طرح «معماری ماه تا مریخ»؛ ایجاد یک مستعمره فضایی یا جاه‌طلبی بشر در مسیر تحول علمی؟

دکتر محمدجواد کلائی در گفت‌‎وگو با ایران اکونومیست، اظهار کرد: گرچه معماری فوق از طرف ناسا مطرح و هدایت می‌شود، اما احتمالاٌ کشورهای دیگری چون چین، ژاپن، هند و کشورهای اروپایی در این راه برنامه‌ریزی دارند. آیا این به‌معنای آغاز ایجاد یک مستعمره فضایی است یا یک جاه‌طلبی ناگزیر برای بشر در مسیر تحول علمی؟

وی با بیان این‌که این معماری موارد و عملیات مورد نیاز برای مأموریت‌های ماه و مریخ را به‌عنوان یک سیستم متحد در نظر می‌گیرد، گفت: هدف اصلی آن آماده‌سازی موارد لازم برای سکونت طولانی‌مدت در ماه و مریخ است.

رئیس بخش فیزیک خورشیدی و نجوم مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران با بیان این‌که این موضوع سیاست‌ها و اهداف متعددی را دنبال می‌کند، افزود: در همین راستا، ناسا سال گذشته کارگاه‌های متعددی را با شرکت آژانس‌های فضایی مطرح جهان، دانشگاه‌های آمریکا و برخی صنایع آمریکا برگزار کرد که در آن سیاست‌ها و اهداف درازمدت را تعیین و مستندسازی کردند، این حاکی از آن است که اقامت طولانی‌مدت در ماه و مریخ و مسائل جانبی آن، چه از نظر علمی و چه اقتصادی با جدیت دنبال می‌شود.

دکتر کلائی با بیان این‌که این اهداف شامل حوزه‌های متنوعی می‌شود، گفت: از آن‌جمله می‌توان به علوم سیاره‌ای و نجومی، علوم بنیادی، علوم زیستی و بیولوژی، فناورانه و رباتیک، حمل‌ونقل فضایی و ایجاد زیرساخت‌های لازم برای اقامت در ماه و مریخ اشاره کرد. همچنین شامل فعالیت‌های اقتصادی می‌شود، به‌عنوان مثال گسترش حوزه اقتصادی فراتر از مدار زمین برای حمایت از صنعت و نوآوری از آن‌جمله است.

عضو هیئت علمی مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران با بیان این‌که در این معماری اهداف زیادی دنبال می‌شود، ادامه داد: از این اهداف در حوزه زیستی، می‌توان به مواردی چون درک و چگونگی واکنش زیستی به محیط‌های ماه، مریخ و فضای بینابین آن‌ها جهت پیشبرد دانش‌ و حمایت از مأموریت‌های فضایی ایمن و کاهش خطرات برای اکتشافات آینده اشاره کرد.

دکتر کلائی ادامه داد: همچنین در حوزه علمی می‌توان از اهدافی مانند توسعه روش‌های انسانی و تکنیک‌های پیشرفته، مثلاً استفاده از تکنیک‌های رباتیک برای بررسی مکان‌ها، انجام اندازه‌گیری‌ها در مکان، جهت بهینه‌سازی زمان فضانوردی در سطح ماه و مریخ، حفظ و محافظت از مناطق سایه‌دار دائمی ماه و سمت دور ماه که تحت‌عنوان سمت آرام رادیویی نیز شناخته می‌شود یا از برنامه‌ریزی برای درک بهتر پدیده‌های مرتبط به اقلیم فضایی جهت پیش‌بینی دقیق محیط دینامیکی از فضا تا سطح ماه و مریخ نام برد.

دانشیار گروه فیزیک فضا دانشگاه تهران درباره دیگر اهداف معماری ماه تا مریخ ناسا، گفت: در حوزه علمی کاربردی همچنین می‌توان به اهدافی مانند مشخص کردن منابع ماه و مریخ که در دسترس هستند یا جمع‌آوری داده‌های تحقیقات علمی و تجزیه ‌و تحلیل ذخایر بالقوه برای فعال کردن استفاده از منابع ماه و مریخ در مأموریت‌های فضایی اشاره کرد.

ایجاد یک سیستم تولید و توزیع برق در ماه از اهداف زیرساختی مربوط به ماه در معماری ناسا

دکتر کلائی ادامه داد: از اهداف زیرساخت‌های مربوط به ماه در این معماری، ایجاد یک سیستم تولید و توزیع برق در ماه برای پشتیبانی از عملیات رباتیک و انسانی و ایجاد یک زیرساخت بهره‌برداری جهانی از ماه است که در آن صنعت آمریکا و شرکای بین‌المللی آن برای داشتن یک اقتصاد قوی وابسته به ماه بتوانند حضور رباتیک و انسانی مستمر خود را روی سطح ماه حفظ کنند. سرانجام در این معماری، در زمینه حمل‌ونقل فضایی، به توسعه سیستم‌هایی که قادر به بازگرداندن طیف وسیعی از محموله‌ها از سطح ماه و مریخ به زمین هستند، اشاره شده است.

دانشیار گروه فیزیک فضا دانشگاه تهران در بخش دیگری از سخنان خود درباره مریخ و اکتشافات درباره این سیاره جنجالی، گفت: اندازه‌گیری‌های نوترون توسط اودیسه مریخ حاکی از وجود آب فراوان در زیر سطح هر دو قطب مریخ است، علاوه براین مقدار حیرت‌انگیزی از آب زیرسطحی را در دو منطقه نزدیک خط استوا نیز نشان داده‌اند.

دکتر کلائی خاطرنشان کرد: یک توضیح احتمالی که در این‌باره ارائه شد، این بود که احتمالاً حدود یک ‌میلیون سال پیش، نیروهای گرانشی سیارات دیگر باعث تغییر موقتی در شیب محور چرخش مریخ شدند، به‌طوری‌که کلاهک‌های یخی در معرض نور مستقیم خورشید قرار گرفتند که باعث تبخیر بخشی از آب و در نهایت منجمد شدن مجدد در نقاط دیگر سیاره شد.

وی در توضیح تکمیلی مکانیسم تشخیص احتمالی وجود آب در سطح سیاره مریخ، گفت: پرتوهای کیهانی ذرات زیراتمی سریع و پرانرژی هستند که معمولاً از فضای بین ستاره‌ای وارد منظومه شمسی می‌شوند. زمانی ‌که این ذرات به خاک مریخ برخورد و نفوذ می‌کنند، با هسته ‌اتم‌های موجود در خاک برخورد می‌کنند و باعث آزادسازی نوترون‌ها می‌شوند.

عضو هیئت علمی مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران ادامه داد: این نوترون‌های آزادشده که بیشتر از لایه‌های سطحی سرچشمه می‌گیرند، می‌توانند به لایه سطحی بیرونی‌تر نفوذ کنند، از آن بگذرند و نهایتاً به فضا فرار کنند. با این‌حال، اگر مولکول‌های آب در لایه‌های سطحی وجود داشته باشند، هسته ‌اتم‌های هیدروژن در این مولکول‌ها، نوترون‌ها را جذب و از فرار آن‌ها جلوگیری می‌کنند. ابزاری که روی مدارگَرد اودیسه مریخ نصب شده است، نوترون‌هایی را که از مریخ می‌آیند را تشخیص می‌دهد و بدین ترتیب جایی که دستگاه کمبود نوترون را پیدا می‌کند، جایی است که خاک، حاوی هیدروژن و احتمالا آب است.

به گفته کلایی، نتایج این اندازه‌گیری‌ها، توسط اودیسه مریخ نشان داده است که آب فراوانی در زیر سطح هر دو قطب مریخ وجود دارد.

نمایی از مریخ

دانشیار گروه فیزیک فضا دانشگاه تهران با بیان این‌که یافته‌های متعددی وجود آب در مریخ را تائید می‌کند، خاطرنشان کرد: مدارگَردهای مختلف مریخ و مأموریت‌های دیگر شواهدی از بستر رودخانه‌های باستانی، کلاهک‌های یخی قطبی و مواد معدنی آبدار را در سطح مریخ ارائه کرده‌اند که نشان می‌دهد در گذشته آب مایع وجود داشته است.

دکتر کلائی توضیح داد: هر آب مایعی که زمانی بر روی بخش‌هایی از سطح مریخ روان بوده، احتمالاً به‌صورت یخ‌زده است، چه در یخ‌های قطبی و چه در زیر سطح سیاره. برای بررسی این ایده، محققان از دستگاهی در مدارگَرد مریخ به نام اودیسه مریخ برای اندازه‌گیری نتیجه برخورد پرتوهای کیهانی به مریخ استفاده کردند.

وی با بیان این‌که علاوه‌بر مسائل زمین‌شناختی، فرآیندهای فیزیکی نیز در فضا و در طبیعت رخ می‌دهد که با آگاهی از این فرآیندها می‌توان با مطالعه اثرات جنبی آن‌ها به نتایج مهمی دست‌ یافت، گفت: یکی از این تأثیرات، مربوط به برهمکنش پرتوهای کیهانی با سطح مریخ است که نمونه‌ای از این برهمکنش‌ها در احتمال وجود آب در سطح مریخ ذکر شد.

رئیس بخش فیزیک خورشیدی و نجوم مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران درباره امکان وجود نشانه‌های حیات در سطح مریخ هم توضیح داد: امروزه می‌دانیم که مریخ دنیایی سرد و بیابانی و غبارآلود با جوی بسیار نازک و رقیق عمدتاً حاوی دی‌اکسیدکربن و نیتروژن، (حدود ۹۵ درصد دی‌اکسیدکربن و سه درصد نیتروژن با مقادیر جزئی از گازهای دیگر چون آرگون و بخارآب) است، به‌هرحال باگذشت زمان و تحقیقات علمی بیشتر، کم‌کم رؤیای وجود مریخی‌ها جای خود را به‌ احتمال وجود آب و یافتن حیات ابتدایی در آن داد.

تحقیقات درباره وجود حیات یا موجودات فرازمینی منحصر به مریخ نیست

دکتر کلائی با بیان این‌که تحقیقات در خصوص پیدا کردن حیات یا موجودات فرازمینی منحصر به مریخ نیست و جست‌وجو در خصوص حیات فرازمینی نیز همراه با بقیه علوم در حال تحول و تکامل است، افزود: هم‌اکنون این پرسش مطرح است که آیا جو مریخ اولیه، به‌اندازه کافی ضخیم و گرم بوده است که آب به‌صورت مایع در سطح سیاره باقی بماند؟ پاسخ مثبت است.

وی تصریح کرد: در واقع شواهد نشان می‌دهد که روزی چهره مریخ بسیار متفاوت از چهره امروزی‌اش بوده است. به‌طوری‌که در مریخ اولیه، در زمان‌های بسیار دور، رودخانه‌های جاری و دریاچه‌هایی وجود داشته و وجود یک میدان مغناطیسی از برخورد تشعشعات فضایی جلوگیری می‌کرده است، اما طبق نظریه‌های مطرح کنونی با سرد شدن فضای داخلی مریخ، میدان مغناطیسی آن از بین رفته و جو بدون دفاع باقی مانده و این دوره گرم و مرطوب پایان یافته است، به‌نظر می‌رسد زمانی وجود داشته که ممکن است سیاره در آن دوره میزبان حیات هرچند ابتدایی بوده باشد، به‌هرحال در حال حاضر در خصوص زمان وجود حیات آن توافقی وجود ندارد.

کاوشگران فضایی با مطالعات صخره‌ای، به شرایط زمان شکل‌گیری آن‌ها پی می‌برند

دانشیار گروه فیزیک فضا دانشگاه تهران درباره اهمیت مطالعات صخره‌ای در کاوشگری فضایی هم توضیح داد: همان‌طور که فسیل‌های باستانی با قدمت بسیار طولانی روی زمین شواهدی از چگونگی تکامل حیات و مسائل زیستی در سیاره ما ارائه می‌دهند، سنگ‌های باستانی با قدمت زیاد هم به ما کمک می‌کنند تا بفهمیم سطح و جو سیاره ما چگونه تکامل ‌یافته است. به‌عنوان‌مثال، قدیمی‌ترین سنگ‌های روی زمین دارای یک ماده شیمیایی هستند؛ ساختاری که نشان می‌دهد آن‌ها در زمانی شکل گرفتند که اکسیژن کمی در جو وجود داشته است و بنابراین مربوط به پیش از ظهور فرآیند فتوسنتزی هستند.

دکتر کلائی افزود: به‌طور مشابه، دانشمندان سیاره‌شناس هم که می‌خواهند درباره تاریخ تحول سیاراتی مثل مریخ اطلاعات به دست آورند، علاقه زیادی به مشاهده و آزمایش صخره‌های باستانی آن‌ها دارند و نمونه‌برداری از خاک و صخره‌ها یکی از اهداف اصلی کاوشگرهای ماه و مریخ هستند.

وی تصریح کرد: جمع‌آوری اطلاعات ممکن است از طرق دیگر هم به‌دست آید، به‌عنوان‌ مثال از طریق تکه سنگ‌هایی که بر اثر رویدادهای مختلف احتمالاً در زمان‌های بسیار دور، از سیاره‌ای دیگر جداشده و به زمین رسیده‌اند و می‌توان آن‌ها را شهاب‌سنگ نامید، می‌توان اطلاعاتی کسب کرد.

شهاب‌سنگ‌های «مریخی» حاوی اطلاعات علمی مهم

عضو هیئت علمی مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران با بیان این‌که یک نوع از این شهاب‌سنگ‌ها معروف به شهاب‌سنگ‌های «مریخی» هستند که می‌توانند حاوی اطلاعات علمی مهمی در خصوص مریخ باشند، ادامه داد: اخیراً، تکه‌هایی از یک شهاب‌سنگ مریخی که با نوع جدیدی از میکروسکوپ کوانتومی مطالعه و بررسی شده است، نشان می‌دهد که میدان مغناطیسی مریخ تا ۳.۹ میلیارد سال پیش، یعنی بیشتر از آن چیزی که قبلاً تصور می‌کردند، دوام و ادامه داشته است و دوم این‌که قطبین مغناطیسی مریخ مانند مغناطیسی میدان زمین تعویض می‌شده است، بدین‌ترتیب سرنخ‌های موجود در یک شهاب‌سنگ با منشأ مریخی که پایش به زمین رسیده، اطلاعات مهمی را در اختیار می‌گذارد که ممکن است بقیه داستان را هم‌ تغییر دهد؛ از جمله قابلیت سکونت در مریخ.

دکتر کلائی جست‌وجوی مولکول‌های اولیه و سازنده حیات و کشف گازهای مهم و بیولوژیک در مریخ را یکی دیگر از موضوعات مطرح درباره مریخ و اهداف کاوشگرهایی که به مریخ رفته‌اند، دانست و خاطرنشان کرد: به‌عنوان‌مثال در سال ۲۰۱۸، مریخ‌نورد کنجکاوی ناسا، مولکول‌های آلی پیچیده‌ای را کشف کرد که در رسوبات باستانی مریخ بجا مانده‌اند. این مولکول‌ها که حاوی کربن و هیدروژن هستند، بلوک‌های سازنده حیات هستند و سرنخ‌هایی درباره پتانسیل این سیاره برای سکونت‌پذیری ارائه می‌دهند و یا شناسایی گاز متان در جو مریخ توسط مریخ‌نورد کنجکاوی که متان از این لحاظ یک گاز مهم است، چون می‌تواند توسط فعالیت‌های بیولوژیکی و فرآیندهای زمین‌شناسی تولید شود.

به گفته وی، هم‌چنین مریخ‌نورد استقامت و بالگرد نبوغ مشغول انجام تحقیقات علمی و کاوش برای یافتن نشانه‌هایی از حیات میکروبی در گذشته هستند.

رئیس بخش فیزیک خورشیدی و نجوم مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران وجود میدان مغناطیسی را یکی از عوامل مهم سیاره‌ای، برشمرد و افزود: چون وجود یک میدان مغناطیسی، حتی یک میدان ضعیف، می‌تواند در محافظت از جو در برابر تأثیرات مخرب مستقیم توسط باد خورشیدی نقش مهمی داشته باشد.

دکتر کلائی ادامه داد: گرچه میدان مغناطیسی ضعیف مریخ یک مگنتوسفر قوی مانند زمین تشکیل نمی‌دهد، اما مطالعه مگنتوسفر مریخ برای درک آب‌وهوای گذشته سیاره، از دست دادن جو آن و پتانسیل آن برای حمایت از حیات مهم است.

وی خاطرنشان کرد: برهمکنش بین باد خورشیدی و جو مریخ در غیاب یک مگنتوسفر قوی به فرار جو کمک می‌کند. ذرات پرانرژی باد خورشیدی می‌توانند مولکول‌ها را از جو مریخ دور کنند و به از دست رفتن ترکیبات فَرّار مانند هیدروژن و اکسیژن منجر شوند.

دانشیار گروه فیزیک فضا دانشگاه تهران گفت: کاوشگر «ماوِن» ناسا از زمان ورودش به مدار مریخ یعنی از سال ۲۰۱۴ تاکنون اطلاعاتی را در خصوص لایه یونسفر یا همان لایه یونیزه جو، مگنتوسفر مریخ و برهمکنش آن با باد خورشیدی جمع‌آوری کرده است که این اطلاعات نه تنها به دانستن گذشته مریخ کمک می‌کند، بلکه شناخت وضعیت کنونی فضای نزدیک مریخ، به برنامه‌های آتی انسان برای سکونت طولانی مدت در مریخ کمک می‌کند.

دکتر کلائی یکی از پیشرفت‌های جالب و فناورانه اخیر را تولید اکسیژن از دی‌اکسیدکربن موجود در جو مریخ دانست و خاطرنشان کرد: اکسیژن برای تنفس بخصوص برای اقامت طولانی‌مدت در مریخ ضروری است و یکی از چالش‌های پیش روی است، علاوه‌بر آن، اکسیژن برای متان، سوخت پیشران‌های فضایی هم ضروری است. بنابراین تهیه آن از محل سیاره یک موفقیت چشمگیر محسوب می‌شود.

وی توضیح داد: دی‌اکسیدکربن گازی است که حدود ۹۵ درصد جو مریخ را تشکیل می‌دهد. موکسی مخفف دستگاهی است که روی مریخ‌نورد استقامت ناسا نصب شد و در سال ۲۰۲۰ با موفقیت توانست از دی‌اکسیدکربن، اکسیژن تولید کند. به‌طوری‌که دی‌اکسیدکربن روی یک کاتد کاتالیز شده مبتنی بر نیکل جریان می‌یابد و به یون‌های اکسیژن و اکسیدکربن تجزیه می‌شود و سرانجام یون‌های اکسیژن به آند منتقل می‌شوند؛ جایی که یون‌ها دوباره به‌صورت مولکول اکسیژن ترکیب می‌شوند. بنابراین آب و دی‌اکسیدکربن می‌توانند به‌عنوان واکنش‌دهنده برای تولید متان و اکسیژن مورد نیاز برای یک پیشران وسیله نقلیه مریخی با پیشرانه «اکسیژن- متان» عمل کنند. به‌طوری‌که آب از طریق ذوب یخ موجود در مریخ و اکسیژن از دی‌اکسیدکربن جو به دست می‌آید.

با ساخت تلسکوپ، تصور وجود حیات در دیگر سیارات بیشتر نمایان شد

دکتر کلائی، درباره رابطه ماه و مریخ و ویژگی‎‌های سیاره مریخ هم، گفت: ماه نزدیک‌ترین و مأنوس‌ترین جرم سماوی در طول تاریخ بشر بوده است و در عصر کنونی نیز یکی از اهداف اصلی انسان است، اما مریخ شاید جنجالی‌ترین سیاره در تاریخ معاصر بشر بوده، بخصوص در یکی دو سده اخیر، ضمن این‌که در عصر کنونی ماه و مریخ تقریباً با اهداف و استراتژی مشترکی دنبال می‌شوند.

وی درباره نگاه تاریخی به مریخ این سیاره جنجالی، توضیح داد: این مسأله جنجالی بودن مریخ، یک ریشه فکری و جنبه «تاریخی- فلسفی» دارد که آغاز آن به اکتشافات علمی در قرون گذشته برمی‌گردد، زمانی که مشخص شد حق با کوپرنیک بوده است مبنی بر این‌که زمین و سیارات به دور خورشید می‌گردند و به‌دنبال آن، این‌که زمین هم یک سیاره مانند دیگر سیارات است، به‌عبارت‌ دیگر حیات ممکن است ویژه زمین نباشد.

رئیس بخش فیزیک خورشیدی و نجوم مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران ادامه داد: باتوجه به تلسکوپ‌های جدیدی که در آن زمان ساخته‌شده بودند، این تصور که ممکن است حیات در دیگر سیارات نیز باشد، بیشتر نمایان شد، چون می‌توانستند با تلسکوپ به‌دنبال اثبات این فرضیه باشند، به‌طوری‌که در کنار این مشاهدات گمانه‌زنی‌ها و بحث‌های فلسفی هم پیرامون آن ادامه داشت و هنوز هم ادامه دارد.

دکتر کلائی خاطرنشان کرد: به‌هرحال در خصوص مریخ این گمانه‌زنی‌ها زمانی جدی شد که اخترشناس ایتالیایی «شیاپارلی» در سال ۱۸۷۸ میلادی زمانی که مریخ از نظر مداری به زمین نزدیک شده بود، صحبت از مشاهدات خود از مریخ و مشاهده کانال‌هایی روی سطح مریخ کرد و این‌طور القاء شد که این کانال‌ها، مصنوعی هستند و کتابی تحت‌عنوان «زندگی در مریخ» را چاپ کرد.

وی توضیح داد: به‌دنبال آن شخصی به نام «لاوِل» که ظاهراً یک منجم آماتور و ثروتمند بوده است، تحت‌تأثیر حدسیات و کتاب «شیاپارلی» در سال ۱۸۹۴ میلادی در ایالت آریزونای آمریکا یک رصدخانه تأسیس می‌کند و هدفش تائید کشفیات شیاپارلی بود. او پس از مشاهدات مستمر به این نتیجه می‌رسد که دخالت گونه‌ای هوشمند در میان است و چندین اثر را چاپ می‌کند، از جمله کتابی به‌نام «مریخ به‌عنوان محل زندگی» که در سال ۱۹۰۸ به چاپ رسید و این یعنی ادامه گمانه‌زنی در خصوص مریخ و مریخی‌ها و ورود آن به قرن بیستم.

وی ادامه داد: از نظر مقبولیت در جامعه آن زمان، عموم مردم از کار «لاوِل» با شور و شوق استقبال کردند، اما در عوض دانشمندان آن زمان خونسردتر با موضوع برخورد کردند، بخصوص هم‌زمانی آن با «راسل والاس» و «داروین» کاشفان کد تکاملی؛ چون طبق نظریه تکاملی، احتمال پیدایش یک‌گونه حیاتی، آن‌هم بافکر و هوش در یک همسایگی فضایی یعنی زمین و مریخ بسیار بسیار پائین است.

دانشیار گروه فیزیک فضا دانشگاه تهران یادآورشد: به‌هرحال در آن زمان وجود مریخی‌ها به فرهنگ‌عامه تبدیل‌شده بود و در نیمه نخست قرن بیستم، رمان‌ها و فیلم‌های سریالی بر این اساس ساخته شدند که مورد استقبال عموم قرار گرفتند و این شد که طی دهه‌های متوالی مریخ جایگاه خاص و جنجالی در فرهنگ‌عامه داشت.

تصویر مریخ و 6 کاوشگر ناسا که مریخ را مورد بررسی و مطالعه قرار دادند، در جهت عقربه‌های ساعت از بالا سمت چپ: مریخ‌نورد استقامت و هلیکوپتر مریخ نبوغ، فرودگر اینسایت، مدارگَرد اودیسه، مدارگَرد ماوِن، مریخ‌نورد کنجکاوی و مدارگَرد شناسایی مریخ(تصویراز ناسا)