Почему исследовать океан сложнее, чем космос?
Мы привыкли думать о космосе как о последней границе – холодной, бесконечной и недосягаемой. Но парадокс в том, что ближайшая инопланетная территория находится не где-то далеко-далеко в космосе, а прямо на нашей Земле. Мировой океан покрывает более 70 % планеты, но изучено из него меньше десяти процентов. Мы знаем о рельефе Луны больше, чем о собственном дне. Почему исследовать другие планеты оказалось проще, чем изучить Марианскую впадину?
Для начала разберемся в том, с помощью каких аппаратов исследуют глубины океана. Существуют два вида подводных аппаратов для изучения океана: необитаемые аппараты и обитаемые, то есть способные погружаться с людьми на борту. Необитаемые подводные аппараты – это глаза и руки учёных, способные изучать океан без риска для человеческой жизни. ROV (remotely operated vehicle) – управляемые по кабелю роботы-водолазы, которые могут висеть над бездной на глубине 6-7 тысяч метров, передавая видео в реальном времени и выполняя тонкие манипуляции: от отбора проб до ремонта подводных станций. AUV (autonomous underwater vehicle) – их свободолюбивая альтернатива. Эти автономные роботы работают без кабеля, двигаясь по заранее заданным маршрутам или ориентируясь по собственным алгоритмам. Они могут часами сканировать морское дно, строить трёхмерные карты, измерять солёность, температуру, химический состав воды.
Существует несколько видов обитаемых подводных аппаратов, но в наше время для научных целей используется только HOV (Human-occupied Vehicles) – современный глубоководный пилотируемый аппарат. До 1960-х годов использовали батисферы и батискафы, однако они устарели и переехали в музеи. HOV могу погружаться на разную глубину: от 2000 метров и до почти 11000 метров, то есть до дна Мариинской впадины. Эти аппараты – настоящие космические корабли под водой, созданные для самых экстремальных условий на планете. Внутри аппарата есть панорамные иллюминаторы из сверхтолстого акрила или кварцевого стекла. Управляемые манипуляторы позволяют брать образцы грунта, минералов и живых организмов, а камеры фиксируют видео высокого разрешения. Обычно HOV вмещают в себя всего 3 человека. Одним из самых известных HOV современности стал Deepsea Challenger, разработанный специально для экспедиции ко дну Марианской впадины. В 2012 году на этом аппарате режиссер Джеймс Кэмерон совершил одиночное погружение почти на 11 километров. Он стад первым человеком в истории, который достиг таких глубин в одиночку. До него на дно Мариинской впадины опускались лишь два человека на батискафе «Триест» в 1960 году.
Главной преградой для интенсивных глубоководных исследований всегда было колоссальное давление. Каждый десятиметровый слой воды добавляет одну атмосферу. На глубине 11 километров, где лежит дно Марианской впадины, давит уже более 1100 атмосфер. Это будто на небольшой шар давит груз величиной с 50 небоскребов. Сталь на такой глубине ведёт себя подобно мягкой фольге, а даже небольшой дефект корпуса может привести к непоправим последствиям. Получается, что материалы для изготовления глубоководных аппаратов должны выдерживать огромное давление. Но это еще не все. Подводные аппараты должны быть плавучими, а значит материалы выбирают еще и по легкости. Поэтому для строительства таких аппаратов используют титановые, алюминиевые сплавы, а также современные специализированные пластики. Интересно, что внутри глубоководных пилотируемых аппаратов давление остаётся таким же, как на поверхности, поэтому на человека никак не влияет гигантское внешнее давление глубины. Так что для пилота и учёных погружение – это не экстремальный опыт для тела, а скорее для нервной системы: вокруг абсолютная тьма, холод и давление, которое способно раздавить стальной шар, но которого они не чувствуют.
Ещё одна серьёзная проблема глубоководных исследований – абсолютная темнота. Уже на глубине тысячи метров солнечный свет исчезает полностью, и аппараты оказываются в среде, где естественного освещения нет вовсе. Температура опускается до 2-4 °C, из-за чего многие материалы становятся хрупкими, а смазки теряют свои свойства. Чтобы ориентироваться и вести съёмку, глубоководные аппараты используют мощные светодиодные прожекторы, однако даже они дают обзор всего на несколько метров: плотная толща поглощает и рассеивает свет намного сильнее, чем воздух. В таких условиях особенно важна надёжность электроники. Любой перегрев или сбой в системе может привести к отказу жизненно важного оборудования, поэтому аппараты оснащают системами охлаждения, термоизоляции и защиты, способными стабильно работать при давлении в тысячи атмосфер и практически нулевой температуре.
Также под водой нет GPS, что сильно затрудняет исследования океана. Радиосигналы просто не проходят через толщу воды, поэтому и роботы, и пилотируемые аппараты ориентируются по собственным внутренним системам. ROV получают команды по кабелю и идут за судном как на длинной электронно-оптической веревке. AUV работают автономно: используют инерциальные датчики, компас, глубиномер и сонар, который сканирует дно и строит карту прямо по ходу движения. Для более точного определения местности учёные расставляют акустические маяки, по которым аппарат определяет своё местоположение. Пилотируемые аппараты используют те же принципы, но только управляет ими человек внутри. За иллюминатором, естественно, полная тьма, поэтому пилот ведёт аппарат почти полностью по приборам: компасу, глубиномеру, инерциальной системе и сонару, который отображает рельеф вокруг. Маршрут заранее просчитывают, а во время погружения пилот постоянно сверяется с акустическими сигналами и картой рельефа, откликом сонара. Навигация в глубинах – это работа без спутников и привычных ориентиров, где каждое движение рассчитано приборами и точностью инженерных систем.
Исследовать океан невероятно сложно: он скрывает под собой мир, куда не проникает свет, где давление способно раздавить сталь и где аппараты вынуждены работать почти «на ощупь». Даже самые современные HOV, ROV и AUV могут обследовать лишь крошечные участки в масштабах океана, который покрывает более 70% планеты и уходит вглубь на километры. Парадокс в том, что о других планетах мы знаем больше, чем о собственном океане. Космос позволяет наблюдать себя дистанционно: телескопы видят поверхности других миров за миллионы километров, орбитальные станции сканируют Марс сверху вниз, а межпланетные аппараты передают карты и спектры. Ультракороткие волны, радиосигналы и свет свободно распространяются в космосе. Это даёт учёным почти беспрепятственный доступ к данным. С океаном всё иначе. Он не прозрачен ни для света, ни для радиоволн, поэтому любую информацию приходится буквально вынимать из глубины: погружением роботов, прокладкой акустических сетей, недельными экспедициями. Если космос – это пространство, которое можно увидеть, измерить и изучить на расстоянии, то океан – закрытый мир. Именно поэтому глубоководные исследования развиваются медленнее: доступ к дну требует огромных ресурсов, сложной техники и смелости людей, готовых рисковать жизнью ради науки.
Глубины океана – это бесконечный музей открытий, который человечество потихоньку изучает. Например, на глубине 3-5 км существуют гидротермальные источники, где вода кипит при 400 °C и насыщена металлами. Вокруг этих источников существуют целые оазисы жизни. А ещё глубины населяют совсем причудливые, а иногда даже страшные, создания: рыба-капля, чёрные драконы с прозрачными зубами, удильщики с биолюминесцентными приманками и мешкороты. Их анатомия показывает биологам, как жизнь приспосабливается к полной тьме и чудовищному давлению, а хемосинтезирующие бактерии подсказывают, как могла возникнуть первая жизнь на Земле и где её стоит искать на других планетах. Не менее загадочен мир подводных звуков. Знаменитый низкочастотный Bloop, записанный в 1990-х, долго считали голосом неизвестного гиганта, пока не выяснили, что, скорее всего, это треск раскалывающегося ледяного шельфа. Но десятки других аномальных шумов до сих пор не имеют однозначного объяснения. Океан – главный климатический двигатель Земли: он рождает циклоны, регулирует погоду, влияет на урожаи и удерживает колоссальные объёмы углекислого газа. В его недрах лежат редкие минералы, новые биомолекулы, потенциальные лекарства и источники энергии. Понимание процессов в глубинах позволяет точнее прогнозировать цунами, отслеживать активность подводных вулканов и защищать критически важные коммуникации – от интернет-кабелей до линий электропитания. Изучая океан, мы изучаем фундамент устойчивости всей планеты.
Автор: Софья Матушкина
