حصاد الماء: كيف سنجمع الماء على المريخ

لقد حلمنا بإرسال البشر إلى كوكب آخر لعقود من الزمان ، ومع تزايد الاهتمام باستكشاف المريخ مؤخرًا ، يبدو أن هذا قد يكون حقيقة واقعة في يوم من الأيام.

ولكن هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به قبل أن نكون مستعدين ليطأ أي شخص الكوكب الأحمر.

من بين جميع الموارد التي سيحتاجها زوار المريخ ، فإن أحد أهم الموارد هو الماء - ليس فقط للشرب ، ولكن أيضًا لصنع وقود الدفع الصاروخي ومواد أخرى مثل الأكسجين. وإذا كنا كذلك على أمل إقامة الزراعة هناك، سنحتاج إلى كمية كبيرة من المياه للحفاظ على نمو المحاصيل.

لكن سطح المريخ يبدو وكأنه صحراء جافة غير مضيافة. اليوم ، ليس للمريخ بحيرات ولا أنهار ولا أمطار.

إذن من أين نحصل على مياهنا؟ تحدثنا إلى ثلاثة خبراء لمعرفة ذلك.

هذه المقالة جزء من الحياة على المريخ - سلسلة من 10 أجزاء تستكشف أحدث العلوم والتكنولوجيا التي ستسمح للبشر باحتلال المريخ

العثور على الماء على سطح المريخ

على الرغم من أننا بعيدون عدة سنوات عن إنشاء قاعدة تشغيلية كاملة على المريخ ، إلا أن وكالات الفضاء مثل وكالة ناسا تفكر بالفعل في مسألة المياه. إن إحضار المياه من الأرض غير عملي - فهي ثقيلة جدًا بحيث لا تحمل كل المياه اللازمة لمهمة في صاروخ. لذا فإن الخطة هي جمع المياه من بيئة المريخ ، وللقيام بذلك نحتاج إلى معرفة مكان وجود المياه.

والخبر السار هو أن هناك الكثير من الماء على شكل جليد على سطح المريخ ، بما في ذلك الجليد الذي يغطي القطبين وفي حفر ضخمة. النبأ السيئ هو أن مهمة إلى هذه المناطق الباردة المتجمدة تعرض مشاكلها الخاصة ، مثل كمية الطاقة التي قد تتطلبها لإبقاء كل من البشر والآلات دافئين في درجات حرارة منخفضة تصل إلى -240 درجة فهرنهايت. لهذا السبب تركز معظم بعثات المريخ على مناطق خطوط العرض الوسطى ، حيث تكون درجات الحرارة أكثر اعتدالًا.

لا يوجد جليد على السطح في هذه المناطق ، على الرغم من وجود جليد تحت الأرض. ولكن ما لم ترغب في إرسال رائد فضاء مع مجرفة لأخذ عينات من كل بقعة من الأوساخ على الكوكب ، فأنت بحاجة إلى طريقة لرسم خريطة للجليد تحت السطح بسرعة وكفاءة.

يشير X إلى البقعة

هذا ما يعمل عليه غاريث مورغان وثان بوتزيغ من معهد علوم الكواكب كجزء من مشروع رسم خرائط الجليد المائي تحت السطحي (SWIM). قاموا وزملاؤهم بدمج 20 عامًا من البيانات من خمسة أدوات مختلفة للمريخ المدارية لتحديد مكان وجود الجليد على الأرجح تحت السطح. يمكن لكل مجموعة بيانات بمفردها ، مثل قراءات الرادار أو مؤشرات الهيدروجين ، أن تخبرك كثيرًا عما إذا يوجد الجليد في موقع معين ، ولكن معًا ، يمكنهم الإشارة إلى المواقع الرئيسية للعثور على الجليد يكون.

الهدف من عملهم هو مساعدة ناسا على اختيار مواقع الهبوط المستقبلية للبعثات المأهولة حتى يتمكن رواد الفضاء من الوصول إليها الجليد تحت السطح ، مع السماح بأكبر قدر ممكن من الحرية لاختيار استكشاف علمي مثير للاهتمام منطقة.

قال مورجان: "ستحدد التكنولوجيا والهندسة كيفية وضع البشر على المريخ ، وسيكون لديهم قيودهم الخاصة على المكان الذي يمكن أن يحدث فيه ذلك. إنهم يريدون أيضًا أن يجد المجتمع العلمي أكثر الأماكن القابلة للتطبيق علميًا ، والمثيرة للاهتمام ، والرائعة للهبوط. لذا فإن مهمتنا هي بناء جسر بين هذين العالمين من خلال منح كلا الفريقين فهمًا واسعًا لمكان وجود الموارد ".

يمكن أن توضح هذه الخريطة المكان الذي من المحتمل أن يوجد فيه الجليد ، ولكن فقط إذا كان هذا الجليد أقل من خمسة أمتار تحت الأرض. من الصعب أيضًا أن تكون دقيقًا بشأن مدى عمق الجليد بالضبط في أي منطقة معينة لأن طرق الاستشعار المستخدمة لا تقدم سوى تقديرات تقريبية لمحتوى الجليد هناك.

وهناك فرق عملي كبير في مدى صعوبة الوصول إلى الجليد الذي يبلغ بضع بوصات تحت السطح مقابل الجليد الذي يقع تحت أمتار من الصخور الكثيفة.

أداة جديدة لكشف الجليد

لمعرفة مدى عمق الجليد على المريخ ، سنحتاج إلى جهود جديدة مثل مهمة Mars Ice Mapper: مركبة فضائية تعمل عليها وكالة ناسا ووكالات الفضاء الدولية الأخرى معًا تدور حول المريخ واستخدم نوعين من منهجيات الرادار لاكتشاف مدى عمق الجليد الموجود أسفل سطح.

وأوضح بوتزيغ أن "الفكرة المركزية هي الحصول على رادار ذي تردد أعلى ودقة أعلى". لا تزال مهمة Ice Mapper في مرحلة المفهوم ، ولم يشارك هو ومورجان بشكل مباشر فيها. لكنهم سمعوا عن مفاهيم المهمة من علماء آخرين ، وقاموا بمشاركة بعض التفاصيل حول كيفية عملها.

تسمى طريقة الرادار الأولى التي يستخدمها رسام الخرائط بالتصوير بالرادار ذي الفتحة التركيبية. قال بوتزيغ إن هذا يتضمن رادارًا موجهًا بزاوية على السطح ، مما "يمنحك إحساسًا بالتوزيع الواسع للجليد الضحل". "يمكنك تحديد ذلك على منطقة كبيرة بسرعة نسبيًا بهذه الطريقة."

الطريقة الثانية هي سبر الرادار ، حيث يتم توجيه الرادار لأسفل مباشرة للارتداد من أعلى طبقة الجليد. يخبرك هذا بمدى عمق طبقة الجليد. عندما تجمع بين الاثنين ، "تحصل على عرض خريطة وعرض مقطعي" ، قال.

ومن ثم تعرف أين تحفر.

الوصول إلى الماء بمجرد أن نجده

يعد تحديد مكان الجليد مجرد الخطوة الأولى في جمع المياه. للانتقال من كتل الجليد الصلب تحت الأرض إلى مياه نظيفة وآمنة للشرب ولأغراض أخرى ، سنحتاج إلى إيجاد طريقة لاستخراج الجليد ومعالجته.

إذا كنت تعرف مدى عمق الجليد وتعتقد أن هناك قدرًا كبيرًا من الجليد للوصول إليه ، فيمكنك التنقل لأسفل للوصول إليه. المشكلة ، كما أوضح سيدني دو ، رئيس مشروع رسم خرائط مياه المريخ في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا ، هو أنك بحاجة إلى معرفة نوع الصخور التي ستحفر فيها حتى تتمكن من إحضار الأداة المناسبة لـ وظيفة.

حاليًا ، فهمنا لتكوين سطح المريخ وتحت سطحه محدود ، مما تسبب في مشاكل في بعثات المريخ مثل InSight ، حيث المسبار الحراري لمركبة الهبوط لا يمكن أن تحت السطح لأن التربة بها مستويات احتكاك مختلفة قليلاً عما كان متوقعًا. لذلك سنحتاج إلى مزيد من المعلومات حول تكوين الصخور في منطقة معينة قبل أن نتمكن من تصميم حفر لحفر نفق فيها.

بمجرد حفر حفرة في الجليد ، يمكنك استخدام نظام يسمى بئر رودريغيز ، والمستخدم حاليًا على الأرض في أماكن مثل أنتاركتيكاللوصول إلى المياه. بشكل أساسي ، تقوم بغمر قضيب ساخن في الحفرة المحفورة ، مما يذيب الجليد ويخلق بئرًا من الماء السائل يمكنك ضخه بعد ذلك إلى السطح. يتطلب هذا توفير الطاقة على شكل حرارة ، ولكنها طريقة فعالة للوصول إلى كميات كبيرة محتملة من المياه.

صخور مخبوزة

هناك أيضًا خيار آخر لتجميع المياه: يمكننا استخراجه من المعادن الرطبة المتوفرة بكثرة في العديد من مناطق المريخ. هناك صخور مثل الجبس تحتوي على الماء ، وإذا سحقتم ، ثم خبزوا تلك الصخور ، يمكنكم تكثيف الماء وتجميعه.

لكن اكتشاف هذه المعادن ليس بالأمر السهل. لتحديد هذه المعادن المائية من المدار ، يستخدم الباحثون تقنية تسمى التحليل الطيفي للانعكاس. يمكن للأجهزة الموجودة على المركبات الفضائية حول المريخ اكتشاف ضوء الشمس أثناء انعكاسه من السطح ، مما يخلق ما يسمى الأطياف. يتم امتصاص بعض الأطوال الموجية للضوء المنعكس بواسطة مواد كيميائية معينة ، مما يسمح للعلماء باستنتاج ما تتكون الصخور أدناه. لكن هذه الإشارة هي فقط متوسط ​​المنطقة التي يتم ملاحظتها ، ويمكن أن تكون هناك مواد كيميائية متعددة تمتص نفس الأطوال الموجية. لذا فإن فك رموز الإشارات المختلفة يمكن أن يمثل تحديًا.

"الطريقة التي أحب أن أشرحها هي: لديك كعكة تلقيتها ،" قال دو. "عليك أن تحاول و اكتشف المكونات التي تم تصنيعها منها ومقدار كل مكون ساهم في صنع ذلك كيك. هذا ما نقوم به في الأساس باستخدام هذه الإشارات العاكسة - نحاول تفكيكها إلى الأجزاء المكونة لها لمعرفة ما بداخلها ".

جعل المياه آمنة

في كلتا الحالتين ، بمجرد أن تجمع الماء عن طريق إذابة الجليد أو عن طريق خبز الصخور ، فأنت بحاجة إلى معالجته. يمكن أن يكون الماء مليئًا بالشوائب الضارة مثل المعادن الثقيلة أو الأملاح مثل البركلورات ، لذلك يحتاج إلى التنظيف والتحلية قبل استخدامه. من الناحية النظرية ، نحن نعرف كيفية القيام بذلك من خلال إجراء معالجة مماثلة للمياه على الأرض ، ولكن التحدي على كوكب المريخ هو أننا لا نعرف حاليًا ما هي الملوثات التي نتوقعها.

مثل العديد من جوانب إدارة المياه على كوكب المريخ ، فإن القضية ليست في المفهوم ولكن في التنفيذ. إن تقنية إدارة المياه على الأرض مفهومة جيدًا ، ولكن لا يزال هناك الكثير مما يجب فعله قبل أن نتمكن من بناء نظام يعمل على كوكب آخر.

قال دو "نحن نعرف المبادئ الأساسية للقيام بذلك". "لكننا لا نفهم تمامًا الظروف البيئية التي يتعين علينا فيها تشغيل هذه الماكينة." كل شيء من الغلاف الجوي الرقيق للمريخ إلى الجاذبية المنخفضة له غبار وفير يمكن أن يغير طريقة عمل الآلات. ناهيك عن أن نظام المياه لن يكون فقط صغيرًا وخفيفًا بدرجة كافية ليتم وضعه على صاروخ ، بل يجب أيضًا أن يكون موثوقًا للغاية - لا توجد ورش إصلاح على كوكب المريخ.

هذا هو المكان الذي ستظهر فيه الحدود التالية للابتكار التكنولوجي. قال دو ، لدينا المعرفة الآن بكيفية بناء نظام لاستخراج المياه ومعالجتها ، "لكن الانعطاف تلك المبادئ في التكنولوجيا التي تعمل بطريقة موثوقة في البيئة التي نتوقعها - لا يزال يفتح."

هذه المقالة جزء من الحياة على المريخ - سلسلة من 10 أجزاء تستكشف أحدث العلوم والتكنولوجيا التي ستسمح للبشر باحتلال المريخ

توصيات المحررين

• رحلة كونية: اللوجيستيات الصعبة المتمثلة في وضع الناس على المريخ
• اتقان الدفع: كيف سننقل البشر إلى المريخ
• قلاع من الرمال: كيف نصنع موائل بتربة المريخ
• أجواء اصطناعية: كيف سنبني قاعدة بهواء قابل للتنفس على سطح المريخ
• الزراعة الفلكية: كيف سنزرع المحاصيل على المريخ