العلماء يخترعون «صندوقاً فريداً» في المريخ يصنع الأوكسجين كما تفعل الشجرة

عندما انطلق المسبار الروبوتي التابع لوكالة ناسا إلى المريخ العام الماضي، حمل معه صندوقاً ذهبياً صغيراً يسمى MOXIE، لتجربة استخدام موارد الأكسجين في المريخ. منذ ذلك الحين، يقوم MOXIE بإنتاج الأكسجين من هواء المريخ الرقيق. 

وعبر مجلة Science Advances، أكد الفريق الذي يقف وراء هذا الاختراع الغريب، أن الآلة تعمل بشكل جيد لدرجة أن إنتاجها من الأكسجين يمكن مقارنته بمعدل إنتاج متواضع لشجرة الأرض. 

بحلول نهاية عام 2021، أظهرت البيانات أن MOXIE نجحت في الوصول إلى ناتج الأكسجين المستهدف البالغ ستة جرامات في الساعة خلال سبع دورات تجريبية منفصلة، وكذلك في مجموعة متنوعة من الظروف الجوية. يتضمن ذلك الليل والنهار، مواسم المريخ المختلفة وأشياء أخرى من هذا القبيل.

قال مايكل هيشت Michael Hecht، المحقق الرئيسي في مهمة MOXIE في مرصد Haystack التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في بيان صحفي: "الشيء الوحيد الذي لم نحتاجه هو الجري عند الفجر أو الغسق، عندما تتغير درجة الحرارة بشكل كبير" .

وأضاف: "لدينا في جعبتنا ما يتيح لنا القيام بذلك، وبمجرد أن نختبر ذلك في المختبر، يمكننا الوصول إلى هذا الإنجاز على أرض الواقع لإظهار أنه يمكننا حقاً الركض في أي وقت".

بالنسبة للعلماء ووكالات الفضاء على حد سواء، من المثير بشكل خاص أن يكون وعد MOXIE قوياً، لأن الجداول الزمنية المقترحة لبعثات المريخ المحملة برواد الفضاء بدأت تقترب، لتعلم كيفية الحفاظ على سلامة مستكشفي الفضاء في الكوكب الأحمر في المستقبل. 

يبدو أن هدف إيلون ماسك، الرئيس التنفيذي لشركة SpaceX، المتمثل في إنزال البشر على سطح المريخ هو عام 2029، وتهدف مهمة Artemis I Moon القادمة التابعة لناسا إلى تمهيد الطريق للرحلات المريخية المخطط لها في ثلاثينيات وأربعينيات القرن الجاري.

وقال جيفري هوفمان Jeffrey Hoffman، نائب الباحث الرئيسي في MOXIE والأستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في بيان صحفي: "لدعم مهمة بشرية إلى المريخ، يتعين علينا إحضار الكثير من الأشياء من الأرض، مثل أجهزة الكمبيوتر، وبدلات الفضاء.. لكن الأكسجين القديم الغبي؟ إذا تمكنت من الوصول إلى هناك، فابحث عنه هناك".

هذا ويعد MOXIE صغير جداً، وهذا أمر جيد على الأرجح. وهذا يعني أنه إذا تمكن العلماء بطريقة ما من زيادة حجم المكعب المزخرف، يمكن لـ MOXIE أن ينتج أكثر من ستة جرامات من الأكسجين في الساعة. قال هيشت: "لقد تعلمنا قدراً هائلاً من شأنه أن يوجه الأنظمة المستقبلية على نطاق أوسع". 

وصرح هيشت في بيان صحفي لوكالة ناسا العام الماضي: "رواد الفضاء الذين يقضون عاماً على السطح ربما يستخدمون طناً مترياً واحداً من الأوكسجين". ولكن وفقاً لوكالة الفضاء، فإن إخراج أربعة رواد فضاء من سطح المريخ في مهمة مستقبلية سيتطلب ما يقرب من 15000 رطل (7 أطنان مترية) من وقود الصواريخ و 55000 رطل (25 طناً مترياً) من الأكسجين. حيث سيكون جلب كل هذا الأكسجين من الأرض باهظ التكلفة وغير فعال.

كيف تعمل MOXIE؟

على كوكب المريخ، تعمل MOXIE بنشاط على تحويل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للمريخ حيث يشكل العنصر نسبة هائلة تبلغ 96% إلى أكسجين قابل للتنفس. 

الأمر هو أن جزيئات ثاني أكسيد الكربون تتكون من ذرة كربون واحدة وذرتين من الأكسجين. هذه الذرات الصغيرة ملتصقة بشكل أساسي ببعضها البعض. لكن أداة داخل MOXIE، تسمى المحلل الكهربائي للأكسيد الصلب، يمكنها جمع أجزاء الأكسجين داخل جزيئات ثاني أكسيد الكربون التي يهتم بها العلماء. وبمجرد الانتهاء، يتم إعادة تجميع جميع جزيئات الأكسجين الطافية على شكل غاز O2. 

قال هوفمان Hoffman: "هذا هو أول عرض لاستخدام الموارد فعلياً على سطح جسم كوكبي آخر، وتحويلها كيميائياً إلى شيء يمكن أن يكون مفيداً لمهمة بشرية.. إنه أمر تاريخي".

تتطلب هذه العملية استخدام حرارة فائقة تصل درجات الحرارة إلى حوالي 1470 درجة فهرنهايت (800 درجة مئوية) وهو ما يمنح MOXIE طلاءاً ذهبياً مميزاً. 

كما هو الحال مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي الرائد التابع لوكالة ناسا، يجب حماية MOXIE من حرارة الأشعة تحت الحمراء لأنها تعمل بالحرارة نفسها. الطلاء الذهبي يفعل ذلك بالضبط، وفي الواقع فإن مرايا JWST مطلية بالذهب للسبب نفسه أيضاً.

بعد ذلك، يعتزم فريق MOXIE إثبات أن MOXIE يعمل بشكل جيد حتى في ظل ظروف أكثر كثافة، مثل التشغيل القادم الذي سيحدث خلال "أعلى كثافة في العام"، على حد قول Hecht. "سيعمل كل شيء بأعلى الإمكانيات، وسنتركه يعمل لأطول فترة ممكنة".