ما ده‌ها سال است که رویای فرستادن انسان‌ها به سیاره‌ای دیگر را در سر می‌پرورانیم، و با افزایش علاقه اخیر به اکتشاف مریخ، به نظر می‌رسد که روزی می‌تواند به واقعیت تبدیل شود. اما قبل از اینکه فردی برای قدم گذاشتن در سیاره سرخ آماده شود، کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد. برای مطالعه کامل مقاله با مجله علمی آندرومدامگ همراه باشید.از بین تمام منابعی که بازدیدکنندگان مریخ به آن نیاز دارند، یکی از مهمترین آنها آب است – نه تنها برای نوشیدن، بلکه برای ساخت پیشران موشک و سایر مواد مانند اکسیژن. و اگر امیدواریم کشاورزی را در آنجا راه اندازی کنیم، برای ادامه رشد محصولات به آب زیادی نیاز خواهیم داشت.اما سطح مریخ شبیه یک بیابان خشک و غیر قابل سکونت است. امروزه مریخ نه دریاچه، نه رودخانه و نه بارندگی دارد.
پس آب خود را از کجا تهیه کنیم؟ ما با سه کارشناس صحبت کردیم تا متوجه شویم.
یافتن آب در مریخ
با وجود اینکه سال‌ها با ایجاد یک پایگاه کاملاً عملیاتی در مریخ فاصله داریم، آژانس‌های فضایی مانند ناسا در حال حاضر در مورد مسئله آب فکر می‌کنند. آوردن آب از زمین غیرعملی است – برای حمل تمام آب مورد نیاز برای یک ماموریت در یک موشک بسیار سنگین است. بنابراین برنامه جمع آوری آب از محیط مریخ است و برای انجام این کار باید بدانیم آب در کجا قرار دارد.
خبر خوب این است که آب زیادی به شکل یخ در سطح مریخ وجود دارد، از جمله یخ پوشاننده قطب ها و در دهانه های بزرگ قرار دارد. خبر بد این است که مأموریت به این مناطق سرد یخبندان مشکلات خاص خود را دارد، مانند مقدار انرژی که برای گرم نگه داشتن انسان و ماشین در دمای پایین تا 240 درجه فارنهایت لازم است. به همین دلیل است که تمرکز بیشتر ماموریت‌های مریخ، مناطق عرض جغرافیایی متوسط است که دما در آنها ملایم‌تر است.
در این مناطق یخی روی سطح وجود ندارد، اگرچه یخ در زیر زمین وجود دارد. اما مگر اینکه بخواهید فضانوردی را با بیل بفرستید تا از هر تکه خاک روی سیاره نمونه برداری کند، به راهی برای ترسیم سریع و کارآمد یخ های زیرسطحی نیاز دارید.
X نقطه را مشخص می کند
این همان چیزی است که گرت مورگان و تان پوتزیگ از موسسه علوم سیاره ای به عنوان بخشی از پروژه نقشه برداری یخ آب زیرسطحی (SWIM) روی آن کار می کنند. آنها و همکارانشان داده‌های 20 ساله از پنج ابزار مداری مختلف مریخ را با هم ترکیب کرده‌اند تا نقشه‌برداری کنند که یخ به احتمال زیاد در زیر سطح قرار دارد. هر مجموعه داده، مانند خوانش های راداری یا نشانه های هیدروژن، به تنهایی می تواند به شما اطلاعات زیادی در مورد اینکه آیا یخ در یک مکان خاص است یا خیر، به شما بگوید، اما در ترکیب، آنها می توانند مکان های اصلی برای یافتن یخ را مشخص کنند.
هدف از کار آنها کمک به ناسا در انتخاب مکان‌های فرود آینده برای مأموریت‌های خدمه است تا فضانوردان بتوانند به یخ زیرسطحی دسترسی داشته باشند و در عین حال آزادی هرچه بیشتر برای انتخاب یک منطقه اکتشافی جالب از نظر علمی را فراهم کنند.
مورگان گفت: «فناوری و مهندسی نحوه قرار دادن انسان در مریخ را تعریف می‌کند، و آنها محدودیت‌های خاص خود را در مورد جایی که ممکن است رخ دهد، خواهند داشت. آنها همچنین از جامعه علمی می خواهند که از نظر علمی قابل دوام ترین، جالب ترین و جذاب ترین مکان ها برای فرود بیایند. بنابراین وظیفه ما این است که با دادن درک وسیعی از منابع به هر دو تیم، این دو جهان را پیوند دهیم.
این نقشه می‌تواند محل یافتن یخ را نشان دهد، اما تنها در صورتی که آن یخ کمتر از پنج متر زیر زمین باشد. همچنین دشوار است که دقیقاً در مورد عمق یخ در هر منطقه مشخصی دقیق باشیم زیرا روش‌های سنجش مورد استفاده فقط می‌توانند تخمین‌های تقریبی از محتوای یخ در آنجا ارائه دهند.
و تفاوت عملی بزرگی در دشواری دسترسی به یخی که چند اینچ زیر سطح است در مقابل یخی که زیر متر از سنگ متراکم است، وجود دارد.
ابزاری جدید برای تشخیص یخ
برای بررسی میزان عمق یخ در مریخ، به تلاش‌های جدیدی مانند مأموریت نقشه‌بردار یخی مریخ نیاز داریم: فضاپیمایی که ناسا و سایر آژانس‌های فضایی بین‌المللی روی آن کار می‌کنند و به دور مریخ می‌چرخد و از دو نوع روش راداری برای تشخیص چگونگی استفاده می‌کند. یخ عمیق در زیر سطح قرار دارد.
پوتزیگ توضیح داد: «ایده اصلی داشتن یک رادار با فرکانس بالاتر و وضوح بالاتر است. ماموریت Ice Mapper هنوز در مرحله مفهومی خود است و او و مورگان مستقیماً درگیر آن نیستند. اما آنها در مورد مفاهیم این ماموریت از دانشمندان دیگر شنیده‌اند و جزئیاتی در مورد نحوه عملکرد آن به اشتراک گذاشته‌اند.
اولین روش راداری که نقشه‌بردار از آن استفاده خواهد کرد، تصویربرداری رادار دیافراگم مصنوعی نامیده می‌شود. پوتزیگ گفت: این شامل یک رادار است که با زاویه ای به سطح اشاره می کند، که “احساس توزیع گسترده یخ کم عمق را به شما می دهد.” “شما می توانید آن را در یک منطقه بزرگ نسبتاً سریع با این روش ترسیم کنید.”
روش دوم، صداگذاری رادار است، که در آن رادار مستقیماً به سمت پایین نشانه می رود تا از بالای لایه یخ بپرد. این به شما می گوید که لایه یخ چقدر عمیق است. او گفت: وقتی این دو را با هم ترکیب می کنید، “نمای نقشه و نمای مقطعی به دست می آورید.”
وسپس می دانید کجا باید حفاری کنید.
دسترسی به آب هنگامی که آن را پیدا کردیم
مکان یابی یخ تنها اولین قدم در جمع آوری آب است. برای اینکه از بلوک های یخ جامد زیر زمین به آب تمیز و سالم برای آشامیدن و اهداف دیگر برسیم، باید راهی برای استخراج و پردازش یخ پیدا کنیم.
اگر می‌دانید یخ در چه عمقی قرار دارد و فکر می‌کنید مقدار قابل توجهی یخ برای دسترسی وجود دارد، می‌توانید برای رسیدن به آن یخ را سوراخ کنید. همانطور که سیدنی دو، پروژه نقشه برداری آب مریخ در آزمایشگاه رانش جت ناسا توضیح داد، مشکل این است که شما باید بدانید که از چه نوع سنگی حفاری خواهید کرد تا بتوانید ابزار مناسب را برای این کار بیاورید.
در حال حاضر، درک ما از ترکیب سطح و زیرسطح مریخ محدود است، که باعث ایجاد مشکلاتی در ماموریت‌های مریخ مانند InSight شده است، جایی که کاوشگر حرارتی فرودگر نمی‌توانست به زیر سطح برسد، زیرا خاک دارای سطوح اصطکاک کمی متفاوت از حد انتظار بود. . بنابراین قبل از طراحی مته برای تونل زدن در یک منطقه خاص، به اطلاعات بیشتری در مورد ترکیب سنگ ها در یک منطقه خاص نیاز داریم.
هنگامی که سوراخی را به سمت یخ ایجاد کردید، می توانید از سیستمی به نام چاه رودریگز که در حال حاضر روی زمین در مکان هایی مانند قطب جنوب استفاده می شود، برای دسترسی به آب استفاده کنید. در اصل، شما یک میله گرم شده را در سوراخ حفر شده فرو می کنید، که یخ را ذوب می کند و یک چاه آب مایع ایجاد می کند که می توانید آن را به سطح پمپ کنید. این نیاز به تامین انرژی به شکل گرما دارد، اما راهی کارآمد برای دسترسی به مقادیر بالقوه زیاد آب است.
سنگ های پخته شده
همچنین گزینه دیگری برای جمع آوری آب وجود دارد: ما می توانیم آن را از مواد معدنی هیدراته استخراج کنیم که در بسیاری از مناطق مریخ به وفور یافت می شود. در آنجا سنگ هایی مانند گچ وجود دارد که حاوی آب است و اگر آن سنگ ها را خرد کنید و سپس آن را بپزید، می توانید آب را متراکم کرده و جمع کنید.
اما شناسایی این مواد معدنی آسان نیست. برای شناسایی این کانی های هیدراته از مدار، محققان از تکنیکی به نام طیف سنجی بازتابی استفاده می کنند. ابزارهای موجود در فضاپیمای اطراف مریخ می توانند نور خورشید را همانطور که از سطح منعکس می شود، تشخیص دهند و طیفی را ایجاد کنند. برخی از طول موج های نور منعکس شده توسط مواد شیمیایی خاصی جذب می شوند و به دانشمندان این امکان را می دهند تا بفهمند سنگ های زیر از چه چیزی ساخته شده اند. اما این سیگنال تنها میانگین منطقه ای است که مشاهده می شود، و می تواند چندین ماده شیمیایی وجود داشته باشد که طول موج های یکسانی را جذب کند. بنابراین رمزگشایی سیگنال های مختلف می تواند یک چالش باشد.
دو گفت: روشی که دوست دارم توضیح دهم این است: شما کیکی دارید که دریافت کرده اید. شما باید سعی کنید و بفهمید که از چه موادی ساخته شده است و چه مقدار از هر یک از مواد در ساخت آن کیک نقش داشته است. این اساساً همان کاری است که ما با این سیگنال‌های بازتابی انجام می‌دهیم – سعی می‌کنیم آنها را به اجزای سازنده‌شان تجزیه کنیم تا بفهمیم چه چیزی در آنجا وجود دارد.
ایمن سازی آب
در هر صورت، هنگامی که آب را با ذوب یخ یا پختن سنگ جمع آوری کردید، باید آن را پردازش کنید. آب ممکن است پر از ناخالصی های مضر مانند فلزات سنگین یا نمک هایی مانند پرکلرات باشد، بنابراین قبل از استفاده باید تمیز و نمک زدایی شود. در تئوری، ما می دانیم که چگونه این کار را از انجام پردازش مشابه آب روی زمین انجام دهیم، اما یک چالش در مریخ این است که ما در حال حاضر نمی دانیم چه آلاینده هایی را باید انتظار داشته باشیم.
مانند بسیاری از جنبه های مدیریت آب در مریخ، مسئله در مفهوم نیست بلکه در اجراست. فناوری مدیریت آب روی زمین به خوبی درک شده است، اما هنوز کارهای زیادی باید انجام شود تا بتوانیم سیستمی بسازیم که در سیاره دیگری کار کند.
دو گفت: «ما اصول اساسی برای انجام این کار را می دانیم. اما ما به طور کامل شرایط محیطی را که در آن باید این ماشین آلات را کار کنیم، درک نمی کنیم. همه چیز از جو نازک مریخ گرفته تا گرانش کم و گرد و غبار فراوان آن می تواند نحوه عملکرد ماشین ها را تغییر دهد. ناگفته نماند که نه تنها یک سیستم آب باید به اندازه کافی کوچک و سبک باشد تا روی یک موشک قرار گیرد، بلکه باید بسیار قابل اعتماد باشد – هیچ تعمیرگاهی در مریخ وجود ندارد.
این همان جایی است که مرز بعدی نوآوری فن آوری پدیدار خواهد شد. دو گفت: ما در حال حاضر دانش ساختن سیستمی برای استخراج و فرآوری آب را داریم، اما تبدیل این اصول به فناوری ای که در محیطی که ما انتظار داریم به روشی قابل اعتماد کار می کند – هنوز باز است.