해 지하 세계를 왔다갔다 했던 고대 그리스 영웅의 이름을 따서 오르페우스라는 새로운 자율 수중 차량을 만들고 있습니다. Nasa의 Perseverance Mars Rover 와 유사한 시각적 탐색 기술을 사용하여 Orpheus는 매우 민감한 카메라를 사용하여 해저의 암석, 조개 및 기타 특징을 식별하여 랜드마크(또는 아마도 해저 표시)가 있는 3차원 지도를 구축합니다. 이를 통해 로봇은 길을 찾고 이미 있었던 장소를 인식할 수 있을 뿐만 아니라 이 가혹한 환경의 생물 다양성에 대해 새로운 시각을 갖게 될 것입니다. WHOI' 를 이끌고 있는 심해 생물학자인 Tim Shank는 "오르페우스는 관문 차량"이라고 말했습니다 .. "효과가 있다면 바다에 갈 수 없는 곳은 없습니다."

Shank가 Hadal 지역의 어두운 깊이에 도달하려고 시도한 것은 이번이 처음이 아닙니다. 2014년 오르페우스의 전신인 네레우스 는 뉴질랜드 북동쪽에 있는 케르마덱 해구로 보내졌다. 수중 차량 은 엄청난 압력으로 인해 약 10km(6.2마일) 아래로 폭발했습니다.

"12시간 후, 우리는 그것이 작은 조각으로 올라오는 것을 보았습니다."라고 Shank는 말했습니다. Nereus의 상실은 그들이 심해를 탐험하는 방법을 재고하게 만들었다고 덧붙였습니다. 약 4륜 오토바이 크기에 무게가 약 250kg인 Orpheus는 이전 수중 차량보다 훨씬 가볍고 작으며 저렴하도록 설계되었습니다. 이렇게 하면 더 민첩해져서 이전에 한 번도 탐험한 적이 없는 해저의 참호와 통풍구에 들어갈 수 있습니다.

 

지구상의 유로파

오랫동안 해양 생물학자들은 하달 지대에서의 생명체는 불가능하다고 생각 했지만, 20세기 전반기에 심해 잠수정이 이 지역으로 모험을 시작하면서 그곳에서 생명체가 생존할 수 있다는 것이 분명해졌습니다. 그러나 모든 살아있는 유기체는 궁극적으로 광합성에 의해 연료가 공급되는 먹이 사슬에 의해 유지된다고 여전히 믿어졌습니다. 지표수에 있는 식물, 조류 및 일부 해양 박테리아는 태양 에너지를 유기물에 저장하는 당으로 변환합니다. 그런 다음 초식 동물이 이것을 먹고 육식 동물이 먹습니다. 과학자들은 해저의 유기체가 죽은 유기물, 즉 동물의 사체, 배설물 및 기타 유기물 찌꺼기 또는 "바다의 눈"의 꾸준한 낙하 로부터 살아남았다고 확신했습니다." 위에서 아래로 표류. 그러나 바다 생물을 가로막는 어떤 것도 버틸 수 있는 식량이 충분하지 않다고 생각되었고, 가장 깊은 곳은 여전히 ​​생명체가 살기에는 너무 어둡고 춥다고 믿어졌습니다.

이들은 직사광선이 필요하지 않은 동물입니다. 해저에서 나오는 화학 물질로 삽니다 – 팀 섕크

그러나 심해에 대한 이러한 인식은 1977년 미국 연구팀이 원격 조종 차량 을 태평양에 8,000피트(2,440m)에 떨어뜨렸을 때 바뀌었습니다. 이 차량은 화산 활동으로 인한 열이 해저에서 새어 나오는 열수 분출구의 이미지를 촬영하기 위해 파견되었습니다.

놀랍게도 과학자들은 이전에 볼 수 없었던 반투명 달팽이 및 양서류와 같은 작은 벼룩 같은 갑각류와 같은 해양 생물로 가득한 환풍구 주변의 활기찬 생태계를 발견했습니다.

"이 발견으로 우리는 지구에서 완전히 새로운 삶의 방식을 발견했습니다."라고 Shank는 말합니다. "직사광선을 필요로 하지 않는 동물입니다. 해저에서 나오는 화학 물질을 먹고 살아요."

과학자들은 당혹스러웠습니다. 하달 지역의 종들이 어떻게 그런 엄청난 압력에서 살아남을 수 있었을까요?

"압력은 평방인치당 15,000파운드입니다."라고 Shank는 말합니다. "동물의 세포 하나하나가 짜낼 정도로 강렬합니다."

1977년 처음 목격된 이후 과학자들은 그러한 깊이에 사는 유기체가 그 아래에서 생존하기 위해 세포 수준에서 적응했다는 것을 발견했다고 Shank는 말합니다. 거대한 양서류 갑각류 와 달팽이와 같은 하달 구역의 생물은 압전액 (그리스어로 압력을 뜻하는 " 피에진 "에서 유래) 이라고 하는 효소 를 가지고 있어 극도로 높은 압력에서 세포막과 단백질이 부서지는 것을 막습니다. 압전액은 단백질이 유기체 세포 내부에서 차지하는 공간을 증가시켜 주변 물의 무게에 대응함으로써 압력에 대응합니다. Shank는 "말뚝을 텐트에 두는 것과 같습니다."라고 말합니다.

오르페우스는 제임스 카메론(James Cameron)의 딥씨 챌린저(Deepsea Challenger)에서 남은 거품의 일부를 사용하여 건설되었습니다(Credit: Woods Hole Oceanographic Institution).

이러한 가혹한 환경에서 생존할 수 있을 뿐만 아니라 번성하는 유기체를 발견하는 것은 우리 행성의 영역 너머를 바라보는 생물학자들에게 중요한 질문을 제기합니다. 다른 해양 세계에서도 발견될 수 있을지 모릅니다.

목성의 위성 유로파의 얼음 표면 아래에는 깊이가 40~100마일(60~150km)인 것으로 여겨지며 지구의 모든 바다를 합친 것보다 2배 많은 물을 함유하고 있는 바닷물이 있습니다. 햇빛은 균열과 균열이 십자형으로 교차하는 유로파의 두꺼운 빙상 아래를 관통하지 않습니다. 얼음 지각 아래의 압력은 하달 지대와 비슷합니다 .

"여기 지구에 유로파가 있습니다."라고 Shank는 말합니다. "지구에서 하기 전까지 유로파에서 어떻게 탐사를 할 수 있는지 모르겠습니다."

지구의 하달 지대를 탐사할 수 있는 로봇은 6억 2,830만 킬로미터(3억 9,040만 마일) 떨어진 얼어붙은 달에서도 같은 일을 할 수 있습니다.

"해저는 이러한 해양 세계 중 하나에 대한 성공적인 임무를 수행하는 데 필요한 기술을 개발할 수 있는 훌륭한 테스트베드입니다."라고 팀의 일원인 나사 제트 추진 연구소의 엔지니어인 Russell Smith는 말합니다. 건물 오르페우스.

그러나 우주 공간이나 심해에서 작동하는 로봇은 완전히 자율적이어야 합니다. Smith는 "로봇은 결정을 내릴 수 있어야 합니다."라고 말하면서 Orpheus가 물 속의 환경 DNA와 화학 물질을 감지 및 분류하고 해저에서 샘플을 회수할 수 있도록 하는 것이 목표라고 말했습니다.

하달 존을 위한 로봇을 만드는 것은 매우 어려운 일이라고 그는 말합니다.

오르페우스는 극심한 압력과 극한의 온도를 견뎌야 합니다. 하달 구역의 물은 빙점 바로 위에 있지만 열수 분출구의 온도는 370C(698F)에 도달할 수 있습니다.

Smith는 "살아남을 수 있는 차량을 개발하는 것은 정말 어렵습니다."라고 말합니다. "전자 장치가 부서지거나 젖지 않도록 하려면 정말 두꺼운 벽이 필요합니다." 오르페우스는 부분적으로 에폭시 수지에 고정된 미세한 유리 구체로 구성된 부력 물질인 신택틱 폼으로 구성됩니다. 오르페우스에 사용된 거품 은 2012년 서태평양 마리아나 해구의 바닥으로 내려온 영화 감독 제임스 카메론의 딥씨 챌린저(Deepsea Challenger )를 위해 생산된 남은 재료에서 나옵니다 .

Alvin은 1977년 심해저로 잠수했을 때 열수 현상을 방문한 최초의 원격 조종 차량이었습니다(Credit: Ralph White/Getty Images)

깊은 바닷속은 칠흑 같은 어둠인 만큼 오르페우스는 거대한 손전등을 장비하고 있다. 표시등이 계속 켜져 있으면 로봇의 배터리가 빠르게 소모되어 엄청난 수심에 좌초됩니다. 전력을 절약하기 위해 Orpheus는 이미지나 샘플을 촬영하지 않을 때 저전력 모드로 전환한다고 Smith는 말합니다.

 

달로의 임무

2017년 나사는 우주 및 해양 탐사 분야를 통합하기 위해 해저로도 알려진 체계적인 수중 생지화학 과학 및 탐사 아날로그( Systematic Underwater Biogeochemical Science and Exploration Analog )를 시작했습니다. 지금까지 그들은 태평양의 열수 분출구로 원격 조종 차량으로 두 가지 임무를 수행했습니다.

하와이 해안에서 약 30km(19마일) 떨어진 로이히(Lō`ihi) 해산과 캘리포니아와 오리건이 만나는 미국 해안에서 120km(75마일) 떨어진 Gorda Ridge 주변의 화산 활동은 화산 활동과 유사할 것으로 생각됩니다 . 유로파와 토성의 위성 엔셀라두스의 해양 세계에서 발견됩니다 .

2023년 나사는 달의 남극에서 얼음을 찾기 위해 로봇 로버를 보낼 것입니다.

"전체 프로젝트는 Enceladus와 같은 장소에서 활동할 것으로 예상되는 것과 매우 유사한 성질을 가진 심해 지역을 찾는 데 기반을 두고 있습니다."라고 Subsea 프로그램을 이끌고 우주비행사를 준비하는 나사의 지구생물학자인 Darlene Lim이 말했습니다 달과 깊은 우주 탐사.

과학자들은 두 개의 해저 임무를 사용하여 이 분출구의 지질학 및 화학적 성질과 그 주변에서 발견되는 생명체를 더 잘 이해했습니다.

"이 통풍구는 매우 무해합니다."라고 Lim은 말합니다. "땅을 통해 올라오는 물과 매우 차가운 바닷물과 상호 작용하는 물의 온도 변화를 매우 면밀히 관찰해야 합니다. 그 행동만으로도 우리가 우리의 해양 세계 중 일부를 탐사해야 한다는 것을 예상할 수 있다는 점에서 매우 가치가 있습니다. 태양계."

유로파와 엔셀라두스에 로봇을 보내는 것은 아직 수십 년이 남았지만 나사 과학자들은 이미 심해 탐사에서 배운 것을 우주 임무에 적용하고 있습니다.

2023년에 나사는 달의 남극에서 얼음을 찾기 위해 로봇 로버를 보낼 것입니다 . Volatiles Investigating Polar Exploration Rover 또는 Viper로 알려진 임무는 로켓 연료나 식수를 위한 자원으로 채굴될 수 있기를 희망하면서 달 분화구 Nobile 근처의 얼음을 연구할 것입니다. 수중에서 작동하지 않는 동안 달 위를 돌아다니는 로버는 동일한 기술적인 문제에 직면하게 됩니다.

"우리는 Subsea에서 배운 모든 것을 Viper에 적용하고 있습니다."라고 Viper의 수석 프로젝트 과학자이기도 한 Lim은 말합니다.

Subsea 프로그램의 목표는 과학자들이 통신 및 기술 관점 모두에서 극도로 어려운 조건에서 연구 목표를 달성할 수 있도록 하는 것이었습니다.

운영 관점에서 해양과 우주 탐사는 공통점이 많습니다. 두 분야에서 로봇은 원격 과학자 팀의 지원을 받아 인간이 도달할 수 없는 위험한 환경을 탐험하도록 파견됩니다. 그러나 미래에 달 기지에서 로봇 장비를 제어하기 위해 우주 비행사를 준비하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.

10명 미만의 과학자들이 해저 임무를 수행하기 위해 바다로 나갔고 해안에서 더 많은 동료 그룹과 함께 작업했습니다. Viper 임무를 위해 팀은 거의 실시간으로 지구에서 로버를 작동하고 데이터를 분석하고 매우 신속하게 결정을 내려야 합니다.

과학자들이 극한 환경에서 탐사를 준비하도록 돕고 Subsea 및 Viper 프로그램 모두에서 일한 나사의 사회 과학자인 Zara Mirmalek은 이러한 임무를 수행하는 동안 효율적인 의사 소통이 매우 중요하다고 말합니다.

토성의 6번째로 큰 위성인 엔셀라두스의 얼음 표면에서 수증기 기둥이 폭발 - 아래에 액체 바다가 숨어 있다는 징후 (제공: Nasa/JPL/Space Science Institute)

심해 탐사를 위해 과학자들은 해양 조건, 날씨 및 염도에 따라 항상 결정을 바꿔야 합니다. 미르말렉은 "계획한 것보다 시간이 줄어들 것이라는 사실을 알고 있다"고 말했다. "조건이 매우 까다롭기 때문에 심해에서 작업하는 것이 훨씬 더 어렵습니다."

미르말렉은 우주 임무에서 통신이 극히 제한적이라고 말합니다. 미르말렉은 우주 환경에 대비하기 위해 해저 과학자들이 하루에 한 번만 서로 통신할 수 있도록 제한했습니다. "실패는 없었습니다. 모든 연구 목표를 달성했습니다."라고 그녀는 말합니다.

Lim은 "해양학 커뮤니티와 협력하여 배운 모든 것은 우리가 Viper를 위한 과학 작업을 설계하는 데 사용하는 프로세스에 대한 확신을 갖는 데 있어 완전히 귀중하고 정말 귀중합니다."라고 말합니다.

그러나 지구 밖의 임무와 마찬가지로 바다 밑바닥에 있는 임무도 인류가 지구를 새로운 방식으로 바라볼 수 있도록 하고 있습니다. NASA는 해양 탐사를 통해 "수천"의 과학적 발견이 이루어졌다고 밝혔지만, 이는 또한 우리가 건강한 바다가 있는 세상에서 계속 살기를 희망한다면 필수적일 수 있는 정보를 제공하고 있습니다. NASA의 과학 임무 부서의 해양 생물학 및 생지화학 프로그램 과학자인 Laura Lorenzoni는 해양 환경을 구하려면 해양 환경을 이해해야 한다고 말합니다.

"이것은 지구상의 생명체에 매우 중요하며 NASA가 수행했으며 계속 수행하고 있는 지속적인 측정은 해양 자원의 지속 가능한 사용을 보장하기 위한 기본 사항입니다."라고 그녀는 말합니다.

그것은 다른 세계를 탐험하기 위한 각 단계에서 우리 자신의 푸른 행성에서 가장 미개척된 부분에 대해서도 조금 더 배운다는 것을 의미합니다.