Μέθοδος εξαγωγής οξυγόνου από χώμα σε Σελήνη και Άρη

0
195

Οι γεμάτες σκόνη επιφάνειες της Σελήνης και του Αρη κρύβουν άγνωστους κινδύνους για τους μελλοντικούς εξερευνητές. Περιοχές με υψηλή συγκέντρωση έντονα οξειδωτικών υλικών, ίσως προκαλούσαν χημικά εγκαύματα στο γυμνό δέρμα ή τους πνεύμονες αστροναυτών, που θα καλούνταν να χρησιμοποιήσουν το τοπικό χώμα π.χ. σε καλλιέργειες λαχανικών. Με αφορμή μια από τις πρώτες έρευνες για ζωή στον Αρη, μια ομάδα Ελλήνων επιστημόνων κατασκεύασε συσκευή, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για την ανίχνευση αυτών των πολύ δραστικών οξειδωτικών ενώσεων αλλά και για την εξαγωγή αρκετού οξυγόνου απ’ αυτές, ώστε να είναι δυνατή η διαβίωση των αστροναυτών επί μακρόν, ίσως ακόμη και η χρήση του παραγόμενου οξυγόνου ως οξειδωτικού για τους κινητήρες πυραύλων επιστροφής στη Γη.

Το λάθος των «Βίκινγκ»

Οι διαστημοσυσκευές «Βίκινγκ» που προσεδαφίστηκαν στον Αρη το 1976 πραγματοποίησαν αμφιλεγόμενα πειράματα ανίχνευσης τυχόν εξωγήινων μικροοργανισμών στο έδαφος του κόκκινου πλανήτη. Ενα απ’ αυτά περιλάμβανε την έκχυση ποσότητας θρεπτικού διαλύματος σε δείγμα εδάφους, που προς έκπληξη όλων απελευθέρωσε συγκριτικά μεγάλες ποσότητες οξυγόνου. Ορισμένοι βιάστηκαν να συμπεράνουν ότι αυτό αποτελούσε ένδειξη μικροβιακής ζωής στον Αρη. Ομως, όταν ένα άλλο δείγμα εδάφους αποστειρώθηκε πριν στους 160 βαθμούς Κελσίου, η παραγωγή οξυγόνου επαναλήφθηκε μόλις αναμείχθηκε το θρεπτικό διάλυμα, πράγμα που αποκλείει τη βιολογική προέλευση του οξυγόνου. Επίσης, τα υπόλοιπα πειράματα των «Βίκινγκ» δεν εντόπισαν κανένα ίχνος οργανικών ουσιών στην επιφάνεια του Αρη.

Το σκάφος «Mars Phoenix» εντόπισε υπερχλωρικά άλατα στην επιφάνεια του Αρη

«Η κυρίαρχη ερμηνεία σήμερα είναι ότι τα αποτελέσματα οφείλονταν σε μια αβιοτική χημική αντίδραση», σημειώνει ο καθηγητής Ηλίας Χατζηθεοδωρίδης, του Τομέα Γεωλογικών Επιστημών, της Σχολής Μηχανικών Μεταλλείων – Μεταλλουργών του ΕΜΠ.

«Η παραγωγή οξυγόνου προκλήθηκε από μια δραστική μορφή οξυγόνου, που αντέδρασε με το νερό στο θρεπτικό υγρό», εξηγεί ο καθηγητής Χρήστος Γεωργίου, του Τμήματος Βιολογίας του Πανεπιστημίου Πατρών. «Τέτοιες δραστικές μορφές μπορεί να βρίσκονται σε υπεροξείδια και υπερχλωρικά», συμπληρώνει. Ηδη από το 2008 το σκάφος της NASA «Μαρς Φοίνιξ» ανίχνευσε υπερχλωρικά στις αρκτικές περιοχές του Αρη.

«Η χαρτογράφηση τέτοιων πολύ δραστικών χημικών μορφών (σ.σ. του οξυγόνου) θα είναι πολύ σημαντική για τους αποίκους του Αρη ή της Σελήνης, όχι μόνο επειδή η παρουσία τους θα είναι εχθρική για την ανθρώπινη εγκατάσταση και καλλιέργεια σοδειών, αλλά και επειδή μπορούν να σβήσουν κάθε ίχνος πιθανών αρειανών βιολογικών απολιθωμάτων και μ’ αυτή την έννοια οι σχετικές περιοχές μπορούν να εξαιρεθούν από την έρευνα για ζωή στον Αρη».

Πειράματα

Το Τμήμα Βιολογίας του Πανεπιστημίου Πατρών έχει ήδη πραγματοποιήσει πειράματα για εντοπισμό πολύ δραστικών μορφών οξυγόνου σε δείγματα χώματος από τις ξηρές ερήμους Μοχάβε και Ατακάμα, που εμφανίζουν αναλογίες με την αρειανή επιφάνεια, καθώς και με υπερχλωρικά άλατα που εκτέθηκαν σε ακτινοβολία.

Η πεδιάδα Mars Australe στη Σελήνη, όπως φωτογραφήθηκε από τον ιαπωνικό σεληνιακό δορυφόρο «Kaguna» το 2007. Και η Σελήνη διαθέτει στην επιφάνειά της μεταλλικές ενώσεις με πολύ δραστικές μορφές οξυγόνου

«Αυτές οι πολύ δραστικές μορφές οξυγόνου δημιουργούνται μετά από έντονη υπεριώδη ακτινοβόληση της επιφάνειας, ιδιαίτερα των ρηγματωμένων ορυκτών, που θραύονται από τις ακραίες θερμοκρασιακές μεταβολές και τους μικρομετεωρίτες, δημιουργώντας επιφάνειες με πολλούς ελεύθερους χημικούς δεσμούς», εξηγεί ο καθηγητής Χρ. Γεωργίου.

Οι επιστημονικές ομάδες των δύο πανεπιστημίων συνειδητοποίησαν ότι το πείραμα με το θρεπτικό υγρό που πραγματοποίησαν τα «Βίκινγκ» είναι ένα λειτουργικό μοντέλο για την κατασκευή ανιχνευτή αυτών των πολύ δραστικών μορφών οξυγόνου. Σύμφωνα με αυτό, δείγματα εδάφους θα τοποθετούνται σε μια συσκευή με τριχοειδή αγγεία, παράγοντας ανιχνεύσιμες ποσότητες οξυγόνου μόλις έρθουν σε επαφή με το νερό και με τη βοήθεια καταλυτών. Την ιδέα τους έκαναν γνωστή στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA).

Φάρμες οξυγόνου!

«Η συναρπαστική πλευρά αυτής της τεχνικής είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κάτι περισσότερο από την ανίχνευση των υπεροξειδίων», λέει η μηχανικός υλικών και διεργασιών του ESA Μαλγκορζάτα Χολίνσκα και συνεχίζει: «Το πρόγραμμα, που υποστηρίζεται από τον ESA, θα περιλαμβάνει τον αρχικό σχεδιασμό ενός αντιδραστήρα μεγάλης κλίμακας, για την περιοδική εξαγωγή οξυγόνου από το έδαφος, κάτι που ονομάζουμε “καλλιέργεια οξυγόνου”. Η υπεριώδης ακτινοβολία από τον ήλιο θα ξαναεμπλουτίζει το διαθέσιμο οξυγόνο (σ.σ. τις δραστικές μορφές του) μέσα σε μερικές ώρες. Η εκτίμηση είναι ότι μια περιοχή τριών στρεμμάτων θα παράγει αρκετό οξυγόνο ώστε να συντηρεί στη ζωή έναν αστροναύτη».

Η δυνατότητα παραγωγής οξυγόνου από το επιφανειακό χώμα του Αρη θα διευκόλυνε κατά πολύ τη διαβίωση επανδρωμένων αποστολών

Συγκεκριμένα, η ύγρανση με νερό των δειγμάτων εδάφους από τον ανιχνευτή – συσκευή εξαγωγής οξυγόνου προκαλεί υδρόλυση των μεταλλικών ενώσεων ιόντων διοξυγόνου (Ο2) και υπεροξειδίου (Ο22-), παράγοντας οξυγόνο (O2), υπεροξείδιο του οξυγόνου (η δραστική χημική ένωση στο οξυζενέ) και ρίζες υδροξυλίου (ΟΗ), που δεσμεύονται αντιδρώντας με τερεφθαλικό οξύ (TPA). Σε δεύτερο στάδιο το υπεροξείδιο του υδρογόνου, με τη βοήθεια διοξειδίου του μαγγανίου (MnO2) ως καταλύτη, διασπάται σε νερό και επιπλέον μοριακό οξυγόνο.

Πολλαπλά χρήσιμη συσκευή

«Ο ρηγόλιθος (επιφανειακό “χώμα”) από τη Σελήνη και τον Αρη, που έχει αλλοιωθεί χημικά από την επαφή με την πλούσια σε οξυγόνο ατμόσφαιρα της Γης, δεν είναι κατάλληλος για δοκιμές», υπογραμμίζει ο καθηγητής Η. Χατζηθεοδωρίδης. «Γι’ αυτό η ομάδα του έργου επιδιώκει να παρασκευάσει τα απαραίτητα υλικά προσομοίωσης σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα. Επιπλέον, θα χρησιμοποιήσουμε σεληνιακούς και αρειανούς μετεωρίτες (σ.σ. προερχόμενους από το υλικό αυτών των δύο ουράνιων σωμάτων), ώστε να δοκιμάσουμε τη συσκευή, αλλά σκοπεύουμε να ζητήσουμε από τη NASA πραγματικά δείγματα σεληνιακών πετρωμάτων για πειράματα (σ.σ. από αυτά που έφεραν στη Γη οι αποστολές “Απόλλων”».

«Σκοπός είναι ο ανιχνευτής να είναι μικρότερος από ένα βιβλίο», λέει ο δόκτωρ Ιωάννης Μαρκόπουλος, επικεφαλής εταιρείας που σχεδιάζει να κατασκευάσει το πρωτότυπο του ανιχνευτή, προσθέτοντας: «Είναι πιθανό ότι οι αστροναύτες θα τον βρουν χρήσιμο σε ολόκληρο το φάσμα οποιασδήποτε αποστολής στη Σελήνη και τον Αρη».

«Πολύ δραστικές μορφές οξυγόνου παράγονται μέσα στο σώμα μας (σ.σ. για την άμυνα του οργανισμού απέναντι σε παθογόνα) και γι’ αυτό το σώμα μας παράγει και αντιοξειδωτικά», προσθέτει ο καθηγητής Χρ. Γεωργίου και συμπληρώνει: «Μπορούν επίσης να παραχθούν από την έκθεση σε ακτινοβολία ξηρού χώματος στη Γη και κατά τη διάρκεια μεταλλευτικών δραστηριοτήτων. Στο Διάστημα μπορούν να παραχθούν από την αλληλεπίδραση κοσμικής ακτινοβολίας με μεταλλικές επιφάνειες, όπως αυτές των δεξαμενών νερού και τροφίμων, αλλά και με το οξυγόνο του θαλάμου διαβίωσης και γι’ αυτό ένας ανιχνευτής θα είναι σίγουρα χρήσιμος για τον έλεγχο του περιβάλλοντος μέσα στο διαστημόπλοιο».

Επιμέλεια: Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ

Πηγή: www.esa.int

Comments are closed.