به دنبال مایع حیات در مریخ: ساکنین آینده سیاره سرخ چگونه آب خود را تامین می‌کنند؟

بشر چندین دهه است که رویای گام برداشتن در سیاره‌ای دیگر را در ذهن می‌پروراند. ظهور شرکت‌های خصوصی موفق مثل اسپیس ایکس و رویاپردازی‌های «ایلان ماسک» مدیرعامل آن، بشر را بیش از پیش به محقق کردن این رویا نزدیک کرده است.

در بین سیارات منظومه شمسی، مریخ به عنوان گزینه ایده آل برای تبدیل کردن بشر به نژاد بین سیاره‌ای انتخاب شده است. رسیدن به سیاره سرخ، تنها‌ بخش کوچکی از این مأموریت بلندپروازانه است و برای مستقر کردن یک کلونی موفق و پایا در این سیاره به برنامه‌ریزی بسیار دقیق و تأمین منابع نیاز داریم.

آب، یکی از مهم‌ترین منابع مورد نیاز بشر است که نه تنها تشنگی را رفع می‌کند، بلکه برای سوخت راکت و تولید ترکیبات دیگر مثل اکسیژن نیاز است. علاوه بر این، کشاورزی روی مریخ بدون داشتن یک منبع پایدار و مطمئن از آب غیرممکن خواهد بود.

مریخ، سیاره‌ای بیابانی و بدون آب مایع است، پس ساکنین آینده این سیاره چگونه آب مورد نیاز خود را تأمین خواهند کرد؟ در ادامه با چگونگی تأمین آب در مریخ، از شناسایی مکان یخ‌ها گرفته تا حفاری و تصفیه، آشنا می‌شوید.

در جستجوی آب

هنوز سال‌ها تا برپایی یک کلونی انسانی در مریخ فاصله داریم، اما مشکل آب از حالا ذهن محققان ناسا را مشغول کرده است. بردن آب از زمین به مریخ به خاطر وزن بسیار زیاد این ماده شدنی نیست. به همین دلیل فضانوردان باید خودشان آب مورد نیاز را از محیط سیاره جمع‌آوری کنند. برای چنین کاری، ابتدا باید محل ذخیره آب را پیدا کرد.

خوشبختانه آب به وفور در قالب یخ در قطب‌ها و در برخی دهانه‌های برخوردی مریخ یافت می‌شود. البته رفتن فضانوردان به این مناطق بسیار سرد که در برخی مناطق دمای آن‌ها به منفی ۲۴۰ درجه فارنهایت (منفی ۱۱۵ درجه سلسیوس) می‌رسد، فوق العاده خطرناک است. به همین دلیل تمرکز بیشترِ مأموریت‌های مریخی، روی مناطق میانی است که دمای معتدل تری دارند. البته مکان دقیق این سفره‌های یخی زیرسطحی مشخص نیست و برای پیدا کردن آن‌ها به نقشه‌برداری دقیق نیاز است.

شناسایی یخ‌ها

نقشه‌برداری از یخ‌های زیرسطحی مریخ بر عهده دانشمندان موسسه علوم سیاره‌ای (PSI) است. آن‌ها با جمع‌آوری داده‌های ۲۰ ساله از ۵ مدارگرد مختلف که شامل اطلاعات راداری و آثار هیدروژن می‌شود، از مناطقی که احتمال می‌رود یخ‌های زیرسطحی در آن‌ها متمرکز شده‌اند نقشه‌برداری می‌کنند.

هدف محققان این است که به ناسا در پیدا کردن بهترین محل فرود برای مأموریت‌های سرنشین دار آینده به مریخ کمک کنند تا فضانوردان به سرعت به یخ‌های زیرسطحی دسترسی پیدا کرده و در عین حال، دیگر مأموریت‌های علمی مهم را نیز در همان منطقه انجام دهند.

البته این نقشه، مکان احتمالی یخ‌هایی را نشان می‌دهد که در عمق کمتر از ۵ متر قرار گرفته‌اند. محاسبه دقیق عمقی که یخ‌ها در آن هستند بسیار مشکل است، چون تجهیزات و روش‌های کنونی فقط می‌توانند یک برآورد از میزان یخ‌های موجود بدهند. پس برای مکان یابی دقیق چه باید کرد؟

ابزار پیشرفته تشخیص یخ

دانشمندان برای آگاهی از اینکه یخ‌های مریخ در چه عمقی از سطح قرار گرفته‌اند، از مدارگرد جدیدی به نام Mars Ice Mapper استفاده خواهند کرد که توسط ناسا و دیگر آژانس‌های فضایی بین المللی در دست ساخت است.

MIM به رادارهای فرکانس بالا و رزولوشن بالا مجهز شده و از دو روش برای شناسایی یخ استفاده می‌کند. روش اول، تصویربرداری رادار دهانه ترکیبی (Synthetic aperture radar imaging) نام دارد. در این تکنیک رادار با زاویه‌ای خاص به طرف سطح مریخ نشانه گرفته شده و تصویری کلی از توزیع یخ‌های عمق کم ایجاد می‌کند. به کمک این روش می‌توان یخ‌های کم عمق را با سرعت بالا در منطقه‌ای وسیع شناسایی کرد.

روش دوم، Radar sounding نام دارد و در آن رادار مستقیما از بالا به سمت سطح نشانه رفته و امواج آن پس از برخورد با لایه یخ منعکس می‌شوند. به کمک این روش می‌توان عمقی که لایه یخی در آن قرار گرفته را محاسبه کرد. با ترکیب این دو روش می‌توان با دقت بالا مکان و عمق یخ‌ها را تشخیص داد. فضانوردان حالا می‌توانند برای حفاری آماده شوند.

استخراج

با پیدا کردن مکان یخ‌ها، مأموریت اصلی فضانوردان یعنی جمع‌آوری آب شروع می‌شود. برای تبدیل کردن قطعات عظیم یخ به آب تمیز و مناسب نوشیدن و مصارف دیگر، به استخراج و تصفیه یخ نیاز است.

فضانوردان با پیدا کردن حجم عظیمی از یخ و دانستن عمق دقیق آن می‌توانند کار حفاری را شروع کنند. البته خاک‌برداری از سطح مریخ آنقدرها هم آسان نیست، چون به گفته یکی از مهندسین ارشد آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL)، باید ساختار و نوع سنگی که قرار است حفاری شود را دانست و ابزارهای صحیح را به همراه داشت.

دانش کنونی ما از ساختار سطح و زیرسطح مریخ محدود بوده و این دانش کم در برخی مأموریت‌های قبلی مشکل ساز شده است. برای مثال تلاش دو ساله فرودگر InSight برای حفاری سطح مریخ بی‌نتیجه ماند، چون میزان اصطکاک خاک با آنچه محققان ناسا تخمین زده بودند تفاوت داشت. اتفاقاتی از این دست باعث می‌شود تا پیش از شروع حفاری به اطلاعات کاملی از جنس خاک و سنگ‌ها نیاز داشته باشیم.

پس از حفر گودال می‌توان با استفاده از روشی به نام Rodriguez well به آب دسترسی پیدا کرد. در این روش با ارسال یک ابزار میله‌ای داغ به درون گودال، یخ‌ها ذوب شده و یک سفره آب زیرزمینی مصنوعی ایجاد می‌شود. سپس می‌توان با استفاده از تجهیزات دیگر آب را به سطح پمپاژ کرد. درست است که این روش برای داغ کردن میله به انرژی نیاز دارد، اما تکنیکی کارآمد برای دسترسی به مقدار زیادی آب است.

استخراج آب با پختن سنگ‌ها

روش دیگری هم برای جمع‌آوری آب وجود دارد: استخراج آن از کانی‌های حاوی آب (هیدراته) که به وفور در سطح مریخ یافت می‌شوند. مواد معدنی مثل سنگ گچ (Gypsum) حاوی آب هستند که می‌توان با خرد کردن و سپس حرارت دادن آن‌ها آب را به شکل بخار جمع‌آوری کرد.

البته شناسایی این مواد معدنی از مدار مریخ چندان کار آسانی نیست. محققان برای پیدا کردن آن‌ها از روش طیف‌بینی بازتابی (Reflectance spectroscopy) استفاده می‌کنند. مدارگردهای مریخ به کمک بازتابش نور خورشید از سطح سیاره، طیف‌های مخصوصی ثبت می‌کنند که محققان از روی طول موج نور آن‌ها می‌توانند ترکیبات سنگ‌ها را به طور تقریبی تشخیص دهند.

تصفیه

پس از جمع‌آوری آب با روش پختن سنگ‌ها یا ذوب کردن یخ‌ها، به تصفیه کردن آن نیاز است. آب خام بدست آمده می‌تواند حاوی موادی مضر مثل فلزات سنگین یا نمک‌هایی نظیر پرکلرات (Perchlorates) باشد، به همین دلیل پیش از مصرف آب باید آن را تصفیه و نمک زدایی کرد. بشر روش‌های مناسبی برای تصفیه و نمک زدایی آب روی زمین اختراع کرده، اما اوضاع در مریخ فرق می‌کند چون نمی‌دانیم آب مریخ حاوی کدام مواد آلوده‌کننده است.

جمع‌بندی

روی کاغذ به نظر می‌رسد که عملیات مکان یابی، استخراج و تصفیه آب در مریخ به آسانی قابل انجام است، ولی هنوز نمی‌دانیم تکنولوژی‌ها و سیستم‌هایی که به خوبی روی زمین امتحان پس داده‌اند در سیاره‌ای دیگر قابل استفاده هستند یا خیر. محیط خشن مریخ، از اتمسفر فوق العاده رقیق گرفته تا گرانش بسیار کم و طوفان‌های متعدد، می‌توانند روی کارکرد دستگاه‌ها اثر منفی گذاشته و مأموریت را به خطر بیندازند.

ساخت یک سیستم استخراج و تصفیه آب سبک وزن، فوق العاده مطمئن و با قابلیت جای گیری در راکت، چالش دیگری است که برای موفقیت در تأمین آب در مریخ باید به آن توجه کرد. اگر این سیستم خراب شود باید با آن خداحافظی کرد چون هیچ تعمیرگاهی در مریخ وجود ندارد.