سوپراکسیدهای ماه و مریخ در خدمت تولید اکسیژن
نمایی از سازند “کیمبرلی” در مریخ که توسط مریخ نورد کنجکاوی ناسا گرفته شده است. لایههای پیشزمینه به سمت پایه کوه شارپ فرو میروند که نشاندهنده جریان آب به سمت حوضهای است که قبل از تشکیل بخش بزرگتری از کوه وجود داشته است. اعتبار: NASA/JPL-Caltech/MSSS
چهرههای غبارآلود ماه و مریخ خطرات نادیدهای را برای کاشفان آینده پنهان میکند. مناطقی از مواد بسیار اکسیدکننده میتوانند به اندازه کافی واکنش نشان دهند که باعث سوختگی شیمیایی روی پوست یا ریههای محافظت نشده فضانوردان شوند. یک تیم یونانی با الهام از جستجوی پیشگامانه برای زندگی مریخی، در حال توسعه دستگاهی برای شناسایی این گونههای فعال اکسیژن و همچنین برداشت اکسیژن کافی از آنها برای حفظ تنفس فضانوردان به طور نامحدود هستند.
فرودگرهای وایکینگ آمریکایی که در سال 1976 به مریخ فرود آمدند، آزمایشهایی را برای یافتن حیات مریخی انجام دادند که نتایج آن هنوز پس از گذشت بیش از چهار دهه مورد بحث است.
آزمایش “برچسب رهاسازی” وایکینگ، مایع ریزمغذی را روی نمونه خاک مریخ اعمال کرد که در پاسخ، مقادیر زیادی اکسیژن آزاد کرد. برخی از مقامات این نتیجه را به عنوان شواهدی از حیات میکروبی در مریخ تفسیر کردند – به جز اینکه حتی پس از استریل شدن نمونه با حرارت 160 درجه سانتی گراد، این تولید اکسیژن ادامه داشت. در همین حال، سایر آزمایشهای وایکینگ هیچ اثری از مواد شیمیایی آلی پیدا نکردند.
پروفسور الیاس چاتزیداودوریدیس از گروه علوم زمین شناسی دانشگاه ملی فنی آتن خاطرنشان میکند: «تفسیر اصلی امروز این است که نتایج به دلیل یک واکنش شیمیایی غیرزیست بوده است.
پروفسور کریستوس جورجیو از دپارتمان زیستشناسی دانشگاه پاتراس خاطرنشان میکند: «تولید اکسیژن ناشی از واکنش یک گونه اکسیژن فعال با آب در مایع مغذی بود. «چنین گونههای واکنشپذیر ممکن است از نمکهای فلزی سوپراکسیدها، پراکسیدها یا پرکلراتها منشأ بگیرند که مورد آخر در واقع توسط فرودگر مریخ فینیکس ناسا در قطب شمال در مریخ در سال 2008 شناسایی شد.
فرودگر مریخ فینیکس ناسا نمکهای پرکلرات را در قطب شمال مریخ در سال 2008 شناسایی کرد. اعتبار: ناسا
ترسیم گونههای بسیار واکنشپذیر برای ساکنان مریخی و قمری مهم است، نه تنها به این دلیل که حضور آنها برای استقرار انسان و رشد محصولات زیانبار است، بلکه به این دلیل که هر گونه اثری از فسیلهای زیستی احتمالی مریخ را پاک میکنند.”
دپارتمان زیست شناسی دانشگاه پاتراس قبلاً آزمایشهایی خاکی را روی تولید گونه های اکسیژن فعال در نمونههای خاک از بیابانهای خشک، مریخ مانند موهاو و آتاکاما و همچنین نمکهای پرکلرات در معرض تشعشع انجام داده است.
پروفسور جورجیو توضیح میدهد: «این گونههای فعال اکسیژن با تابش شدید فرابنفش سطح، بهویژه کانیهای شکستهشده ایجاد میشوند که توسط دمای شدید و ریزشهابسنگها شکسته شدهاند و در نتیجه سطحی با پیوندهای شیمیایی آزاد زیادی ایجاد میشود».
تیمهای دانشگاهی دریافتند که آزمایش ریز مغذی مایع وایکینگ یک مدل قابل اجرا برای آشکارساز این گونههای اکسیژن فعال خواهد بود. نمونههای خاک در یک دستگاه میکروسیال قرار میگیرند و اکسیژن قابل تشخیص را از طریق مرطوب شدن با آب به اضافه اثر کاتالیزورها تولید میکنند. آنها این ایده را از طریق پلتفرم نوآوری فضای باز به ESA پیشنهاد کردند و به دنبال ایدههای امیدوارکننده برای تحقیق و توسعه بودند.
پروژه شناسایی گونههای اکسیژن فعال ESA که از طریق عنصر توسعه فناوری ESA پشتیبانی میشود، شامل طراحی اولیه یک دستگاه راکتور در مقیاس بزرگ برای استخراج دورهای اکسیژن از خاک، به نام «کشت اکسیژن» خواهد بود. تابش اشعه ماوراء بنفش خورشیدی پس از چند ساعت منبع اکسیژن آنها را دوباره پر میکند. تخمین زده می شود که یک منطقه 1.2 هکتاری (3 هکتاری) اکسیژن کافی برای زنده نگه داشتن یک فضانورد را فراهم می کند. اعتبار: دانشگاه فنی ملی آتن / دانشگاه پاتراس
مالگورازاتا هولینسکا، مهندس مواد و فرآیندهای ESA توضیح میدهد: “جنبه هیجانانگیز این است که این تکنیک را میتوان برای کارهایی بیشتر از تشخیص سوپراکسید استفاده کرد.”
این پروژه که از طریق عنصر توسعه فناوری ESA پشتیبانی میشود، شامل طراحی اولیه یک دستگاه راکتور در مقیاس بزرگ برای استخراج دورهای اکسیژن از خاک، چیزی است که ما آن را «کشت اکسیژن» مینامیم. تابش اشعه ماوراء بنفش خورشیدی پس از چند ساعت منبع اکسیژن آنها را دوباره پر میکند. برآورد این است که یک منطقه 1.2 هکتاری (3 هکتاری) اکسیژن کافی برای زنده نگه داشتن یک فضانورد را تولید میکند.
پروفسور چاتزیداودوریدیس میگوید: “ماه و سنگ مریخ تجاری موجود، که از نظر شیمیایی در اثر تماس با اتمسفر غنی از اکسیژن زمین تغییر میکند، برای آزمایش مناسب نیست. بر این اساس تیم پروژه به دنبال ایجاد شبیهسازهای خود در محیط های کنترل شده است. ما علاوه بر این از شهابسنگهای ماه و مریخ برای آزمایش این ابزار استفاده خواهیم کرد، اما همچنین قصد داریم از ناسا برای نمونههای واقعی ماه برای آزمایش درخواست کنیم.”
دکتر ایوانیس مارکوپولوس، سرپرست شرکت مکاترونیک 01 که قصد دارد یک آشکارساز نمونه اولیه را تولید کند، می گوید: «هدف این است که آشکارساز کاوشگر باید کوچکتر از یک جلد کتاب شومیز باشد. این احتمال وجود دارد که فضانوردان آن را در تمام طول هر مأموریتی به ماه و مریخ مفید بدانند.
خیساندن H2O-نمونه های خاک توسط آشکارساز، باعث انحلال سوپراکسیدهای فلزی (O2•-) و پراکسیدها (O22-، تبدیل به H2O2 پس از هیدرولیز) و آزاد شدن O2 در مراحل متوالی 1 و 2 (مفهوم “پرورش اکسیژن”) می شود. الکترود O2 آشکارساز OxR فلات مربوطه را ثبت میکند که به مقادیر O2 آزاد شده A و B میرسد (مرتبط با مولهای O2 آزاد شده که با حروف کج قرمز و آبی نشان داده شده است تا منشا آنها را از واکنشهای 1 و 3 مشخص کند). مقادیر A و B با درج در معادلات ریاضی حاصل از استوکیومتری واکنشهای 1 و 3 به مولهای yH2O2 و xO2•- تبدیل میشوند. 2-OH-TPA (در ex/em 310/420 نانومتر)، محصول واکنش اختصاصی •OH با ترفتالات تله غیر فلورسنت آن (TPA). اعتبار: دانشگاه فنی ملی آتن / دانشگاه پاتراس
پروفسور جورجیو میافزاید: “گونههای فعال اکسیژن در بدن خود ما تولید میشوند، از این رو بدن ما در پاسخ آنتیاکسیدان تولید میکند.” آنها همچنین میوانند از خاکهای خشک زمینی در معرض تشعشع و در حین فعالیتهای معدنی تولید شوند. در فضا توسط تشعشعات کیهانی در تعامل با سطوح فلزی، مانند مخازن آب و غذا و اکسیژن کابین، تولید میشوند، بنابراین چنین آشکارسازی مطمئناً برای نظارت بر محیط فضاپیما مفید است.”
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Moon and Mars superoxides for oxygen farming
by European Space Agency MARCH 7, 2022
https://phys.org/news/2022-03-moon-mars-superoxides-oxygen-farming.html