این روزها در کنار پیشرفت اکتشافات فضایی، شاهد سرمایه‌گذاری کلان در بخش فناوری‌هایی هستیم که می‌توانند امکان استفاده مؤثر از منابع فضایی را فراهم کنند و در خط مقدم این تلاش‌ها، تمرکز بر استخراج اکسیژن در کره ماه است.
سازمان فضایی استرالیا و سازمان فضایی آمریکا (ناسا) در ماه اکتبر، قراردادی برای ارسال یک ماه‌نورد را امضاء کردند. هدف این کاوشگر جمع‌آوری و بررسی سنگ‌های ماه است که در آینده می‌توانند اکسیژن قابل تنفس را در این کره برای بشر فراهم کنند.
جالب است بدانید ماه جو دارد، اما این جو 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 می‌شود اکسیژن زیادی در ماه وجود دارد، اما به شکل گازی نیست. در عوض این اکسیژن در داخل سنگ پوشه یا «رِگولیت» به دام افتاده است؛ سنگ پوشه یا رِگولیت لایه‌ای از سنگ و غبار ریز است که سطح ماه را پوشانده اما اگر بتوانیم اکسیژن را از سنگ پوشه استخراج کنیم، آیا این اکسیژن برای حمایت از حیات انسان در ماه کافی است؟
چه مقدار “اکسیژن” وجود دارد؟اکسیژن را می‌توان در بسیاری از مواد معدنی موجود در اطراف زمین یافت. کره ماه نیز بیشتر از همان سنگ‌هایی ساخته شده که در زمین یافت می‌شود (اگرچه با مقدار کمی بیشتر از موادی که از شهاب‌ها به دست آمده است). مواد معدنی مانند سیلیس، آلومینیوم و اکسیدهای آهن و منیزیم در خاک ماه غالب هستند. همۀ این مواد معدنی حاوی اکسیژن هستند، اما نه به شکلی که ریه‌های ما به آن دسترسی دارند.
این کانی‌ها در ماه به اشکال مختلف از جمله سنگ سخت، غبار، شن و سنگ‌هایی که سطح ماه را پوشانده‌اند، وجود دارند. این مواد در اثر برخورد شهاب سنگ‌ها به سطح ماه، در طول هزاران سال به وجود آمده‌اند. برخی مردم لایه سطحی ماه را «خاک» قمری می‌نامند، اما محققان 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 که در طول میلیون‌ها سال روی ماده اصلی خاک یعنی سنگ‌گلیت، مشتق شده از سنگ سخت فعالیت می‌کنند. یعنی این خاک از مواد معدنی درست شده که در سنگ‌های اولیه (زمین) وجود نداشتند.
خاک زمین با ویژگی‌های 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 هستند.
یک ماده وارد می‌شود، دو ماده خارج میشودسنگ پوشه یا رگولیت در ماه تقریباً از ۴۵ درصد اکسیژن تشکیل شده، 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. بر روی زمین از الکترولیز در فرایند تولید، مانند تولید آلومینیوم استفاده می‌شود. در این فرایند، جریان الکتریکی از شکل مایع اکسید آلومینیوم (که معمولاً آلومینا نامیده می‌شود) از طریق الکترودها عبور می‌کند تا آلومینیوم را از اکسیژن جدا کند.
در این حالت، اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی تولید می‌شود اما در ماه، اکسیژن محصول اصلی و آلومینیوم (یا فلز دیگر) استخراج شدۀ یک محصول جانبی بالقوه مفید خواهد بود. این یک فرایند کاملاً ساده است، اما 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.
main.croppedاز سوی دیگر استخراج اکسیژن از سنگ پوشه به تجهیزات صنعتی قابل توجهی نیاز دارد. به طوری که ابتدا باید اکسید فلز جامد را یا با اعمال گرما یا گرمای ترکیب شده با حلال‌ها یا الکترولیت‌ها 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 راه‌اندازی آن یک چالش بزرگ خواهد بود.
اوایل سال جاری میلادی، یک شرکت بلژیکی، 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 می‌تواند اکسیژن تامین کند؟اگر اکسیژن موجود در مواد 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 یابیم.
هر متر مکعب سنگ پوشه در ماه به طور متوسط حاوی ۱.۴ تن مواد معدنی از جمله حدود ۶۳۰ کیلوگرم اکسیژن است. به گفته محققان ناسا، 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 می‌دارد.
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 می‌کند.
این رقم بسیار شگفت انگیز است! البته این رقم به این بستگی دارد که چگونه به طور مؤثری اکسیژن را استخراج کرده و از آن استفاده کنیم. با این حال ما از اکسیژن کافی روی زمین برخورداریم و باید هر کاری که می‌توانیم برای حفاظت از سیاره آبی و به ویژه خاک آن که حتی بدون تلاش ما از تمام حیات زمینی حمایت می‌کند، انجام دهیم.
