زمین سان سازی مریخ؛ از رؤیای باران تا چالش انرژی

تصور کنید روی دشتی به رنگ زنگار ایستاده‌اید و برای نخستین بار بارش باران را تماشا می‌کنید. آب در خاکی فرو می‌رود که هزاران سال به طور دائمی یخ‌زده بوده است. این صحنه هم در داستان‌های علمی تخیلی زنده است و هم در آرزوهای بسیاری از کاوشگران سیاره‌ای. اما واقعیت، سرسخت‌تر از این تصویر خیال‌انگیز است.

تصویری واقع‌گرایانه از مریخی که به طور کامل زمین‌سان‌سازی شده است. 

پنج نقطه عطف در مسیری طولانی

وقتی مهندسان از قابل سکونت کردن مریخ صحبت می‌کنند، منظورشان رسیدن به یک خط پایان واحد نیست. در واقع، چند نقطه عطف جداگانه وجود دارد که میزان پیشرفت را نشان می‌دهد، و هر کدام به شکل نمایی دشوارتر از مرحله قبل است. یک نقشه راه عملی معمولا پنج مرحله را در نظر می‌گیرد.

مراحل حرکت به سوی سکونت‌پذیری

• مریخ امروزی: سرد، با هوایی رقیق و شرایط سطحی خصمانه که انسان را وادار می‌کند در زیستگاه‌های تحت فشار زندگی کند و در فضای بیرون لباس‌های پشتیبان حیات بپوشد.
• آب مایع گذرا: افزایش فشار سطحی به بالاتر از نقطه سه‌گانه آب، یعنی حدود 6.1 میلی‌بار در دمای 0 درجه سلسیوس، تا آب بتواند حتی برای مدتی کوتاه به شکل مایع روی سطح وجود داشته باشد.
• پاراترافورمینگ یا گلخانه‌های آستین‌کوتاه: مناطق محصور با فشار و دمای داخلی بالاتر که در آن‌ها کشاورزی در مقیاس بزرگ و زندگی راحت، بدون نیاز به دگرگونی کامل سیاره، ممکن می‌شود.
• فشار جهانی کافی برای جلوگیری از جوشیدن مایعات بدن در دمای طبیعی انسان، حدود 62.7 میلی‌بار، که از نظر فیزیولوژیک گامی به سوی تحرک بیشتر انسان بدون تجهیزات ویژه است.
• جویی واقعا قابل تنفس: پوششی ضخیم و غنی از نیتروژن با حدود 210 میلی‌بار اکسیژن در فشار کلی نزدیک به 500 میلی‌بار و دماهای جهانی بسیار گرم‌تر.

هر یک از این مراحل اهمیت دارد، زیرا نوع زیرساختی را که انسان باید بسازد، میزان انرژی مورد نیاز و زمان‌بندی رسیدن به خودکفایی تغییر می‌دهد. دو مرحله نخست بسیار دشوارند، اما در مقیاس محلی دست‌یافتنی به نظر می‌رسند. دو مرحله آخر به مداخلاتی در مقیاس سیاره‌ای نیاز دارند.

جرم و دما: حساب و کتاب جو سیاره

اعداد راهی روشن برای کنار زدن خیال‌پردازی‌ها دارند. برای افزودن فقط 1 میلی‌بار فشار جوی به مریخ، باید حدود 3.89 × 10^15 کیلوگرم گاز فراهم شود. این مقدار تقریبا هم‌جرم دیموس، قمر کوچک‌تر مریخ، است. برای ساختن جوی قابل تنفس شبیه آنچه روی زمین می‌شناسیم، جرم مورد نیاز به مرتبه 10^18 کیلوگرم می‌رسد، رقمی قابل مقایسه با برخی قمرهای کوچک در بخش‌های بیرونی منظومه شمسی.

دما متغیر بی‌رحم دیگری است. برای پایداری جهانی آب مایع، میانگین دمای مریخ باید تقریبا 60 درجه سلسیوس افزایش یابد. راهکارهای مهندسی پیشنهادی از تزریق ذرات جذب‌کننده نور به جو تا هدایت دوباره دی‌اکسید کربن یا ساخت آینه‌های عظیم مداری برای تمرکز نور خورشید را شامل می‌شود. اما مقیاس کار سرگیجه‌آور است: محاسبات نشان می‌دهد برای رساندن افزایش تابش لازم، به آینه‌هایی با پوشش حدود 70 میلیون کیلومتر مربع نیاز است؛ کاری در حوزه تولید و استقرار که صنعت جهانی امروز در برابر آن بسیار کوچک به نظر می‌رسد.

تولید اکسیژن لایه دیگری از دشواری را اضافه می‌کند. برای رسیدن به جوی که در آن خون نجوشد و انسان بتواند آسان‌تر نفس بکشد، حدود 8.2 × 10^17 کیلوگرم اکسیژن لازم است. ساده‌ترین منبع، آب است که به هیدروژن و اکسیژن شکافته می‌شود. در این تبدیل بخشی از جرم به دلیل فرار هیدروژن از دست می‌رود، بنابراین تقاضا برای آب حتی بالاتر می‌رود، به طور میانگین حدود شش متر مکعب آب برای هر متر مربع از سطح مریخ.

روزنه‌ای از خبر خوب هم وجود دارد: پژوهشگران برآورد می‌کنند یخ سطحی قابل دسترس مریخ می‌تواند بخش بزرگی از آب لازم برای ساخت جوی غنی از اکسیژن را فراهم کند. به بیان دیگر، لازم نیست برای وارد کردن آب از نقاط دیگر منظومه شمسی، ده‌ها برخورد دنباله‌دار را مهندسی کنیم. با این حال، حتی اگر مواد خام به صورت محلی وجود داشته باشند، گردآوری و پردازش آن‌ها در مقیاس سیاره‌ای همچنان مسئله‌ای عظیم از نظر فنی و لجستیکی است.

انرژی: سقفی که جابه‌جا نمی‌شود

جرم و مواد چالش‌برانگیزند، اما اگر انرژی کافی در اختیار باشد، از نظر مفهومی قابل حل به نظر می‌رسند. گلوگاه واقعی انرژی است. برای تولید اکسیژن لازم جهت ایجاد جوی قابل تنفس، انرژی در حدود 1.2 × 10^25 ژول نیاز است. اگر این مقدار در طول هزار سال توزیع شود، به توان پیوسته‌ای حدود 380 تراوات می‌رسد. برای مقایسه، کل مصرف توان کنونی بشر حدود یک‌بیستم این سطح پایدار است.

صریح بگوییم: حتی اگر نسل‌های آینده به برنامه‌ای هزارساله با کار مداوم متعهد شوند، باید شار انرژی بسیار فراتر از سامانه‌های جهانی امروز تولید و به آن اختصاص دهند. منابع عظیم و تازه انرژی ضروری خواهد بود، از آرایه‌های خورشیدی فضایی در مقیاس بزرگ گرفته تا همجوشی پیشرفته یا فناوری‌های دیگری که هنوز به بلوغ نرسیده‌اند.

مانع انرژی همچنین توضیح می‌دهد چرا رویکردهای مرحله‌ای جذاب‌اند. ساخت زیستگاه‌های فشرده و پربازده و گنبدهای پاراترافورمینگ می‌تواند بدون تلاش برای دگرگون کردن کل سیاره، مزایای فوری و محلی ایجاد کند. این پروژه‌های تدریجی، هم آزمایشگاهی برای مسائل بزرگ‌تر فیزیک و مهندسی هستند و هم فضای قابل زندگی برای مهاجران آینده فراهم می‌کنند.

دیدگاه کارشناس

«زمین‌سان‌سازی یک پروژه مهندسی واحد نیست؛ یک اقدام در مقیاس تمدن است»، دکتر النا مورالس، دانشمند سیاره‌ای که روی مدل‌سازی جو برای برنامه‌ریزان مأموریت کار کرده، می‌گوید. «ما می‌توانیم ظرف چند دهه بخش‌هایی از مریخ را مهمان‌پذیر کنیم، اما تبدیل کل سیاره به نمونه‌ای شبیه زمین به چندین مرتبه جرم و انرژی بیشتر نیاز دارد. این یعنی زمان‌بندی‌های بلندمدت، اراده سیاسی پایدار و فناوری‌هایی که احتمالا هنوز چند قرن با آن‌ها فاصله داریم.»

ارزیابی او با تحلیل تازه اسلاوا توریشف در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا، منتشرشده در نشریه ای‌پی‌اس اوپن ساینس، هم‌خوان است؛ تحلیلی که حساب و کتاب و فیزیک پشت این ادعاها را باز می‌کند. نتیجه روشن است: سازگاری محلی و منابع انرژی قدرتمند و پایدار، اهرم‌هایی هستند که تعیین می‌کنند زمین‌سان‌سازی مریخ در حد یک آزمایش فکری باقی بماند یا به پروژه‌ای چندنسلی تبدیل شود.

نتیجه‌گیری

با اطمینان می‌توان گفت شبیه زمین کردن مریخ از نظر فیزیک ممنوع نیست. مواد وجود دارند و فرایندها در سطح بنیادی شناخته شده‌اند. آنچه کم داریم، انرژی متمرکز و ظرفیت صنعتی برای جابه‌جایی و دگرگون کردن جرم در مقیاس سیاره‌ای است. راهبردهای تدریجی، از پاراترافورمینگ و گنبدها تا مهندسی اقلیم منطقه‌ای، هم واقع‌بینانه‌اند و هم نخستین گام‌های ضروری به شمار می‌آیند.

زمین‌سان‌سازی مریخ از نظر فیزیکی ممکن است، اما در عمل احتمالا قرن‌ها زمان می‌برد، مگر آنکه جهش‌هایی انقلابی در انرژی و تولید رخ دهد.

این واقعیت از جذابیت مریخ کم نمی‌کند؛ بلکه هدف را بازتعریف می‌کند. اگر کاوشگران آینده صبور، روشمند و خلاق باشند، سیاره سرخ شاید روزی در جاهایی که امروز فقط سرخ است، آبی به تن کند.