انسانها همواره رویای زندگی در مریخ را داشتهاند. مریخ از دور آشنا به نظر میرسد، اما زنده ماندن در آن نیازمند ساخت پناهگاهی امن در محیطی خطرناک است. با این هدف، محققان به جای ارسال مصالح ساختمانی از زمین، در حال بررسی روشی برای استفاده از خاک مریخ به عنوان ماده اولیه هستند. طبق تحقیقات، دو میکروب سرسخت زمینی میتوانند با همکاری یکدیگر، غبار مریخی را به مادهای شبیه بتن تبدیل کرده و حتی به تولید اکسیژن کمک کنند. چشمانداز پژوهش این است که زیستگاهها با چاپ سهبعدی و استفاده از منابع محلی ساخته شوند و هر بار یک مورد از آنها آزمایش شود.
زندگی در مریخ با دوگانه میکروبی زمینی
طبق تحقیقات دانشمندان، یک دوگانه میکروبی این قابلیت را دارد که خاک مریخ را به مصالح ساختمانی مستحکم و سیمانمانند تبدیل کند؛ امری که ساخت پناهگاه با استفاده از آنچه در مریخ موجود است را ممکن میسازد. از آن مهمتر، همین سیستم میتواند با تولید اکسیژن و محصولات جانبی مفید، از فضانوردان برای زندگی در یک چرخه بسته حمایت کند.
ایده زندگی فراتر از زمین، بهعنوان هدفی بزرگ و بلندمدت از زمانیکه انسان برای اولین بار بر ماه قدم گذاشت، توسط آژانسهای فضایی در سراسر جهان مطرح شد و مقاصد مختلفی به این منظور معرفی شدند. از میان مقاصدی که به طور واقعبینانه قابل دسترس هستند، مریخ برجستهترین گزینه محسوب میشود.
عوارض زمینشناختی شگفتانگیز و برخی ویژگیهای آشنای مریخ که شباهتهایی با زمین دارند، این سیاره را به مقصد بعدی اکتشاف و سکونت تبدیل کرده است. بااینحال، ایجاد امکانی برای حضور پایدار و همیشگی انسان با هدف زندگی در مریخ، هنوز هم یکی از سختترین چالشهای علمی برای محققان محسوب میشود.
شرایط مریخ برای زندگی و حیات انسان
مریخ همیشه به شکل امروزی خود نبوده است. طی میلیاردها سال، این سیاره جو غلیظی که از سطح آن محافظت میکرد را از دست داده است. آنچه امروز باقی مانده، محیطی است که هیچ شباهتی به شرایط تحملپذیر برای حیات زمینی ندارد. هوای این سیاره بسیار رقیق بوده و تشکیلشده از دیاکسید کربن است، فشاری کمتر از یک درصد فشار زمین دارد و دمای آن بین ۹۰- درجه سانتیگراد (۱۳۰- درجه فارنهایت) تا ۲۶ درجه سانتیگراد (۷۹ درجه فارنهایت) تغییر میکند.
به علاوه تابشهای کیهانی مداوم این سیاره و عدم وجود هوای قابل تنفس هم جزو چالشهای زندگی در آن محسوب میشوند. در واقع یک پناهگاه زیستی در مریخ تنها به سقف و دیوار محدود نمیشود و باید بهعنوان سازهای حمایتکننده از حیات انسان عمل کند. بهعبارتی باید در برابر محیطی که برای نابودی سیستمهای زنده طراحی شده، مقاوم باشد.
حمل مصالح ساختمانی از زمین بهمنظور ساخت چنین پناهگاهی، پرهزینه بوده و عملا امکانپذیر نیست. درنتیجه باید رویکردهای علمی دیگر را بررسی کرد که ساختوساز با استفاده از منابع موجود در مریخ یکی از آنهاست. استفاده از منابع درجا (ISRU) که به معنای بهرهگیری از مواد محلی است، محوریترین بخش برنامههایی است که برای زندگی پایدار انسانی در سیاره سرخ طراحی میشوند.
در این تحقیقات، کاوشگر «استقامت» نمونههایی را از دهانه جیزرو، یک بستر رودخانه باستانی مریخی جمعآوری کرده که احتمالا شواهدی از حیات اولیه میکروبها را در خود دارند. در صورت اثبات شواهد، یک سوال بزرگتر برای زندگی در مریخ مطرح میشود که اگر میکروبها زمانی در مریخ وجود داشتهاند، آیا اکنون میتوانند به ما در ساخت و ساز در این سیاره کمک کنند؟
از اولین حیات زمین تا زندگی در مریخ
حیات روی زمین با میکروارگانیسمهای ساده در محیطهای آبی کمعمق آغاز شد. با گذشت زمان، موجودات ریز سیاره را به شکل شگفتانگیزی بازسازی کردند؛ از کمک به پر کردن جو با اکسیژن گرفته تا ایجاد سازههایی با دوام و محکم مانند صخرههای مرجانی. حالا با مشاهده مریخ، این سوال توسط محققان مطرح شده که آیا این اشکال کوچک حیات میتوانند دوباره نقش بزرگی ایفا کرده و دنیای بیحاصل و زمینهای بایر مریخ را به محلی مناسب سکونت انسان تبدیل کنند؟
تحقیقات از سیستمهای طبیعی الهام گرفته و متخصصانی از چندین رشته را برای یک تلاش بینالمللی گرد هم آورده است. تمرکز تحقیقات بر زیستکانیسازی است؛ فرآیندی که در آن میکروارگانیسمها مانند باکتریها، قارچها و ریزجلبکها بهعنوان بخشی از متابولیسم خود مواد معدنی و کانی تولید میکنند. زیستکانیسازی میلیاردها سال در ساخت چشماندازهای زمین نقش داشته است، درنتیجه احتمال تاثیر آنها در ساخت مریخ هم وجود دارد. بهویژه میکروارگانیسمهایی که در محیطهای خشن مانند دریاچههای اسیدی، خاکهای آتشفشانی و غارهای عمیق رشد میکنند، ممکن است در شرایط شبیهسازی مریخ مفید باشند.
تبدیل رگولیت مریخ به مصالح ساختمانی
تیم ما با استفاده از دادههای کاوشگرها درباره خاک مریخ (رگولیت یا سنگپوشه)، مسیرهای مختلف کانیسازی میکروبی را بررسی میکند تا روشی که به ساخت مواد مستحکم برای تولید زیستگاهها منجر شود را پیدا کند. این روش باید از خطرات آلودگی بینسیارهای هم جلوگیری کند. نویدبخشترین گزینه کشفشده تا به امروز برای زندگی در مریخ «زیستسیمانیسازی» است. در این رویکرد، میکروارگانیسمها موادی شبیه سیمان، مانند کربنات کلسیم را در دمای اتاق تولید میکنند.
بخش کلیدی این کار بر همکاری بین دو باکتری متمرکز است. اولین مورد Sporosarcina pasteurii که به تولید کربنات کلسیم از طریق تجزیه اوره کمک میکند و دیگری Chroococcidiopsis، یک سیانوباکتری مقاوم که میتواند در محیطهای سخت، از جمله شرایط شبیهسازی شده مریخ، زنده بماند.
این دو باکتری در کنار هم مانند سیستمی تعاونی عمل میکنند. Chroococcidiopsis اکسیژن آزاد کرده و به ایجاد یک محیط کوچک حمایتی برای Sporosarcina pasteurii کمک میکند. این باکتری همچنین در تولید ماده پلیمری خارج سلولی نیز موثر است که از Sporosarcina pasteurii در برابر تابشهای مخرب UV در سطح مریخ محافظت میکند. در مقابل، Sporosarcina ترشحکننده پلیمرهای طبیعی است که از تشکیل کانی حمایت کرده و به چسبیدن سنگپوشه (خاک مریخ) کمک میکنند. نتیجه این همکاری تبدیل خاک سست به یک ماده جامد و بتنمانند برای ساخت زیستگاههاست.
چاپ سه بعدی زیستگاهها و سیستمهای حمایت از حیات
چشمانداز بلندمدت تحقیق، ترکیب این کشت مشترک باکتریایی با خاک مریخی و استفاده از آن به عنوان منبع تغذیه برای چاپ سه بعدی زیستگاهها در مریخ است. این مفهوم نقطه مشترک علوم اخترزیستشناسی، بیوشیمی، علم مواد، مهندسی عمران و رباتیک است. درصورتیکه این طرح در مقیاس بزرگ موفقیتآمیز باشد، نحوه طراحی و ساخت سازهها برای سیاره سرخ را دگرگون میکند.
البته ارزش بالقوه این طرح محدود به ساختوساز نیست. از آنجایی که Chroococcidiopsis قادر به تولید اکسیژن است، علاوه بر پایداری زیستگاهها در حمایت از حیات فضانوردان هم نقش مهمی دارد و زندگی در مریخ را امکانپذیر میکند. همچنین در دورههای طولانیتر، آمونیاک تولید شده به عنوان محصول جانبی متابولیک Sporosarcina pasteurii به فعالسازی سیستمهای کشاورزی در محیطهای بسته کمک میکند تا تلاش برای زمینیسازی مریخ، نتیجهبخش باشد.
موانع و چالشهای مسیر ساخت خانههای مریخی
با وجود ایدههای نویدبخش، این کار هنوز در مراحل اولیه است. آژانسهای بینالمللی قصد دارند اولین زیستگاه انسانی در مریخ را در سال ۲۰۴۰ بسازند. بااینحال تاخیرهای مکرر در بازگشت نمونههای مریخی، سرعت تست و تایید روشهای ساختوساز مخصوص مریخ را محدود میکند. با توجه به برنامهریزی آژانسهای فضایی برای ماموریتهای سرنشیندار در دهه پیشرو، تحقیقات روی ساختوسازهای زیستی باید اکنون آغاز شوند تا مریخ برای حضور انسانها آماده باشد.
چالش اصلی از دیدگاه اختر زیست شناسی، درک چگونگی رفتار این جوامع میکروبی در رگولیت مریخ و توانایی آنها در تحمل تنشهای شدید این سیاره است. شبیهسازی رگولیت در آزمایشگاهها، راهی عملی برای آزمایش کشتهای مشترک در شرایط مشابه مریخ و مدلسازی عملکرد سیمانسازی زیستی خواهد بود.
علم رباتیک هم در این زمینه چالشهایی دارد. بازتولید گرانش مریخ روی زمین دشوار است و این گرانش بر چاپ سهبعدی و ساخت خودکار آن تاثیر میگذارد. برای آمادهسازی ماموریتهای آینده، نیاز به الگوریتمهای کنترل قوی و پروتکلهای اختصاصی است که به سیستمهای رباتیک اجازه دهند در محیط عادی مریخ، عملکردی موثر و کارآمد داشته و به ساختوساز بپردازند.
هرچند پیشرفت در این زمینه تدریجی است اما هر آزمایش، تست موفقیت آمیز و فرآیند اصلاحشدهای که انجام شود، ما را به آیندهای نزدیکتر میکند؛ آیندهای که انسان در آن قادر به ساخت و داشتن خانهای برای زندگی در مریخ خواهد بود. تا پیش از رسیدن به این رویا میتوانید شناخت خود را از زمین کامل کنید، در این زمینه مطالعه مطلب شهر سوخته، سرگذشت یک شهر فراموششده را پیشنهاد میکنیم.
