آیا کره ماه برای ۸ میلیارد نفر اکسیژن کافی دارد؟

به گزارش روز دوشنبه گروه علم و آموزش ایرنا از پایگاه اینترنتی singularityhub، سازمان فضایی استرالیا و سازمان فضایی آمریکا (ناسا) در ماه اکتبر، قراردادی برای ارسال یک مریخ نورد ساخت استرالیا به ماه تحت برنامه آرتمیس با هدف جمع‌آوری سنگ‌های ماه که در نهایت می‌توانند اکسیژن قابل تنفس را در این سیاره فراهم کنند، امضا کردند.

اگرچه ماه جو دارد، اما بسیار نازک است و بیشتر از هیدروژن، نئون و آرگون تشکیل شده است. این نوع مخلوط گازی قادر به حفظ پستانداران وابسته به اکسیژن مانند انسان نیست.

این در حالی است که گفته می شود اکسیژن زیادی در ماه وجود دارد اما فقط به شکل گازی نیست. در عوض در داخل سنگ پوشه یا «رِگولیت» به دام افتاده است؛ سنگ پوشه یا رِگولیت لایه ای از سنگ و غبار ریز است که سطح ماه را می پوشاند اما اگر بتوانیم اکسیژن را از سنگ پوشه استخراج کنیم، آیا این اکسیژن برای حمایت از حیات انسان در ماه کافی است؟

وسعت اکسیژن

اکسیژن را می توان در بسیاری از مواد معدنی موجود در اطراف زمین  یافت. کره ماه نیز بیشتر از همان سنگ هایی ساخته شده است که در زمین یافت می شود (اگرچه با مقدار کمی بیشتر از موادی که از شهاب ها به دست آمده است).

مواد معدنی مانند سیلیس، آلومینیوم و اکسیدهای آهن و منیزیم در زمین ماه غالب هستند. همه این مواد معدنی حاوی اکسیژن هستند اما نه به شکلی که ریه‌های ما به آن دسترسی دارند.

در سیاره ماه، این کانی ها به اشکال مختلف از جمله سنگ سخت، غبار، شن و سنگ هایی که سطح را می پوشانند، وجود دارند. این ماده نتیجه برخورد شهاب سنگ ها به سطح ماه در طول هزاره های بی شمار است.

برخی مردم لایه سطحی ماه را «خاک»  قمری می نامند، اما محققان خاک در استفاده از این اصطلاح مردد هستند.  خاک، ماده بسیار جادویی است که فقط روی زمین وجود دارد و توسط مجموعه وسیعی از ارگانیسم‌ها ایجاد شده است که در طول میلیون‌ها سال روی ماده اصلی خاک یعنی سنگ‌گلیت، مشتق شده از سنگ سخت فعالیت می‌کنند. نتیجه، ماتریسی از مواد معدنی است که در سنگ های اولیه (زمین) وجود نداشتند.  

خاک زمین با ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی قابل توجهی آغشته است. این در حالی است که مواد روی سطح ماه اساساً سنگ پوشه به شکل اصلی و دست نخورده آن هستند.

یک ماده وارد می شود، دو ماده خارج می شود

سنگ پوشه یا رگولیت در ماه تقریباً از ۴۵ درصد اکسیژن تشکیل شده است اما این اکسیژن به مواد معدنی که در بالا ذکر شده به شدت متصل است، برای از هم پاشیدن این پیوندهای قوی باید انرژی بگذاریم.

اگر اطلاعاتی در مورد الکترولیز داشته باشیم، ممکن است با این فرایند آشنا باشیم. روی زمین از الکترولیز معمولاً در فرایند تولید، مانند تولید آلومینیوم استفاده می شود.  در این فرایند، جریان الکتریکی از شکل مایع اکسید آلومینیوم (که معمولاً آلومینا نامیده می شود) ازطریق الکترودها عبور می کند تا آلومینیوم را از اکسیژن جدا کند.

در این حالت، اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی تولید می شود اما در ماه، اکسیژن محصول اصلی و آلومینیوم (یا فلز دیگر) استخراج شده یک محصول جانبی بالقوه مفید خواهد بود. این یک فرایند کاملاً ساده است، اما نکته این است که به انرژی زیادی نیاز دارد بنابراین برای پایدار بودن این فرایند لازم است از انرژی خورشیدی یا دیگر منابع انرژی موجود در ماه پشتیبانی شود.

از سوی دیگر استخراج اکسیژن از سنگ پوشه به تجهیزات صنعتی قابل توجهی نیز نیاز دارد. به طوری که ابتدا باید اکسید فلز جامد را یا با اعمال گرما یا گرمای ترکیب شده با حلال ها یا الکترولیت ها به شکل مایع تبدیل کرد البته فناوری انجام این کار روی زمین وجود دارد اما انتقال این دستگاه به ماه  و تولید انرژی کافی برای راه اندازی آن  یک چالش بزرگ خواهد بود.

اوایل سال جاری میلادی، یک شرکت استارتاپی به نام « خدمات برنامه های فضایی» که در بلژیک مستقر است، اعلام کرد که در حال ساخت سه راکتور آزمایشی برای بهبود فرآیند تولید اکسیژن از طریق الکترولیز است. آنها انتظار دارند تا سال ۲۰۲۵، این فناوری را به عنوان بخشی از مأموریت استفاده از منابع درجا (ISRU) آژانس فضایی اروپا به ماه ارسال کنند.

ماه چقدر می تواند اکسیژن تامین کند؟

زمانی که انسان موفق به استخراج اکسیژن در سطح ماه شود این سوال مطرح می شود که این کره واقعا چقدر اکسیژن می تواند ارایه دهد؟

اگر اکسیژن موجود در مواد موجود در سنگ سخت در اعماق ماه را نادیده بگیریم - و فقط سنگ پوشه که دسترسی به آن راحت است را در نظر بگیریم،  می‌توانیم به تخمین‌هایی دست پیدا کنیم.

هر متر مکعب سنگ پوشه در ماه به طور متوسط ‌حاوی ۱.۴ تن مواد معدنی از جمله حدود ۶۳۰ کیلوگرم اکسیژن است.  ناسا می گوید انسان برای زنده ماندن نیاز به تنفس حدود ۸۰۰ گرم اکسیژن در روز دارد بنابراین ۶۳۰ کیلوگرم اکسیژن، یک فرد را برای حدود ۲ سال (یا کمی بیشتر) زنده نگه می دارد.

حال فرض کنیم که عمق متوسط سنگ پوشه در ماه حدود ۱۰ متر است و می‌توانیم تمام اکسیژن را از آن استخراج کنیم، این بدان معناست که ۱۰ متر بالای سطح ماه اکسیژن کافی برای پشتیبانی از تمام هشت میلیارد انسان روی زمین را برای حدود ۱۰۰ هزار سال فراهم می کند.

البته این رقم همچنین به این بستگی دارد که چگونه به طور مؤثری اکسیژن را استخراج کرده و از آن استفاده کنیم. صرف نظر از این، این رقم بسیار شگفت انگیز است!

با این حال ما از اکسیژن کافی روی زمین برخوردار هستیم و باید هر کاری که می توانیم برای محافظت از این سیاره آبی و به ویژه خاک آن که حتی بدون تلاش ما از تمام حیات زمینی حمایت می کند، انجام دهیم.

این مقاله در نشریه The Conversation بازنشر شده است.