POR QUÉ LOS POLARES DE RUSIA DESCUBREN UN ANTIGUO LAGO BAJO EL HIELO DE LA ANTARCTIDA Y POR QUÉ HAY VUELOS A JÚPITER AQUÍ
El 25 de enero, miembros de la expedición antártica rusa perforaron un pozo en el relicto del lago Vostok, que había estado aislado del mundo exterior durante millones de años. Quizás este lago alberga organismos "extraterrestres", a diferencia de todo lo que se conoce hoy en día, pero similares a los que pueden existir en los océanos subglaciales de las lunas de Júpiter: Europa o Ganímedes.
Formalmente, este es el segundo intento exitoso, la primera vez que se perforó un pozo en el lago en 2012, y se bloqueó de inmediato. Esta vez, el canal entre el lago y la superficie se puede mantener abierto durante mucho tiempo, y los científicos podrán averiguar en detalle si alguien vive en la oscuridad eterna bajo cuatro kilómetros de hielo, en el agua o en el fondo del lago más extraño del mundo.
A menos que este programa esté cerrado. Debido al fuerte aumento del tipo de cambio del dólar, se cuestiona la labor misma de los exploradores polares rusos en la Antártida y aún no se ha tomado la decisión de continuar con el FTP "World Ocean", con el que se financiaron muchos proyectos científicos en el Ártico y la Antártida. Es posible que uno de los proyectos científicos más grandes de la URSS y Rusia, iniciado en 1957, se congele justo antes de comenzar a producir resultados verdaderamente sensacionales y críticos. Existe el riesgo de que la primera generación de astrobiólogos rusos nunca cruce este umbral.
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Toda la historia comenzó hace más de medio siglo, cuando en diciembre de 1957 un tren tractor-trineo dirigido por el futuro académico Alexei Treshnikov llegó al centro del continente helado, hasta el punto en que se creó la estación de Vostok. Fue nombrado así en honor al balandro "Vostok", el velero de Thaddeus Bellingshausen, en el que navegó para descubrir la Antártida en 1819.
Tienes que imaginar lo que es: Oriente. La costa más cercana está a 1260 kilómetros de aquí, y la estación más cercana Mirny está a 1410 kilómetros. Incluso en verano, la temperatura no supera los 35 grados bajo cero, y el calor récord es de menos 14 grados. En realidad, aquí está el polo de frío de la tierra, en el este se registró un récord de temperatura: 89,2 grados bajo cero. El aire aquí es extremadamente seco, el frío eterno congela toda la humedad del aire. Al mismo tiempo, la estación se ubica casi en el centro del gigantesco glaciar Antártico, a una altitud de unos 4 mil metros. Esto significa que la hipoxia se suma a la sequedad y las heladas del desierto, la falta de oxígeno que la gente suele enfrentar en las montañas.
En la década de 1960, el hielo iba a ser perforado con un reactor nuclear en miniatura que habría derretido el glaciar de principio a fin.
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Solo se puede llegar en verano: en invierno, durante la noche polar, los aviones no pueden llegar. Las cargas importantes, en su mayoría barriles de combustible diesel para una planta de energía diesel, se transportan en trenes de trineo y tractores.
¿Qué llevó al pueblo soviético a este horrible desierto helado? Decir que sólo el interés científico es engañoso. El trabajo de las estaciones de investigación en la tierra de nadie y la Antártida desmilitarizada es algo así como una "exhibición de la bandera" en el océano. Tenemos que demostrar: estamos aquí, este es nuestro sector, que nos asignó el Tratado Antártico, y nadie puede ocuparlo aprovechando nuestra ausencia.
En 1960, en la estación de Vostok, comenzó la perforación del glaciar: con la ayuda de proyectiles de perforación térmica caseros, fue posible penetrar a una profundidad de 50 metros. Se consideró un proyecto para perforar hielo utilizando un reactor nuclear en miniatura, que tendría que derretirse a través del glaciar. La perforación comenzó en serio en 1967, cuando llegaron al este los profesionales del Instituto de Minería de Leningrado. El primer pozo se perforó en el hielo, a 560 metros de profundidad.
Entonces nadie sabía de la existencia del lago Vostok: los científicos estaban perforando para obtener un núcleo glacial, es decir, una columna de hielo. El glaciar en el centro de la Antártida está creciendo lentamente, si perforas un pozo y obtienes un núcleo, tendrás hielo en tus manos de cientos de miles de años. Cada burbuja de aire en ese hielo es algo así como una mosca en ámbar, un antiguo artefacto conservado que permite juzgar el estado de la atmósfera en el pasado profundo. Por tanto, el núcleo de hielo de la estación Vostok se considera una de las principales fuentes de datos sobre la historia del clima en la Tierra.
En 1998, cuando el pozo 5G-1 en el este alcanzó una profundidad de 3623 metros, los científicos obtuvieron una serie continua de datos climáticos durante 420 mil años. Resultó que durante este tiempo en la Tierra hubo cuatro edades de hielo, acompañadas de una caída en la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera, y se encontró que la concentración actual de dióxido de carbono es un récord en el último medio millón de años. La teoría del calentamiento global surgió precisamente de esas observaciones. Los datos del este se ampliaron más tarde y se corroboraron con datos de otros proyectos de núcleos de hielo, incluido el proyecto europeo antártico EPICA y proyectos similares en Groenlandia.
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A finales de la década de 1980, los exploradores polares adquirieron un nuevo objetivo: el lago Vostok. Este gigantesco lago subglacial es comparable en tamaño al estado de Qatar (o al tercero de Baikal), y se lo considera el último gran descubrimiento geográfico en la historia de la Tierra. Pero este descubrimiento no se hizo de la noche a la mañana. En 1876, el príncipe Pyotr Kropotkin, que no solo era un anarquista, sino también un geógrafo profesional, escribió que la temperatura en las capas inferiores de los poderosos glaciares puede aumentar fuertemente bajo presión: en otras palabras, hace calor bajo el hielo polar. A principios de la década de 1960, los científicos soviéticos calcularon que la temperatura del hielo en el fondo del glaciar antártico podría superar el punto de fusión, lo que significa que podría haber acumulaciones de agua de fusión en el lecho continental.
Los primeros indicios de la existencia del lago Vostok bajo una capa de hielo aparecieron cuando, en 1959 y 1964, científicos soviéticos, dirigidos por el geógrafo de la Universidad Estatal de Moscú, Andrei Kapitsa (hijo del premio Nobel Pyotr Kapitsa y hermano de Sergei Kapitsa) realizaron sondeos sísmicos del glaciar. Luego, los científicos pudieron medir su grosor y, además del reflejo del fondo del glaciar, vieron otra señal, que tomaron fuera del límite de la capa de rocas sedimentarias debajo del glaciar. Ahora entendemos que estas "rocas sedimentarias" eran agua de lago.
A mediados de la década de 1970, los científicos británicos, como resultado del sondeo de radar de un glaciar en el centro de la Antártida, descubrieron áreas con reflejos "planos". Luego, por primera vez, se planteó la hipótesis de que esto es un reflejo de la frontera "agua helada". El sitio más grande de este tipo se encontró cerca de la estación de Vostok.
En 1996, Andrei Kapitsa, Igor Zotikov del Instituto de Geografía de la Academia de Ciencias de Rusia y sus colegas británicos resumieron en un artículo publicado en la revista Nature, todas las observaciones de radar y satélite y llegaron a la conclusión final: a una profundidad de aproximadamente cuatro kilómetros bajo el hielo hay un lago con un área total de aproximadamente 10 mil kilómetros cuadrados y una profundidad media de unos 125 metros.
Hay un poste frío en la estación de Vostok. Fue aquí donde se registró la temperatura más baja de la Tierra: menos 89,2 grados Celsius.
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En ese momento, el pozo 5G-1 se había perforado a una profundidad de 3100 metros, y en 1998, a una profundidad de 3623 metros. Según los cálculos, quedaban unos 120 metros hasta el lago Vostok. Pero la perforación se detuvo a pedido del Comité Científico Internacional de Investigaciones Antárticas (SCAR). Los exploradores polares rusos tuvieron que presentar una "tecnología respetuosa con el medio ambiente" que excluiría la entrada de contaminación externa al lago relicto.
La pausa se prolongó durante ocho años. Durante este tiempo, los científicos franceses y estadounidenses que participaron en los estudios de perforación y paleoclimáticos (y recibieron un tercio de la muestra del núcleo) abandonaron el proyecto y el proyecto de perforación se convirtió en un proyecto nacional ruso.
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¿Cómo no estropear el lago? Perforar agujeros tan profundos en un glaciar no es menos difícil que una roca. El pozo, dejado solo, rápidamente "flotará" y desaparecerá, debe hacer un esfuerzo especial para que el taladro no se congele en el hielo, no se atasque en él. Durante los 40 años de historia en el este, se han perdido, atascado en profundidad o congelado en el hielo varios proyectiles de perforación.
Para preservar el pozo, se llenó con un fluido de perforación, una mezcla de queroseno de aviación y freón, que evitó que el pozo se congelara. Las paredes de la parte superior del pozo fueron reforzadas con cuerdas de revestimiento de plástico. SCAR temía que el fluido de perforación pudiera contaminar el lago Vostok si ingresa al lago Vostok.
En 1999, los científicos rusos presentaron sus propuestas a la organización del Tratado Antártico. Su idea era aprovechar la alta presión del agua del lago, que flota sobre casi cuatro kilómetros de hielo. Si la cantidad de fluido de perforación en el pozo no es suficiente para compensar la presión desde abajo, el agua del lago simplemente empujará la columna de fluido de perforación hacia arriba y luego se congelará, formando un tapón natural entre el lago y el mundo exterior. Para evitar el contacto directo del agua con el fluido de perforación, los científicos rusos sugirieron usar una "junta" inactiva, una capa de un polímero líquido a base de silicio, polidimetilsiloxano.
Pero los expertos internacionales exigieron que la eficacia de este método se pruebe en la práctica. El jefe de la expedición antártica rusa, Valery Lukin, estaba indignado: “Nos dijeron: ¿dónde probaste esta tecnología, solo tienes desarrollos teóricos, encuentra algún otro lago en la Antártida … Pero entiendes? Para esto necesitas crear una nueva infraestructura separada, esto enormes fondos!"
Sin embargo, los científicos rusos no tuvieron que buscar un "lago de prueba". En 2003, el NGRIP europeo (North Greenland Ice Core Project) alcanzó un lago subglacial en el norte de Groenlandia a una profundidad de 3.085 metros. Y la penetración en el lago ocurrió exactamente de acuerdo con el escenario descrito anteriormente por los expertos rusos: después de la penetración, el agua subió 45 metros por el pozo y la mezcla tóxica de queroseno y freón no entró en el lago.
En 2004, se reanudó la perforación; resultó que en siete años el pozo no se había deformado lo suficiente como para comenzar de nuevo. En 2007, dos veces seguidas, el taladro se atascó y se desprendió de su cable a una profundidad de 3660 metros. Por lo tanto, en enero de 2009, la perforación comenzó a desviar el área de emergencia desde una elevación de 20 metros.
Finalmente, el 5 de febrero de 2012, a 3769,3 metros de profundidad, el taladro llegó al agua del lago Vostok. Los científicos subestimaron algo la presión en el lago, y el agua del lago subió a través del pozo unos 500 metros hacia arriba, empujando el fluido de perforación, que salpicó del pozo. Después de levantar el taladro, las primeras muestras de agua del lago mezcladas con fluido de perforación cayeron en manos de los científicos. Fue este líquido amarillento el que los exploradores polares llevaron más tarde como regalo a Putin cuando fueron invitados a reunirse con el primer ministro en el Kremlin.
Durante los siguientes dos años, los exploradores polares perforaron agua del lago congelada en un pozo para obtener muestras de hielo fresco del lago. La perforación continuó este año, con la perforación en un ligero ángulo con el pozo para golpear el lago en un punto diferente. Finalmente, en la noche del 25 de enero, los científicos rusos llegaron nuevamente al lago Vostok.
Esta vez todo se calculó con mayor precisión y el agua del lago subió solo 45 metros.
"Queríamos que la presión fuera prácticamente la misma, para que el agua no subiera demasiado y que el agua fuera un" tapón "entre el lago y el pozo, que pudiera perforarse rápidamente", dice Andrei Dmitriev de la Universidad de San Petersburgo "Gorny", de donde el soviético En otros tiempos, desarrollaron tecnologías de perforación para Oriente. En el futuro, dice, será posible instalar un dispositivo calefactado especial en el fondo del pozo, que lo mantendrá abierto. A través de estas "compuertas" será posible pasar sondas para estudiar el espesor del lago y su fondo.
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El lago Vostok ha estado aislado del mundo exterior durante millones de años, y si hay vida en él, lo más probable es que sea completamente diferente a todo lo que conocemos hoy. Sin embargo, las condiciones allí recuerdan mucho a la situación en una de las lunas de Júpiter: Europa. Un océano líquido se oculta bajo la gruesa capa de hielo de este cuerpo celeste. El agua que contiene se calienta con el calor de las entrañas de Europa, que no se enfrían debido a la acción de las mareas de la gravedad de Júpiter.
Las posibilidades de encontrar vida en Europa son incluso mayores que en Marte, ya que no ha habido agua líquida en Marte durante miles de millones de años, pero Europa la tiene ahora. En muchos sentidos, las condiciones en el lago Vostok son similares a las "europeas". La oscuridad eterna y la posible presencia de fuentes de calor geotérmico permiten que solo existan organismos quimioautótrofos, es decir, aquellos que viven por reacciones químicas y pueden prescindir del Sol. Estos organismos en la Tierra se han encontrado cerca de fuentes termales de aguas profundas, "fumadores negros".
El hielo, de 420 mil años, que fue sacado del pozo, ayudó a dar a luz a la teoría del calentamiento global.
Los científicos de principios de la década de 2000 ven el lago Vostok como un campo de pruebas conveniente para desarrollar tecnologías para encontrar vida en Europa.
"El lago subglacial Vostok puede considerarse como el único cuerpo de agua extremadamente limpio en la Tierra que puede servir como un campo de pruebas único para encontrar rastros esquivos de vida en cuerpos helados, como la luna jupiteriana Europa", escribieron científicos del grupo de Sergei Bulat, un empleado del Instituto de Física Nuclear de San Petersburgo. en Avances en la Investigación Espacial.
Los primeros microorganismos que podrían pertenecer al ecosistema del lago se encontraron en 1999. Luego, el pozo 5G a una profundidad de 3538 metros entró por primera vez en la capa de hielo desde el agua congelada del lago. La NASA emitió una declaración especial destacando las similitudes entre el este y el océano de Europa.
En 2004, un grupo dirigido por Bulat identificó el ADN de bacterias termófilas que viven cerca de fuentes termales en muestras de agua del hielo del lago a 50-52 grados sobre cero. Los científicos escribieron que el agua de la masa del lago está cerca del punto de congelación (debido a la alta presión, el punto de congelación del agua está por debajo de cero: esto es aproximadamente menos dos grados Celsius), por lo que los microorganismos pueden originarse en las afueras del este, donde puede haber salidas geotérmicas en las zonas de rift. Sin embargo, en todos estos casos, se trataba de una sola bacteria y, además, era imposible excluir la posibilidad de contaminación: contaminación de las muestras con bacterias "extrañas".
El momento de la verdad llegó en 2012, cuando las primeras muestras de agua dulce del lago cayeron en manos de los científicos. La investigación fue realizada por el grupo de crioastrobiología del PNPI bajo el liderazgo de Bulat.
Estación "Vostok", 1984 / RIA Novosti
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Sergei Bulat, al hablar de sus expectativas, destacó que podemos hablar de una vida absolutamente "extraterrestre". El hecho es que el agua del lago debe tener una concentración extremadamente alta de oxígeno (hasta 0,7-1,3 gramos de oxígeno por litro): el agua se forma a partir de un "glaciar atmosférico" que se derrite y está saturado de oxígeno, y el agua recién congelada no lo contiene. La ciencia no conoce a esos oxigenófilos ahora. Por otro lado, las bacterias pueden existir en el fondo o en los sedimentos del fondo, en el borde de dos ambientes.
Los primeros datos fueron presentados por el grupo de Bulat en el otoño de 2012 en una conferencia en Estocolmo, pero resultaron ser cero: los científicos no pudieron encontrar nada más que contaminación (los propios biólogos los llaman el elegante término "contaminantes"). Sin embargo, en marzo de 2013, el análisis de otras muestras reveló algo interesante: ADN bacteriano que no estaba en la biblioteca de contaminantes y no se encontraba entre las secuencias de genes de bacterias ya conocidas en la base de datos de Genbank.
Bulat hizo una presentación sobre estos resultados en una conferencia en el Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Rusia, y su mensaje causó sensación: ¡se encontró una bacteria desconocida en el lago Vostok! El Instituto Ártico y Antártico incluso tuvo que emitir una declaración especial de que esta bacteria no representa una amenaza para las personas.
Otros científicos se mostraron escépticos sobre los datos del grupo de Bulat. Primero, obtuvieron muestras de hielo picado de un taladro y se mezclaron aproximadamente uno a uno con un fluido de perforación (es decir, con queroseno y freón). En segundo lugar, no se puede descartar que este sea otro contaminante, simplemente no incluido en la biblioteca de contaminantes.
Un año después, muestras de hielo "limpio" de un pozo recién perforado cayeron en manos del grupo de Bulat. En 2014, presentó un nuevo informe en la conferencia COSPAR en Moscú, donde dijo que se encontraron un total de 49 especies de bacterias en muestras de hielo, todas ellas contaminantes, excepto dos que no pudieron ser clasificadas e identificadas utilizando las bases de datos de genes disponibles.
Sin embargo, estos resultados aún no se han publicado en una revista científica, y el propio grupo de Bulat señala que se necesitan nuevas muestras de agua del lago para obtener una prueba al cien por cien.
El lago Vostok ha estado aislado del mundo exterior durante millones de años. Y si hay vida en él, lo más probable es que sea completamente diferente a todo lo que conocemos hoy.
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Una nueva perforación y un "tapón" relativamente pequeño dejado en el fondo del pozo permitirá explorar sistemáticamente el lago.
“La presión estará equilibrada y será posible entrar al lago con sondas y estudiar el lago, el agua y todo lo que hay debajo. Tome muestras de agua no congeladas, sino en forma “viva””, dice Vyacheslav Martyanov, subdirector de la Expedición Antártica Rusa.
Según Andrei Dmitriev, los especialistas de Gorny ya han creado y probado una sonda que puede llegar al fondo del lago y perforar los sedimentos del fondo.
“Creemos que los sedimentos del fondo tienen unos 10 metros de espesor. Allí, como en el fondo de cualquier lago, hay limo, y los que estudian la vida están interesados en el limo”, dijo Dmitriev.
Sin embargo, este año la sonda no entrará en el lago. En febrero, comienza la temporada de invierno en el este, los perforadores se van hasta el próximo verano austral, y en la Antártida, como en todo el hemisferio sur, llega cuando es invierno en Europa y Estados Unidos. Sin embargo, si será "verano" es una cuestión. Es posible que la perforación en la estación Vostok se reduzca debido a la falta de dinero.
“Desde 2014, hemos estado haciendo ciencia por nuestra cuenta, sin financiación gubernamental dirigida … Y las últimas noticias: la RAE se ve obligada a reducir costos … Hasta ahora, no estamos hablando del cierre completo de la estación, sino de reducir el trabajo estacional, pero para la ciencia rusa esto será un duro golpe”, escribe en su blog uno de los expedicionarios Alexei Ekaikin.
El problema es que una parte importante de los gastos del RAE está en moneda extranjera. Estos son vuelos, transporte de mercancías, combustible. Con el crecimiento del tipo de cambio, todos crecieron muchas veces.
En junio, en una reunión con Putin, el director de la AARI, Ivan Frolov, habló sobre la necesidad de ampliar el programa World Ocean, que financió la investigación del lago Vostok. El borrador del programa para el período de 2015 a 2030 existe, pero aún no ha sido aprobado, lo que significa que se desconoce el futuro del proyecto.
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Paralelamente a la perforación de un pozo en el lago Vostok, los estadounidenses y los británicos lanzaron sus propios proyectos para explorar los lagos subglaciares antárticos. En particular, los científicos estadounidenses, utilizando chorros de agua caliente, perforaron un pozo en el pequeño lago Willans, ubicado a una profundidad de unos 800 metros. Sin embargo, el lago Willans es un cuerpo de agua que fluye, no está en absoluto aislado, como el este, por lo que el grado de interés para los científicos es mucho menor.
El proyecto del Reino Unido para perforar un pozo en el lago antártico Ellsworth, que comenzó en diciembre de 2012, fue significativamente más ambicioso. Este lago se encuentra a una profundidad de unos 3 kilómetros y aislado del mundo exterior durante unos 500 mil años. Los científicos británicos tenían la intención de perforar un pozo con agua casi hirviendo y hacer todo el trabajo en cinco días, no pasar años perforando mecánicamente. Sin embargo, 13 días después del inicio, el 25 de diciembre, el proyecto se canceló por problemas técnicos, lograron pasar solo 300 metros del glaciar.
Por tanto, el proyecto ruso sigue siendo único por ahora.
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Cualquiera que se dedique al estudio de la vida en todo tipo de lugares desagradables, en los respiraderos de los volcanes, en las profundidades de los océanos, en la estratosfera, seguramente hablará sobre las perspectivas de la búsqueda de vida fuera de la Tierra. Quizás sea retórica dirigida a los oídos de quienes aportan financiación. Después de todo, el estudio de la vida terrestre no es menos importante sin una perspectiva astrobiológica.
Pero la perspectiva de buscar no sólo bacterias aún desconocidas, sino "extraterrestres" siempre emociona al público, por lo que los investigadores son generosos y le dan al público la "rima" correcta.
Las perspectivas de encontrar vida en la Europa real todavía están muy lejos de realizarse. A principios de la década de 2000, la Agencia Espacial Europea (ESA) consideró el proyecto Laplace para explorar Europa, incluso con la participación de Rusia. NPO que lleva el nombre de Lavochkin incluso elaboró opciones para el módulo de aterrizaje "europeo".
Sin embargo, los datos sobre altos niveles de radiación (la órbita de Europa pasa a través de los cinturones de radiación de Júpiter) los obligaron a reconsiderar sus planes: en 2012, la ESA aprobó oficialmente el proyecto de la sonda JUICE, que explorará principalmente la luna más grande de Júpiter, Ganímedes. También puede tener un océano bajo el hielo, aunque no tan impresionante como en Europa. El dispositivo debería comenzar en 2022, no se habla de enviar un módulo de aterrizaje.
Los científicos rusos proponen enviar módulos de aterrizaje y orbitales a Ganímedes. Pero hasta ahora sus propuestas ni siquiera están incluidas en el borrador del Programa Espacial Federal de 2015 a 2025 (aunque el programa en sí aún no ha sido adoptado, y a la luz de la nueva reforma de Roscosmos, no se puede esperar que preste mucha atención a la ciencia).
El presupuesto de 2015 de la NASA incluye fondos para el estudio inicial de una misión a Europa: $ 15 millones. Hasta que este proyecto esté incluido en el programa, estamos hablando solo de estimaciones preliminares. Si todo va según lo planeado, la sonda podría lanzarse alrededor de 2025, pero será una sonda orbital que aún tiene que seleccionar sitios para futuros aterrizajes.
Pero el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA ya está financiando el desarrollo de un perforador de hielo robótico. Uno de esos proyectos, Cryobot, se probó en Noruega en 2002. Otro, VALKYRIE, implica un retorno a las ideas de la década de 1950 y la perforación (más precisamente, el derretimiento) de hielo utilizando un reactor nuclear.
No hay necesidad de esperar una expedición a Europa antes de 10-15 años, y otros 7-8 años para el vuelo al sistema de Júpiter. La mayoría de los programas espaciales se concentran en las tareas de exploración de Marte.
El autor agradece a Andrei Dmitriev, profesor adjunto del Departamento de Perforación de Pozos de la Facultad de Petróleo y Gas de la NMSU "Gorny", y a Sergei Bulat, Jefe del Laboratorio de Crioastrobiología del Departamento de Biofísica Molecular y Radiológica del Instituto de Física Nuclear de San Petersburgo, por el asesoramiento y los materiales proporcionados.
Ilya Ferapontov
