جنگل مریخی؛ ایده جدید برای مسکونی‌سازی سیاره سرخ

جمعیت ما روی سیاره‌ی زمین هم‌اکنون به ۸ میلیارد نفر رسیده است. بنابر اعلام سازمان ملل، وقتی جمعیت زمین در زمانی حوالی سال ۲۱۰۰ به اوج خود برسد، ۱۱ میلیارد نفر انسان روی سیاره‌مان وجود خواهند داشت. طبق اعلام فدراسیون جهانی حیات‌وحش، رشد جمعیت ما در مقیاسی بزرگ‌تر از همیشه با جهان طبیعی تصادم می‌کند و ما هر‌سال بین ۲۰۰ تا ۲,۰۰۰ گونه‌ی زیستی را از دست می‌دهیم.

این گزاره‌ها شاید به‌ظاهر ارتباطی با موضوع مقاله نداشته باشند؛ اما کلیدواژه‌ی جملات یادشده که برای ما در این مقاله مهم خواهد بود، در «برخورد» نهفته است. مهندسی بریتانیایی معتقد است که یکی از راه‌های کاهش آسیب ناشی از برخورد میان بشر و طبیعت، ایجاد زیستگاه‌های بیشتر است. ما می‌توانیم این کار را با ساختن اکوسیستم تران (Terran) روی مریخ انجام دهیم. در‌ادامه‌ی مقاله، با این ایده بیشتر آشنا می‌شویم.

پل ال. اسمیت، مهندس عمران در دانشکده‌ی مهندسی در دانشگاه بریستول بریتانیا، در مقاله‌ای در International Journal of Astrobiology، توضیح می‌دهد که چگونه می‌توانیم حفاظتگاهی طبیعی در مریخ بسازیم و چنین حفاظتگاهی چگونه می‌تواند به‌عنوان ذخیره‌گاه طبیعی فرازمینی (ETNR) عمل می‌کند. بنابر ایده‌های اسمیت، ETNR هم به‌عنوان پناهگاه روان‌شناختی و هم به‌عنوان باغ گیاه‌شناسی عمل می‌کند.

افزون‌براین، خود اسمیت هم مطلقاً روی قریب‌الوقوع‌ یا دردسترس بودن ایجاد ETNR در مریخ اصرار نمی‌کند. وی دیدگاهی طولانی‌مدت دارد و نگاهش نیز بر ارزیابی اساسی استوار است: انسان‌ها به فشار و آسیب بیشتر روی زمین ادامه خواهند داد و ما در‌ادامه مریخ را مستعمره‌‌ی خودمان خواهیم کرد.

اسمیت با حتمی‌شمردن این پیش‌فرض، در‌ادامه استدلال می‌کند که ETNRها باید بخشی ضروری و کارآمد از هر تلاش استعماری در مریخ برشمرده شوند. اسمیت اولین کسی نیست که به این ایده فکر کرده باشد و درواقع، او در ایده‌هایش به بسیاری از تحقیقات قبلی دیگران تکیه می‌کند.

شاید بهتر باشد پیش از بحث روی «عاقلانه» بودن یا نبودن این کار، به «امکان» انجام آن روی مریخ توجه و آن را ارزیابی کنیم. وقتی نگاهمان روی امکان انجام کار گسترده‌ی فنی متمرکز باشد، چه کسی بهتر از مهندس توان انجام آن را خواهد داشت؟

اگر روزی مریخ را مستعمره کنیم، طبیعت نیز باید ما را در آن مسیر همراهی کند (طرحی ترسیمی از زیستگاه مستعمره‌‌نشین در مریخ).

طول روز مریخی مشابه روز در زمین است و همین موضوعِ بنیادی شاید بسیاری از موانع را بردارد. علاوه‌براین، مریخ بسیار سردتر از زمین است؛ اما درحال‌حاضر، سیستم‌هایی برای نگه‌داری و حفظ حفاظتگاه کروی محصور وجود دارد؛ بنابراین، می‌توان دما را بدون پیچیدگی زیاد مدیریت کرد. نکته‌ی مهم دیگر درباره‌ی سطح بسیار خشک مریخ است؛ بااین‌حال، آب‌های یخ‌زده‌ی زیادی در زیر سطح سیاره‌ی سرخ وجود دارد. از همین موضوع می‌توان نتیجه گرفت که مشکل تأمین آب نیز حل‌نشدنی نخواهد بود.

ترکیبات اتمسفری مریخ و زمین به‌شدت با یکدیگر فرق دارند؛ هرچند این چالش در قیاس با سایر موارد احتمالاً موضوعی ساده و مدیریت‌شدنی قلمداد شود. با اتکا بر علم فیزیک و فناوری‌های موجود می‌توان محیطی بسته را به‌گونه‌ای مهندسی کرد که به اتمسفر مطلوب ما برای اجرای پروژه برسد. وجود زیست گیاهی می‌تواند محیط را تا حدودی تنظیم کند. در‌کنار این‌ها، دما و فشار دو عامل ساده‌تر برای تنظیم یا تغییر به‌دست انسان خواهند بود.

هرآنچه در بندهای بالا یادآوری شد، اصول اولیه بودند و شاید خود شما نیز با بخش‌هایی از آن آشنا بوده یا درباره‌اش مطالعه کرده‌اید؛ اما وقتی پای تجزیه‌وتحلیل‌های دقیق‌تر به بحث باز شود، مسائل گیج‌کننده‌تر و دشوارتر رفته‌رفته خود را نشان خواهند داد. در تحلیل اسمیت به‌تفصیل به این بخش از چالش‌ها پرداخته شده است.

محیط تشعشع مریخ را شاید بتوانیم به‌عنوان نقطه‌ی آغاز پیچیدگی‌ها به‌شمار آوریم. بدون وجود لایه‌ای مانند لایه‌ی اوزون در مریخ، سطح سیاره‌ی سرخ درمعرض سطوح خطرناکی از تشعشعات یونیزان UV قرار می‌گیرد. اسمیت می‌نویسد:

شار فرابنفش خشن سطح مریخ به‌دلیل اتمسفر نازک و فقدان لایه اوزون مناسب، باعث نابارور‌شدن زمین می‌شود. مقداری از اشعه‌ی ماوراءبنفش مطلوب است و بخشی از متابولیسم برخی موجودات زنده را تشکیل می‌دهد. انسان برای تحریک تولید ویتامین D به مقداری پرتو فرابنفش نیاز دارد؛ اما اَشکال گوناگون حیات زمینی با افزایش اشعه‌ی ماوراء‌بنفش سازگار نیستند و به محافظت کافی دربرابر این تابش‌ها نیاز دارند.

اسمیت می‌افزاید:

خوشبختانه ترکیب‌های شیشه‌پلاستیک می‌توانند از ورود طول موج‌های مضر جلوگیری کنند و در‌عین‌حال، نور مفید UV و نور مرئی را از خود عبور دهند. بنابراین، شار فرابنفش در CTTE (اکوسیستم نوع Terran-Containted Terran) مهارکردنی است.

در جدول بالا از مقاله‌ی اسمیت، برخی تفاوت‌های اندازه‌گیری‌شده بین زمین و مریخ، از‌جمله شار سطحی UV در انتهای جدول آورده شده است. شار سطحی اشعه‌ی ماوراء‌بنفش مریخ بسیار خطرناک است؛ زیرا هیچ لایه‌ی اوزونی برای مداخله وجود ندارد.

میدان‌های مغناطیسی مسئله‌ی گسترده‌تری هستند. می‌دانیم که میدان مغناطیسی از سیاره‌ی زمین دربرابر پرتوهای کیهانی محافظت می‌کند و از نابودی لایه اوزون به‌واسطه‌ی بادهای خورشیدی مانع می‌شود. با‌این‌همه، درک کاملی از سازوکارهای واقع در پسِ عملکرد میدان‌های مغناطیسی زمین دراختیار نداریم. برخی موجودات زنده از میدان‌ مغناطیسی زمین برای مهاجرت و حرکت در جهات مختلف استفاده می‌کنند.

برخی دانشمندان از فهم و دریافت درست و کامل میدان‌های مغناطیسی زمین به‌عنوان «بزرگ‌ترین راز در زیست‌شناسی حیوانات» یاد می‌کنند. طبیعتاً همه‌ی ما روی لزوم درک بهتر چنین معمایی اتفاق نظر داریم؛ اما آیا می‌توانیم با دانش فعلی میدان مغناطیسی مصنوعی را در CTTE مهندسی کنیم؟ حیات روی زمین با تغییر فصول نیز دستخوش تغییر می‌شود. ساختار بیوم تغییر می‌کند و این موضوع باید مدیریت شود. تنوع فصلی روی مریخ بسیار متفاوت از زمین است؛ بنابراین، فصل‌ها باید مهندسی شوند. اسمیت توضیح می‌دهد:

زمانمندی مراحل حیاتی رشد فیزیولوژی‌های فردی و روابط میان‌گونه‌ای را تعیین می‌کند. این در حالی‌ است که زمان‌بندی رویدادهای غیرزنده بر شار مواد مغذی جهانی تأثیر می‌گذارد.

او در‌ادامه یادآور می‌شود که دوره‌ی نوری و سرمای زمستانی در فنولوژی گیاهان معتدل ایفای نقش می‌کنند. فنولوژی شامل مواردی مانند جوانه‌زدن و شکستن جوانه و گل‌دهی در گیاهان است. همچنین، رفتارهای پیچیده‌تری از حیوانات مانند مهاجرت و پرورش و تخم‌گذاری در همین مقوله قرار می‌گیرند. این رفتارها در طبیعت و بین افراد و میان گونه‌های مختلف کاملاً هماهنگ هستند. تکرار آن‌ها مسئله‌ی بزرگی خواهد بود.

پدیده‌هایی مانند رنگ پاییزی، سکوت زمستانی، گل‌های بهاری و برگ‌های تابستانی شاید ساده به‌نظر برسند؛ ولی بسیار ضروری و کارآمد هستند. یکی دیگر از تفاوت‌های مریخ و زمین که ممکن است در برخی تحلیل‌ها نادیده گرفته شود، چرخه‌های ماه است. قمر زمین عظیم است و تأثیر زیادی روی سیاره‌ی ما دارد. فوبوس (قمر کوچک‌تر) و دیموس، دو قمر سیب‌زمینی‌شکل مریخ هستند و تقریباً هیچ تأثیری بر مریخ نمی‌گذارند.

حتی اگر مریخ مملو از حیات و موجودات زنده و اقیانوس‌ها باشد، واقعیت این است که آن دو سنگ کوچک نمی‌توانند جزرومدی در سطح آب‌های مریخ ایجاد کنند. درواقع ممکن است مناطقی در سطح مریخ وجود داشته باشد که این دو قمر هرگز در آنجا مشاهده‌شدنی نباشند. اسمیت ماه زمین را به‌عنوان «زیتگبر» توصیف می‌کند. زیتگبر پدیده‌‌ای طبیعی و ریتمیک است که به‌عنوان نشانه‌ای در تنظیم ریتم‌های شبانه‌روزی بدن عمل می‌کند. پیش‌تر اشاره شد که طول روز مریخ مشابه زمین است؛ ازاین‌رو، شاید ریتم‌های روزانه مسئله‌ی دشواری نباشند.

تصویری ترکیبی از مریخ و دو قمر آن، فوبوس (پیش‌زمینه) و دیموس (پس‌زمینه).

مریخ تنها ۴۳ درصد از میزان نور خورشید دریافت‌شده‌ی زمین را دریافت می‌کند. تحقیقات نشان می‌دهد که چنین مقداری از نور خورشیدی برای فتوسنتز روی سیاره سرخ کافی خواهد بود؛ اما نرخ رشد گیاهان در مریخ بدون افزایش مصنوعی، با نرخ مشابه در زمین مطابقت نخواهد داشت. این موضوع نیز یکی دیگر از موانعی است که می‌توان با مهندسی و فناوری بر آن غلبه کرد؛ اما مشکلات مربوط به آن درنهایت ETNR را پیچیده‌تر خواهد ساخت.

اسمیت درباره‌ی قرار‌دادن حفاظت‌گاه‌های طبیعی در لوله‌های گدازه‌ی زیرزمینی (لاوا) سخن می‌گوید و بر این باور است که چنین ایده‌ای، امکان محافظت دربرابر اشعه ماوراء‌بنفش و مزایایی دیگر را فراهم خواهد کرد. در این مواقع، تقویت نور مصنوعی هم مورد نیاز است. نباید فراموش کنیم که مجموعه‌ی ETNR به خاک هم نیاز دارد. مریخ پوسته‌ی بازالتی سرشار از بسیاری مواد مغذی لازم برای گیاهان تران دارد. اسمیت ضمن اشاره به تحقیقات دیگر دانشمندان می‌نویسد:

خاک‌های مشتق‌شده از بازالت با خاکستر آتشفشانی، خاک‌های کشاورزی حاصل‌خیزی هستند. بازالت خُردشده می‌تواند pH خاک را افزایش دهد؛ درحالی‌که انحلال آن باعث آزاد‌شدن مواد‌مغذی مفیدی از‌جمله فسفر می‌شود. فسفر یکی از سه ماده‌ی غذایی اصلی است که گیاهان برای رشد به آن نیاز دارند: نیتروژن و فسفر و پتاسیم.

احتمالاً در خاک مریخ نیتروژن کافی برای رشد گیاهان وجود دارد؛ اما واقعیت این است که موضوع فقط نیتروژن نیست و گیاهان به ۱۶ ریزمغذی دیگر هم نیاز دارند. بنابر توضیح اسمیت، این‌ها همه از شهاب‌سنگ‌های مریخ یا مریخ گزارش شده‌اند؛ اما سایر مواد شیمیایی در حاصل‌خیزی خاک مؤثرند که مستقیماً گیاهان آن‌ها را مصرف نمی‌کنند. این معمای پیچیده‌ای است.

خاک زمین نه‌تنها تمام مواد مغذی موردنیاز گیاهان را در خود دارد، پر از میکروب‌ها و موجوداتی مانند کرم‌های خاکی است. این موجودات بخشی از سیستم زنده در خاک زمین هستند. پرسش این است که آیا کل سیستم به بازسازی نیاز دارد؟ اگر چنین باشد، آن را باید به‌عنوان سطح فوق‌العاده‌ای از پیچیدگی در نظر داشته باشیم.

سنگ‌پوش مریخ نیز حاوی سطوح بیشتری از سموم درمقایسه‌با خاک زمین است. سطوح بیشتری از پرکلرات در مریخ وجود دارد که سنگ‌پوش سیاره را برای اَشکال مختلف حیات به محیطی سمّی تبدیل می‌کند. همچنین، اکسیدهای آهن بسیار بیشتری در سنگ‌پوش مریخ وجود دارد و هنگام ترکیب با افزایش سطوح پرکلرات و پراکسید‌هیدروژن، محصولی بسیار سمّی ایجاد خواهد کرد.

آیا انجام اقدامات اصلاحی می‌تواند با آن مقابله کند؟ پاسخ احتمالاً مثبت است. در‌واقع، ساخت خاک از صفر یکی از مؤلفه‌های حیاتی در ایجاد ETNR است و ازجمله مسائل پیچیده‌ موجود در این مسیر نیز خواهد بود.

طوفان‌های گردوغبار مریخی هم نقش خود را در معادلات ایفا می‌کنند. برخی از سنگ‌‌پوش‌های مریخ به‌قدری ظریف هستند که بر‌اثر طوفان‌ها به‌سمت بالا حرکت می‌کنند. بزرگی این طوفان‌ها از نظر حوزه‌ی تأثیر، گاهی با وسعت کشور ایالات متحده برابری می‌کند. این لایه‌ها روی سطوح جمع می‌شوند و برای پنل‌های خورشیدی کارگذاشته‌شده در فرودگرهای مریخ مشکل ایجاد می‌کنند. این طوفان‌ها میزان انرژی خورشیدی رسیده به سطح را نیز کاهش می‌دهند و سختی و فشار بیشتری برای انجام فتوسنتز رقم می‌زنند.

گرانش کمتر مریخ نیز باید در نظر گرفته شود. گرانش مریخ، تنها ۳۸ درصد گرانش زمین است. گرانش یکی از عوامل تعدیل‌کننده‌ی رشد گیاهان است. به‌عنوان نمونه‌ای از مسائل مرتبط با گرانش، آیا درخت همیشه سبز سر‌به‌فلک‌کشیده می‌تواند در گرانش کاهش‌یافته‌ی مریخ رشد کند؟ اسمیت در‌این‌باره می‌نویسد:

برپایه‌ی آزمایش‌ها، شتاب گرانشی معادل 0.3g (این مقدار کمتر از شتاب گرانشی مریخ است) برای تحریک پاسخ‌های گرانشی کافی خواهد بود؛ اما این توانایی مریستمی (بخشینه‌ای) می‌تواند با گرانشی مانند گرانش ماه (تقریباً معادل 0.17g) از بین برود.

پاسخ‌های گرانشی درواقع پاسخ حیات گیاهی به گرانش و کار به دو صورت است. چارلز داروین نشان داد که ریشه‌های گیاه جاذبه‌گرایی مثبتی را از خود نشان می‌دهند؛ یعنی به‌سمت مرکز ثقل رشد می‌کنند. این در حالی‌ است که ساقه‌ها برعکس عمل می‌کنند. تحقیقات نشان می‌دهد که گیاهان می‌توانند در شرایط میکروگرانش رشد و فتوسنتز کنند.

فضانوردان انواع مختلفی از گیاهان را در ایستگاه فضایی بین‌المللی پرورش داده‌اند. گرانش در ISS حدود ۸۹ درصد گرانش زمین است؛ هرچند نباید فراموش کرد که آن آزمایش‌ها روی محصولات انتخابی انجام شده و تاکنون هیچ درختی در ایستگاه فضایی بین‌المللی رشد نکرده است.

پگی ویتسون، فضانورد ناسا، مشغول بررسی آزمایش رشد گیاه سویا.

اسمیت درنهایت نتیجه‌گیری می‌کند:

براساس چنین شواهدی، می‌توان تصور کرد که برخی گیاهان گرانش مریخ را تحمل کنند؛ بااین‌حال، عملکرد جنگل نیز تحت‌تأثیر قرار می‌گیرد.

تأثیر گرانش چیزی فراتر از صرفاً تأثیر بر رشد گیاه است. گرانش بر بسیاری از عوامل دیگر نیز تأثیر تعیین‌کننده می‌گذارد. در بخشی از مقاله‌ی اسمیت، اشاره می‌شود که «ریزش برگ و تکثیر، جهش، پرواز، ریزش چوب مُرده، برخورد قطرات باران و تخلیه‌ی آب به پویایی کمک می‌کند»؛ اما گرانش کمتر نیز می‌تواند مزایایی به‌همراه داشته باشد. نور کمتر مریخ می‌تواند به رشد به‌شکل ساقه‌ى بلند و برگ‌هاى دور از هم در گیاهان و گسترش ساقه‌های ضعیف‌تر و رشد کلی کمتر کمک کند. گرانش کمتر ممکن است برخی از این اثرهای منفی را متعادل‌تر کند.

اسمیت اشاره می‌کند که تلاش برای بازآفرینی بیوم خاص جنگل‌های زمین، نتیجه‌ی معکوس خواهد داشت. این جنگل‌ها بسیار پیچیده‌تر از آن هستند که به این سادگی تکرارپذیر باشند. جنگل‌های زمین مجموعه‌های خود را مدیون فشارهای محیطی و تکاملی هستند و این شرایط با فشارهای موجود در CTTEهای مریخ متفاوت است. باید توجه کرد که تاکنون هیچ شبکه‌ی غذایی جنگلی به‌طور‌کامل ردیابی و ثبت نشده است.

خود سایبان‌ها نیز به‌طور‌بالقوه شامل بیش از ۱۰۰ هزار پیوند تغذیه‌ای هستند و تکرار آن‌ها واقعاً دشوار است. در این مسیر به‌جای رویکرد تکرار عینی، باید اکوسیستمی زمینی با شبکه‌ی جدیدی از حیات را مد‌نظر قرار دهیم. چنین شبکه‌ای برای استقرار و توسعه روی مریخ به زمان نیاز خواهد داشت. هدف این است که گونه‌ها را وارد کنیم و ببینیم کدام‌ها سازگار شده‌اند تا بدین‌ترتیب زمان برای توسعه‌ی اکوسیستم هیبریدی جدیدی فراهم شود.

جزئیات بسیار بیشتری در مقاله‌ی اسمیت وجود دارد. موضوع یادشده چالشی بزرگ است و ما تازه دست‌وپنجه نرم‌کردن با همه‌ی مسائل را شروع کرده‌ایم. به‌عنوان مثال، اگر ETNRها واقعاً قرار است تنفس یا فرجه‌ای برای انسان‌های مریخ به‌ارمغان آورند، در این مسیر به برخی گونه‌های مناسب نیاز خواهیم داشت.

درباره‌ی محدودیت‌های اخلاقی چطور؟ طبیعی است که همه‌ی تلاش‌های ما در مسیر ایجاد حفاظتگاه در مریخ موفق نخواهد بود. آیا حق داریم سایر اَشکال حیات را به ETNR منتقل کنیم؟ آن هم با علم به اینکه این موجودات درصورت تحمل‌نکردن شرایط، سرنوشتی جز رنج و مرگ نخواهند داشت؟ آیا قرار است از این زاویه به موضوع نگاه کنیم که این موجودات درصورت بروز هر فاجعه‌ای، درنهایت بخشی از تلاش‌های بشر برای حفظ تمام حیات زمینی خواهند بود؛ بنابراین، رنج آن‌ها در‌کنار رنج ما باید پذیرفته شود؟

درک ما از چگونگی کارکرد حیات به‌عنوان مجموعه‌ای کلی هنوز کامل نیست. ما هنوز هم درباره‌ی رسیدن گروه‌هایی از نهنگ‌ها به ساحل یا مرگ پرندگان بزرگ دچار ابهام می‌شویم. ازاین‌رو، نمی‌توانیم انتظار داشته باشیم که بتوانیم شرایط را در ETNR به‌گونه‌ای «تثبیت» کنیم که هرگز مرگ‌و‌میری وجود نداشته باشد. این‌ها می‌توانند به جایگاه‌های زیستی جدیدی منجر شوند که به‌واسطه‌ی سایر اَشکال حیات کاربردی خواهد بود. طبیعت همین است و اگر بخواهیم آن را بازسازی کنیم، باید واقعیت را بپذیریم.

اسمیت بر نکته دیگری نیز تأکید می‌کند که گاهی در این نوع بحث‌ها نادیده گرفته می‌شود. پرواضح است که بدن هومو‌ساپینس در خأ تکامل نیافته است. ما درکنار سایر اَشکال حیات تکامل یافته‌ایم و بدون آن‌ها نمی‌توانیم زنده بمانیم. در سطح بسیار ابتدایی، روده‌های ما را باکتری‌ها (بخش مهمی از میکروبیوم انسان) مستعمره می‌کنند و بدون آن‌ها، دچار مشکل خواهیم شد. در این سطح بیولوژیکی اولیه، ما برای بقا به سایر اشکال حیاتی نیاز داریم و آن‌ها نیز به‌نوبه‌ی خود بر سایر اَشکال حیات تکیه دارند. شبکه‌ی زیست بسیار پیچیده است.

این سؤال اساسی نیز باید پاسخ داده شود: «آیا دانش لازم برای بازسازی اکوسیستم زمینی محدود در مریخ را داریم؟» این سؤال به طرح سؤالی دیگر منجر می‌شود: «آیا در شُرُف سوق‌دادن خودمان در موقعیتی هستیم که پیش از رسیدن به آمادگی کافی، به پیدا کردن پاسخ‌های پرسش اول مجبور شویم؟»

حتی اگر هرگز به مریخ نرویم یا هیچ‌گاه ETNR روی آن سیاره ایجاد نکنیم، تمرین فکری درباره‌ی چنین ایده‌ای ما را به یک نتیجه می‌رساند: طبیعت ساختاری فراگیر است که زندگی ما را اداره می‌کند و بیش از آنکه طبیعت به ما نیاز داشته باشد، ما به طبیعت نیاز داریم؛ ازاین‌رو، وظیفه داریم طبیعت را زنده نگه داریم. اسمیت در جایی دیگر به‌عنوان جمع‌بندی می‌نویسد:

از دیدگاه زیست‌محور، رهبران جهان باید نگران آینده‌ی زندگی در کیهان و نقش بشر در حفاظت و ترویج آن باشند. در سیاره‌ای با قابلیت سکونت محدود، این وظیفه‌ای مهم است. بقای حیات در هر شکلی، اولویت نهایی زیست‌محوری است.