در طی آن زمان، بسیاری از روش‌های پیشنهادی در نظر گرفته شده‌اند و به‌عنوان «خیلی گران‌قیمت» یا نیاز به فناوری خیلی زودتر از آنچه امروز داریم کنار گذاشته شده‌اند. با این وجود، این ایده همچنان پابرجاست و اغلب بخشی از برنامه های بلندمدت برای ایجاد حضور انسان در مریخ در نظر گرفته می شود. با توجه به طرح‌های فراوان برای ایجاد پایگاه‌های انسانی در ماه و سپس استفاده از این زیرساخت برای ارسال مأموریت‌ها به مریخ، فرصت‌های زمین‌سازی ممکن است نزدیک‌تر از آن چیزی باشد که فکر می‌کنیم.
متأسفانه، هر طرحی برای شکل‌دهی مریخ از موانع حل‌نشده‌ای رنج می‌برد که مهم‌ترین آنها هزینه، مسافت و نیاز به فناوری‌هایی است که در حال حاضر وجود ندارند. ایجاد یک اثر گلخانه ای و گرم شدن سطح مریخ به مقادیر انبوهی از گازهای گلخانه ای نیاز دارد که حمل و نقل آن بسیار دشوار و پرهزینه خواهد بود. با این حال، تیمی از مهندسان و ژئوفیزیکدانان به رهبری دانشگاه شیکاگو روش جدیدی را برای شکل دادن به مریخ با نانوذرات پیشنهاد کردند. این روش از منابع موجود در سطح مریخ استفاده می کند و با توجه به امکان سنجی آنها، برای شروع فرآیند شکل گیری زمین کافی است.
این تیم تحت رهبری سمانه انصاری، دانشجوی فوق دکتری در گروه مهندسی برق و کامپیوتر (ECE) دانشگاه نورث وسترن فعالیت می‌کرد. ادوین کایت، استادیار علوم ژئوفیزیک دانشگاه شیکاگو به او پیوست. رامسس رامیرز، استادیار گروه فیزیک دانشگاه فلوریدا مرکزی؛ لیام جی استیل، محقق سابق فوق دکترا در دانشگاه شیکاگو که اکنون با مرکز پیش‌بینی آب و هوای متوسط اروپا (ECMWF) همکاری می‌کند؛ و هومن محسنی، استاد ECE در نورث وسترن و مشاور فوق دکتری انصاری در این تیم حضور داشتند.
همانطور که در مقاله های قبلی به آن اشاره شد، روند شکل گیری زمین به مریخ به چند مرحله خلاصه می شود که همه آنها مکمل یکدیگر هستند. به این معنی که پیشرفت در یک زمینه همیشه تأثیر مثبتی بر دیگری خواهد داشت. آن مراحل عبارتند از:
گرم شدن سیاره
غلیظ شدن جو
آب شدن یخ آب
با گرم شدن سیاره، یخ های قطبی و یخ های دائمی ذوب می شوند و آب مایع را روی سطح و به صورت بخار در جو آزاد می کنند. مقادیر فراوان یخ خشک در هر دو کلاهک یخی (به ویژه در نیمکره جنوبی) نیز آزاد می شود و جو را غلیظ می کند و آن را بیشتر گرم می کند. همانطور که رابرت زوبرین در The Case for Mars استدلال کرد، این منجر به فشار اتمسفر (اتمسفر) در حدود ۳۰۰ میلی بار (۳۰ درصد اتمسفر زمین در سطح دریا) می شود که به افراد اجازه می دهد بدون لباس فشاری بیرون بر روی سطح بایستند. (اگرچه آنها همچنان به لباس گرم و اکسیژن بطری شده نیاز دارند).
در گذشته، پیشنهادات برای شکل‌دهی زمین به مریخ توصیه می‌کردند که اولین گام با ایجاد یک اثر گلخانه‌ای، به ویژه با معرفی گازهای گلخانه‌ای اضافی انجام شود. به عنوان مثال می توان به دی اکسید کربن اضافی، متان، آمونیاک و کلروفلوئوروکربن ها اشاره کرد که یا باید در مریخ استخراج شوند یا از زمین (یا زهره، تیتان و منظومه شمسی بیرونی) وارد شوند. متأسفانه، این گزینه‌ها به ناوگانی از فضاپیماها نیاز دارند که سفرهای دو طرفه به مریخ، زهره، یا خارج از منظومه شمسی و/یا عملیات استخراج سنگین روی مریخ انجام دهند.
در مقابل، پیشنهاد ارائه شده توسط انصاری و همکارانش شامل استفاده از ذرات گرد و غبار مهندسی شده از مواد معدنی محلی* است. به لطف ماموریت هایی مانند کنجکاوی و استقامت که نمونه های متعددی از سنگ و خاک را برای تجزیه و تحلیل به دست آورده اند، می دانیم که دانه های غبار مریخ سرشار از آهن و آلومینیوم هستند. زمانی که این ذرات به صورت نانومیله‌های رسانا به طول حدود ۹ میکرومتر – به اندازه عرض یک موی بسیار نازک انسان – ساخته می‌شوند و در پیکربندی‌های مختلف چیده می‌شوند، می‌توانند در اتمسفر آزاد شوند و در آنجا نور خورشید را جذب و پراکنده کنند.
برای تعیین میزان تأثیر این ذرات بر اتمسفر مریخ، این تیم شبیه‌سازی‌هایی را با استفاده از خوشه محاسباتی Quest با عملکرد بالا در دانشگاه نورث‌وسترن و خوشه محاسباتی Midway 2 در مرکز محاسبات تحقیقاتی دانشگاه شیکاگو (RCC) انجام دادند. بر اساس طول عمر ذرات ۱۰ ساله، دو مدل آب و هوایی شبیه سازی شدند که در آن ۳۰ لیتر (۷.۹ گالن) نانوذرات در ثانیه به طور مداوم به جو پرتاب می شد. نتایج آنها نشان می دهد که این فرآیند مریخ را بیش از ۳۰ درجه سانتیگراد (۸۶ درجه فارنهایت) گرم می کند، که برای شروع ذوب یخ های قطبی کافی است.
این تیم بر اساس شبیه‌سازی‌های خود دریافتند که روش آنها بیش از ۵۰۰۰ برابر کارآمدتر از پیشنهادات قبلی برای ایجاد اثر گلخانه‌ای در مریخ است. علاوه بر این، متوسط افزایش دما، محیط مریخ را برای حیات میکروبی مناسب می‌سازد، که برای برنامه‌هایی برای دگرگونی اکولوژیکی مریخ حیاتی است. از طریق معرفی باکتری های فتوسنتز کننده (مانند سیانوباکتری ها)، دی اکسید کربن اتمسفر می تواند به آرامی به گاز اکسیژن تبدیل شود. این دقیقاً چگونه است که اکسیژن بخشی جدایی ناپذیر از اتمسفر زمین شد و از ۳.۵ میلیارد سال پیش شروع شد.
همانطور که Kite در یک داستان UChicago News نشان داد، این روش هنوز چندین دهه طول می کشد، اما از نظر لجستیکی ساده تر و ارزان تر از برنامه های فعلی برای شکل دادن به مریخ خواهد بود:
«این نشان می‌دهد که مانع گرم شدن مریخ برای اجازه دادن به آب مایع به اندازه‌ای نیست که قبلاً تصور می‌شد. شما هنوز به میلیون ها تن برای گرم کردن سیاره نیاز دارید، اما این مقدار پنج هزار برابر کمتر از آنچه در پیشنهادات قبلی برای گرم کردن مریخ در سطح جهان نیاز داشتید است. این امر امکان سنجی پروژه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. این نشان می دهد که مانع گرم شدن مریخ برای اجازه دادن به آب مایع به اندازه ای که قبلا تصور می شد بالا نیست.»
به طور طبیعی، قبل از آزمایش میدانی چنین روشی در مریخ، باید تحقیقات بیشتری انجام شود. مهم ترین آنها سؤالات حل نشده در مورد چگونگی تأثیر ذرات توسط تغییرات جوی در مریخ است. در حال حاضر، مریخ تشکیل ابر و بارش را به شکل یخ خشک تجربه می کند که در جو متراکم می شود و به عنوان برف CO2 به سمت سطح می افتد. هنگامی که یخ های قطبی ذوب می شوند، مریخ می تواند پوشش ابر و بارش بیشتری را تجربه کند که شامل آب می شود، که می تواند در اطراف ذرات متراکم شود و باعث شود آنها در قطرات باران به سطح برگردند.
این و دیگر مکانیسم‌های بالقوه بازخورد آب و هوا می‌تواند منجر به مشکلات بی‌شماری شود. اما یکی از بهترین جنبه های این روش پیشنهادی برگشت پذیری آن است. به سادگی تولید و رهاسازی ذرات در اتمسفر را متوقف کنید و اثر گرم شدن با گذشت زمان پایان خواهد یافت. علاوه بر این، تمرکز این مطالعه فقط به گرم کردن جو گسترش می یابد تا جایی که حیات میکروبی بتواند در آنجا زندگی کند و در نهایت محصولات غذایی کاشته شود. با این وجود، این مطالعه به علاقه مندان به زمین‌سازی گزینه مناسب و مقرون به صرفه‌تری برای چرخاندن توپ در کل فرآیند «سبزسازی مریخ» ارائه می‌کند. بادبادک گفت:
«مدل‌سازی دقیق بازخوردهای اقلیمی واقعاً دشوار است. برای پیاده سازی چیزی شبیه به این، به داده های بیشتری از مریخ و زمین نیاز داریم و باید به آرامی و برگشت پذیر پیش برویم تا مطمئن شویم که افکت ها همانطور که در نظر گرفته شده عمل می کنند. این تحقیق راه‌های جدیدی را برای اکتشاف باز می‌کند و به طور بالقوه ما را یک قدم به رویای دیرینه ایجاد یک حضور پایدار انسانی در مریخ نزدیک‌تر می‌کند.»
همانطور که گفته می شود، ‘یک سفر هزار مایلی با یک قدم شروع می شود.’ در این مورد، اولین قدم شاید دلهره‌آورترین قدم باشد، که تنها با چالش‌های تضمین حفظ تغییرات آب و هوای مریخ در بلندمدت قابل مقایسه است. با ارائه یک گزینه مناسب و (نسبتا) مقرون به صرفه به نسل‌های آینده، ممکن است به رویای میزبانی مریخ برای زندگی زمینی دست یابیم!
این فرآیند به عنوان استفاده از منابع درجا (ISRU) شناخته می‌شود، یکی از اجزای اصلی معماری ماموریت ماه به مریخ ناسا و سایر برنامه‌های ایجاد حضور دائمی انسان در ماه و مریخ در دهه‌های آینده.
مطالعه بیشتر: اخبار دانشگاه شیکاگو، پیشرفت های طبیعت
