Ở dưới lớp biển Mars, có số lượng lớn băng nước. Nhưng những đặc điểm của băng ấy—nó còn tinh khiết như thế nào, sâu đến đâu, hình dạng của nó ra sao—vẫn là một điều bí ẩn với các nhà địa hình học hành tinh. Những điều đó cũng quan trọng đối với nhà lập kế hoạch nhiệm vụ: Người đến thăm Sao Hỏa trong tương lai, có thể là người du lịch ngắn hạn hoặc những người định cư lâu dài, sẽ cần hiểu rõ về dự trữ băng dưới bề mặt của hành tinh nếu muốn khai thác nó để uống, trồng cây, hoặc chuyển đổi thành hydro cho nhiên liệu.
Trouble is, dirt, rocks, and other surface-level contaminants make it hard to study the stuff. Mars landers can dig or drill into the first few centimeters of the planet's surface, and radar can give researchers a sense of what lies tens-of-meters below the surface. But the ice content of the geology in between—the first 20 meters or so—is largely uncharacterized.
May mắn thay, đất đai bị mòn. Quên radar và robot khoan: Xác định một điểm đất trần trụi qua thời gian, bạn có một tuyến đường trực tiếp nhìn thấy các lớp dưới lòng đất của Mars—và bất kỳ băng nước nào được chất ở đó.
Bây giờ, các nhà khoa học đã phát hiện một địa điểm như vậy. Trên thực tế, với sự giúp đỡ của HiRISE, một máy ảnh mạnh mẽ trên tàu không gian Mars Reconnaissance Orbiter của NASA, họ đã tìm thấy nhiều địa điểm như vậy.
Trong số này của Khoa học, nhóm nghiên cứu do địa hình học hành tinh của USGS, Colin Dundas, làm trưởng nhóm, trình bày các quan sát chi tiết về tám khu vực sao Hỏa mà trong đó sự mòn đã phơi lớp băng dưới một cách rộng lớn, dốc đứng. Không chỉ là lượng nước mà họ tìm thấy (không phải là bí mật rằng Sao Hỏa chứa nhiều băng ở những khu vực cụ thể này), mà còn là cách nó hứa hẹn là có thể khai thác được. Các tầng bắt đầu ở độ sâu chỉ một mét và kéo dài lên tới hơn 100 mét vào bên trong hành tinh. Các nghiên cứu không ước lượng lượng băng hiện diện, nhưng họ chú ý rằng lượng băng gần bề mặt có thể rộng lớn hơn so với vài địa điểm nơi nó được tiết lộ. Và hơn nữa, băng trông khá tinh khiết.
NASA gọi việc sử dụng nguồn tài nguyên từ không gian là “sử dụng tài nguyên tại chỗ,” và cơ quan này nghĩ rằng nó sẽ là quan trọng để sống sót ở không gian sâu. Đối với người lập kế hoạch ISRU, điều đặc biệt quan trọng là độ sâu của băng và tỷ lệ băng tinh khiết so với băng kết hợp với các phần của đất đỏ Sao Hỏa. Càng tinh khiết băng và càng gần bề mặt, càng ít năng lượng cần để khai thác và sử dụng.
Băng tìm thấy lần này không trong trắng. Qua nhiều năm, các quan sát cho thấy băng đang từ từ trao đổi nước cho khí quyển thông qua quá trình hóa hơi, và dấu hiệu cho thấy các tảng đá và cặn đất đang rơi ra khỏi băng khi nó rút lui. Nhưng một số mảnh vụn là điều dễ dàng dự kiến. Dundas và đồng nghiệp của ông giả định rằng băng xuất phát từ tuyết, rơi dạt theo các làn sóng qua hàng triệu năm. Một số vật liệu đá có lẽ đã xâm nhập vào giữa các sự kiện tuyết—nhưng băng xung quanh, nghiên cứu cho rằng, là tương đối sạch sẽ.
"Trên Sao Hỏa, khi bạn thấy một điều gì đó sáng, đó thường có nghĩa là băng," nói Richard Zurek, nhà khoa học trưởng cho Văn phòng Chương trình Sao Hỏa tại Trung tâm Phát triển Nasa Jet Propulsion, người không liên quan đến nghiên cứu. Hầu hết các vật liệu trên Sao Hỏa phản ánh ít ánh sáng, "nhưng đọc đoán ánh sáng trên những phần được phơi lộ này cho thấy đây là những thứ rất sáng," ông nói. "Và đọc của máy phổ hỗ trợ rằng đây là băng nước chứ không phải đất có đông đặc băng, điều đó sẽ khó chuyển đổi thành nước như một nguồn tài nguyên."
Bây giờ, đừng gói hành lý để đến Sao Hỏa ngay bây giờ. Tám địa điểm mà Dundas và đồng nghiệp của ông quan sát đều nằm ở vĩ độ giữa cao, giữa 55 và 60 độ bắc hoặc nam cực, nơi nhiệt độ có thể giảm rất thấp. Tuy nhiên, hầu hết các nhiệm vụ trên Sao Hỏa hạn chế khu vực đáp xuống của họ trong phạm vi 30 độ so với xích đạo—như là những nhiệm vụ tương lai có phi hành đoàn đến bề mặt hành tinh, có lẽ sẽ làm. Như Zurek nói: "Nếu bạn muốn ấm áp, thì nên ở Hawaii hơn là Alaska."
Nhưng gần xích đạo, nhiệt độ ấm hơn có thể đẩy dự trữ băng dưới lòng đất sâu hơn, nơi chúng sẽ khó tiếp cận hơn. "Vì vậy, đó là điều bạn sẽ muốn theo dõi và điều tra trước khi đặt căn cứ của bạn xuống," Zurek nói.
Kế hoạch để thực hiện điều đó đã đang được thực hiện. "Tôi chắc chắn chúng ta chưa tìm thấy tất cả các phơi lộ ở điểm này," Dundas nói, và có thể có thêm nhiều ở gần xích đạo. Tàu thám hiểm Sao Hỏa 2020 của NASA được trang bị một radar xâm nhập đất có thể cho phép nó nghiên cứu các lớp trên cùng bí ẩn của bề mặt hành tinh. Rover ExoMars của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, cũng dự kiến được phóng vào năm 2020, sẽ được trang bị một máy khoan được thiết kế để lấy mẫu địa chất ở độ sâu lên đến hai mét.
Một lựa chọn khác: thiên thạch nhân tạo. Các nhà khoa học tưởng tượng gửi tàu vũ trụ đi nhờ một chuyến đi qua tầng khí quyển của Sao Hỏa trên các phương tiện lớn, chỉ để rời bỏ ở độ cao thấp và va chạm với hành tinh. Họ sẽ hạ cánh với đủ va đập để chôn sâu một vài mét vào bề mặt hành tinh, phát hiện thành phần của khu vực xung quanh và truyền đạt các quan sát của họ trở lại Trái Đất thông qua vệ tinh ở quỹ đạo Sao Hỏa. "Ý tưởng đó, công nghệ chưa hoàn thiện, nhưng đang phát triển nhanh chóng," Zurek nói.
May mắn thay, các nhà khoa học vẫn còn một thời gian để xác định chính xác các hồ chứa băng nước của Sao Hỏa. Con người có khả năng sẽ trở lại Mặt Trăng trước khi họ phiêu lưu vào không gian sâu. Kế hoạch lạc quan đặt sự xuất hiện của chúng ta trên Hành tinh Đỏ vào thập kỷ 2030. Nơi chúng ta hạ cánh, thời gian thăm, và những gì chúng ta mang theo sẽ phụ thuộc vào nguồn tài nguyên đang chờ đón chúng ta—và mức độ công sức chúng ta sẽ phải làm việc để có được chúng.