یافته‌های مریخ‌نورد «استقامت»: ذرات فوق‌ریز غبار مریخ چگونه طراحی لباس فضانوردان را تغییر می‌دهد

در طول ۱۶۴۵ روز مریخی، مریخ‌نورد «استقامت» (Perseverance) ناسا یک آزمایش جانبی و بی‌سروصدا را در کنار ماموریت اصلی خود پیش برده است. روی بدنه این کاوشگر، پنج قطعه کوچک ۲۰ میلی‌متری از مواد سازنده لباس‌های فضانوردی نصب شده‌اند تا میزان جذب غبار را بسنجند.[1][2]

اکنون، داده‌های طیف‌سنج پرتو ایکس این کاوشگر (PIXL) نشان می‌دهد که ذراتی به کوچکی ۱۰۰ نانومتر به این مواد چسبیده‌اند. این ذرات حدود ۷۰۰ برابر نازک‌تر از یک تار موی انسان هستند و برای اولین بار است که در سطح مریخ با این دقت اندازه‌گیری می‌شوند.[2][4]

یافته‌های این تحقیق که در ۲۷ اکتبر ۲۰۲۶ در نشریه «مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم» (PNAS) منتشر شد، غبار مریخ را به دو دسته خطرناک برای سلامت انسان تقسیم می‌کند. دسته اول ذرات ریز زیر ۲.۵ میکرومتر و دسته دوم ذرات فوق‌ریز در حدود ۱۰۰ تا ۳۰۰ نانومتر هستند.[1][3]

اسکات ون‌بومل، دانشمند ماموریت استقامت در دانشگاه واشنگتن و نویسنده اصلی این مقاله، می‌گوید: «وجود غبار مریخ در این اندازه‌های فوق‌ریز مدت‌ها پیش‌بینی می‌شد، اما ابزار PIXL به ما این فرصت را داد تا آن را مستقیماً روی مریخ اندازه‌گیری کنیم.»[1]

او در ادامه توضیح می‌دهد: «توده‌های بزرگ‌تر غبار با گذشت زمان تکان می‌خورند و می‌ریزند. اما کوچک‌ترین ذرات باقی می‌مانند و همین ذرات هستند که بزرگ‌ترین چالش را برای سیستم‌های پشتیبانی حیات انسان ایجاد می‌کنند.»[1]

مکانیسم نفوذ و خطرات بیولوژیکی

دلیل اهمیت این ابعاد بسیار کوچک، رفتار آن‌ها در بدن انسان است. روی زمین، ذرات معلق در هوا که قطری کمتر از ۲.۵ میکرومتر دارند، می‌توانند از سدهای تنفسی اولیه عبور کرده و به عمق ریه‌ها نفوذ کنند.[1][2]

ذرات فوق‌ریز ۱۰۰ نانومتری حتی خطرناک‌تر هستند. مطالعات نشان داده‌اند که این ذرات می‌توانند از طریق حفره بینی و در امتداد عصب بویایی مستقیماً به مغز راه یابند یا وارد جریان خون شوند.[1][2]

ترکیب شیمیایی این غبار نیز بر پیچیدگی ماجرا می‌افزاید. غبار مریخ عمدتاً از مواد معدنی سیلیکاتی غنی از آهن، گوگرد و فسفر تشکیل شده است. مهم‌تر از آن، این ذرات حاوی پرکلرات‌هایی هستند که می‌توانند عملکرد غده تیروئید را مختل کنند و آهن واکنش‌پذیری دارند که باعث آسیب سلولی می‌شود.[1][3]

پیش از این، بهترین اندازه‌گیری‌های انجام‌شده در مریخ تنها می‌توانستند ذراتی تا قطر ۳ میکرومتر را تشخیص دهند. توانایی جدید در رصد ذرات ۱۰۰ نانومتری، به مهندسان نشان می‌دهد که سیستم‌های تصفیه هوا در زیستگاه‌های آینده باید با چه سطحی از نفوذپذیری مقابله کنند.[4]

تفاوت غبار مریخ با ماه

چالش غبار فضایی موضوع جدیدی نیست. در طول ماموریت‌های آپولو ناسا، غبار ماه باعث خراشیدگی ویزور کلاه‌ها، تخریب لایه‌های بیرونی لباس‌های فضایی و آسیب به درزگیرها شد. برخی از فضانوردان حتی علائمی شبیه به تب یونجه را گزارش کردند.[1][4]

لیندسی هیز، مدیر موقت بخش علوم سیاره‌ای در مقر ناسا، می‌گوید: «غبار از زمان برنامه آپولو یک چالش در اکتشافات سطحی بوده است. استقامت اکنون اندازه‌گیری‌هایی را به مهندسان و جراحان پرواز ما می‌دهد که می‌توانند مدت‌ها قبل از رسیدن اولین فضانوردان به مریخ، برای بهبود طراحی‌های موجود استفاده کنند.»[1]

با این حال، غبار مریخ تفاوت‌های ساختاری مهمی با غبار ماه دارد. به دلیل وزش باد و برخورد مداوم ذرات با یکدیگر در جو مریخ، این ذرات گردتر شده و خاصیت سایندگی کمتری نسبت به ذرات تیز و شیشه‌مانند ماه دارند.[1][4]

اما همین طوفان‌های گرد و غبار منطقه‌ای و جهانی در مریخ باعث می‌شوند که این ذرات به طور مداوم در جو در گردش باشند. الکتریسیته ساکن ایجاد شده در اثر برخورد ذرات در هوا، نقش مهمی در چسبیدن آن‌ها به سطوح مختلف ایفا می‌کند.[1][5]

مهندسی مواد برای لباس‌های فضایی

نمونه‌های نصب‌شده روی استقامت شامل موادی مانند «تفلون» (Teflon) و «وکران» (Vectran) است که در لایه‌های بیرونی لباس‌های فضایی کاربرد دارند. داده‌ها نشان داد که پلیمرهای آلی مانند تفلون به راحتی غبار ریز را به خود جذب می‌کنند.[1][5]

در مقابل، برخی مواد دیگر غبار کمتری را نگه می‌دارند. این تفاوت در میزان جذب، به طراحان لباس‌های فضایی کمک می‌کند تا پوشش‌های محافظی را انتخاب کنند که کمترین میزان الکتریسیته ساکن و در نتیجه کمترین جذب ذرات را داشته باشند.[1][3]

برای جلوگیری از ورود این ذرات به داخل زیستگاه‌ها، مهندسان در حال بررسی طراحی‌هایی مانند «پورت‌های لباس» (Suitports) هستند. در این طراحی، لباس فضایی به بیرون زیستگاه متصل می‌ماند و فضانورد از داخل به درون آن می‌خزد، بدون اینکه لباس آلوده وارد محیط زندگی شود.[1]

استفاده از قفل‌های هوای دو محفظه‌ای نیز راهکار دیگری است که می‌تواند میزان ورود غبار به محل استراحت خدمه را به حداقل برساند. هدف نهایی این است که غبار در بیرون بماند و در صورت ورود، به سرعت تصفیه شود.[1][3]

تدوین استانداردهای ایمنی جدید

داده‌های استقامت تنها برای طراحی فیزیکی کاربرد ندارند، بلکه برای تعیین استانداردهای سلامت خدمه نیز حیاتی هستند. گروه کاری محدودیت غبار مریخ ناسا در سال ۲۰۲۶، بر اساس همین اطلاعات، یک حد مجاز اولیه را پیشنهاد کرده است.[3]

این گروه، حد تماس ۰.۱ میلی‌گرم بر متر مکعب را برای ذرات کوچک‌تر از ۱۰ میکرومتر در طول ماموریت‌های حداکثر ۳۰ روزه تعیین کرده است. آن‌ها همچنین خواستار نظارت مداوم بر سطح پرکلرات‌ها و ترکیبات آهن در هوای تنفسی فضانوردان شده‌اند.[3]

شان موریسون از دانشگاه راتگرز و عضو این گروه کاری، تاکید می‌کند که مهندسان باید غبار را به عنوان یک مشکل در طراحی سیستم کلان ببینند. به گفته او، تکیه بر اقدامات متقابل پزشکی کافی نیست و تمرکز باید بر جلوگیری از ورود غبار و پایش مداوم ذرات معلق باشد.[3]

در نهایت، این اندازه‌گیری‌های دقیق نشان می‌دهد که چگونه یک ابزار علمی طراحی‌شده برای سنگ‌شناسی، می‌تواند به یک ابزار مهندسی حیاتی تبدیل شود. داده‌های استقامت اکنون به جای حدس و گمان، اعداد واقعی را برای محافظت از جان کاوشگران آینده در اختیار طراحان قرار داده است.[2][5]