چه تعداد انسان برای مسکونی سازی مریخ نیاز است؟

سفر دائمی به منظومه‌ی شمسی و سکونت روی آن، احتمالا رویای بسیاری از علاقه‌مندان به فضا است؛ اما آیا تاکنون فکر کرده‌اید سکونتگاه مریخی به چند نفر انسان نیاز دارد؟

افراد زیادی تاکنون ایده‌ی سفر به مریخ و مسکونی‌سازی آن را مطرح کرده‌اند. بااین‌حال، سیاره‌ی سرخ فاصله‌ای طولانی با زمین دارد و به‌منظور ایجاد سکونتگاهی به دور از پشتیبانی زمینی، باید تمام جوانب به‌دقت تحت نظر گرفته شود؛ ازجمله اینکه چند نفر باید در چنین زیستگاهی ساکن شوند. اکنون، مطالعه‌ای تازه، حداقل تعداد ساکنان را ۱۱۰ نفر می‌داند. این پژوهش با عنوان «حداقل تعداد ساکنان برای بقا در سیاره دیگر» از ژان مارک سالوتی استاد تمام مؤسسه‌ی پلی‌تکنیک بوردو در فرانسه، به‌تازگی در نشریه‌ی ساینتیفیک ریپورتس منتشر شده است.

به‌طور قطع، وقتی صحبت از هر نوع حضور پایدار در سیاره‌ای دیگر به‌میان می‌آید، مسائل زیادی وجود دارد که باید به آن‌ها فکر کرد. مردم چگونه خود را سازماندهی خواهند کرد؟ چه تجهیزاتی با خود خواهند برد؟ چگونه منابع آن سیاره را استخراج خواهند کرد؟ به چه مهارت‌هایی نیاز خواهند داشت؟ البته پژوهشگران پیش‌تر به این پرسش‌ها پاسخ داده‌اند. سالوتی نیز در مطالعه‌ی خود می‌گوید: «استفاده از منابع محلی و سازمان‌های اجتماعی مختلف مطرح شده است؛ اما هنوز درک ضعیفی از متغیرهای این مسئله وجود دارد.»

مطالعه‌ی جدید عمدتا متمرکز بر یافتن پاسخ برای یک پرسش است: به چه تعداد انسان نیاز خواهد بود؟ سالوتی می‌نویسد: «من در اینجا نشان می‌دهم که برای تعیین حداقل تعداد ساکنان و نحوه‌ی زندگی برای بقا در سیاره‌ای دیگر (با استفاده از مریخ برای نمونه) می‌توان از مدلی ریاضیاتی استفاده کرد.»

درباره‌ی مسکونی‌سازی مریخ، صحبت‌های بسیاری مطرح شده است. اسپیس‌ایکس می‌گوید فضاپیمای بین‌سیاره‌ای‌اش با نام استارشیپ می‌تواند تا ۱۰۰ نفر را به سیاره‌ی سرخ حمل کند. به‌گفته‌ی ایلان ماسک، این شرکت درصدد ساخت ناوگانی از این فضاپیما است؛ درنتیجه جریانی پایدار از منابع در آینده روانه‌ی مریخ خواهد شد. بااین‌حال، آیا این ایده واقع‌بینانه است؟ ‌آنطور که سالوتی می‌نویسد، عدد ۱۰۰ نفر، تخمینی خوش‌بینانه از ظرفیت وسیله‌ی نقلیه‌ی نسل بعدی اسپیس‌ایکس است. امکان‌پذیری چندبارمصرف‌پذیری استارشیپ قطعی نیست و احراز توانایی این فضاپیما برای فرود روی مریخ و پرتاب دوباره از روی سطح آن ممکن است بسیار دشوار باشد و دهه‌ها به‌طول انجامد.

پیرامون دیگر بخش‌های ایده‌ی مسکونی‌سازی مریخ نیز بحث‌های مشابهی درجریان است. به‌عنوان مثال، بسیاری از پژوهشگران درباره‌ی بهره‌برداری از منابع صحبت کرده‌اند. گازها را می‌توان از اتمسفر و مواد معدنی را از خاک استخراج کرد. بهره‌برداری از منابع سیاره‌ی دیگر می‌تواند ترکیبات آلی، آهن و حتی شیشه را برای ساکنان فراهم کند.

• تب طلا در فضا؛ رقابتی که منظومه شمسی را تا پنج قرن آینده تهی از منابع خواهد کرد
• استخراج معادن سیارکی؛ راهی برای کلون سازی مریخ

به‌گفته‌ی سالوتی حتی اگر تحقق ایده‌های یادشده را امکان‌پذیر کنیم، پیچیدگی پیاده‌سازی تجهیزات هنوز چندان درک نشده و تعداد اقلامی که هرساله همچنان باید به آن جهان فرستاد، نشان می‌دهد که چالشی بسیار بزرگ پیش روی ما است. مسئله‌ی سکونتگاه فضایی، به‌طرز سرسام‌آوری پیچیده است.

سالوتی به‌منظور پاسخ به پرسش مورد بحث، روی مدلی ریاضیاتی کار کرد که به باور او، می‌تواند به‌عنوان نقطه‌ی آغازی مناسب برای تفکر درباره‌ی سکونتگاه خودپایدار به‌کار رود. نقطه‌ی ثقل ایده‌ی سالوتی، متغیری است که او «عامل تقسیم» می‌نامد. این عامل کاهش زمان لازم به‌ازای هر فرد را امکان‌پذیر می‌کند؛ به‌عنوان مثال وقتی فعالیت درباره‌ی ساخت جسمی است که می‌توان بین چند نفر تقسیم کرد. نقطه‌ی آغاز سکونتگاه برای سایر بخش‌ها بسیار مهم است. چه منابعی وجود خواهد داشت؟ اگر در آغاز مقدار زیادی منابع و ابزارهای فناورانه‌ی وجود داشته باشد، این امر بر سایر محاسبات تأثیر خواهد گذاشت. اما از جهاتی، نقطه‌ی آغاز ممکن است به دلیل وجود دو عامل چندان مهم نباشد.

پیچیدگی، هزینه و امکان‌پذیری سفر بین‌سیاره‌ای یک عامل و طول عمر تجهیزاتی که ساکنان کارشان را با آن‌ها آغاز می‌کنند، عاملی دیگر است. هر قطعه و ابزاری طول عمر خود را دارد. سالوتی می‌نویسد: «به‌منظور سادگی، فرض می‌شود که مقدار اولیه‌ی منابع و ابزارهای ارسالی از زمین نسبتا محدود خواهد بود و درنتیجه، بقا را چندان تحت تأثیر نخواهد گذاشت.» دراصل، ساخت مدلی که متکی بر تأمین دوباره و آسان از زمین باشد، آنچنان سودمند نخواهد بود. درنتیجه سالوتی با این فرض که وضعیت اولیه‌ی سکونتگاه پایدار است، به سراغ دو متغیری می‌رود که تأثیری بسیار زیاد بر بقا خواهند داشت:

• امکان دسترسی به منابع اساسی محلی ازجمله آب، اکسیژن و عناصر شیمیایی. بهره‌برداری از این منابع باید آسان باشد.
• ظرفیت تولید اقلام مورد نیاز نظیر ابزارها و همچنین امکان تولید به اندازه‌ی آن‌ها در بازه‌ی زمانی مناسب.

آنچه سالوتی تا بدین جا شکل می‌دهد، یک معادله است و مولفه‌هایی مانند امکان دسترسی و ظرفیت تولید، متغیرهای آن محسوب می‌شوند. بااین‌حال، ایده‌ی سالوتی همواره به مفهوم «عامل تقسیم» بازمی‌گردد.

افرادی جداافتاده را در حال ساخت سکونتگاه روی مریخ تصور کنید. آن‌ها تمام وظایف را باید خودشان انجام دهند. باید سامانه‌های مورد نیاز برای به‌دست‌آوردن آب نوشیدنی، اکسیژن و تولید انرژی را خودشان بسازند یا نگه‌داری کنند. دراین‌میان، زمان روزانه برای انجام تمام این کارها نیز محدود است و ازاین‌رو، حجم وظایف هر شخص فوق‌العاده زیاد خواهد بود. اما در سکونتگاهی بزرگ‌تر، فناوری آن‌ها برای انجام کارهایی نظیر به‌دست‌آوردن آب نوشیدنی، اکسیژن و تولید انرژی به‌دست افراد بیشتر استفاده می‌شود. این تعداد بیشتر، تقاضای بیشتر به‌وجود می‌آورد؛ اما درعین‌حال باعث تقسیم وظایف نیز می‌شود.

اکنون، تلاشی که برای ساخت و نگه‌داری تمام آن سامانه‌ها صورت می‌گیرد، بین افراد بیشتر تقسیم شده است. این درواقع همان عامل تقسیم سالوتی است. هرچه تعداد افراد افزایش یابد، فضا برای تخصصی‌سازی بیشتر وجود دارد. سکونتگاهی را متشکل از فقط ۱۰ نفر تصور کنید. چند نفر از آن‌ها باید قادر به تعمیر و حفظ سامانه‌ی آب نوشیدنی یا اکسیژن باشند؟ نباید امکان ازکارافتادن آن سامانه‌ها وجود داشته باشد؛ درنتیجه درصد زیادی از آن افراد برای آنکه بتوانند آن سامانه‌ها را بشناسند و راه‌اندازی کنند، تحت فشار خواهند بود.

سالوتی می‌نویسد: «اگر هر ساکن به‌طور کامل از دیگران جدا باشد و تقسیم کار امکان‌پذیر نباشد، هر فرد باید تمام فعالیت‌ها را انجام دهد؛ اما اگر صد نفر داشته باشیم، لازم است چند نفر آن سامانه‌ها را بشناسد؟ قطعا فقط برخی افراد؛ ازاین‌رو دیگران می‌توانند در انجام کاری دیگر متخصص شوند.» سالوتی می‌نویسد:

تعداد بیشتر افراد، کارامدی بیشتر را ازطریق تخصصی‌سازی امکان‌پذیر و فرصت پیاده‌سازی دیگر صنایع برای استفاده از ابزارهای کارامدتر را فراهم می‌کند.

سالوتی استدلال می‌کند که عامل تقسیم را می‌توان با توابع ریاضیاتی مختلف محاسبه و برآورد کرد. افراد علاقه‌مند به ریاضی می‌توانند خود به آن بخش از مقاله مراجعه کنند.

^{شکل بالا نشان می‌دهد که اگر تعداد اولیه‌ی ساکنان بیشتر از ۱۱۰ نفر باشد، ظرفیت ساعت کار سالانه بیشتر از ساعت کار مورد نیاز سالانه است.}

بااین‌حال، برخی محدودیت‌ها و نقاط شروع برای عامل تقسیم وجود دارد. سالوتی می‌نویسد: «عامل تقسیم به نیازها، فرایندها، شرایط محیطی و منابعی متکی است که بسته به سیاره امکان دارد متفاوت باشند.» این حقیقت ما را به توصیف سالوتی از «قلمروهای بقا» رهنمون می‌کند. سالوتی ۵ قلمرو را مطرح می‌کند که باید در محاسبات درنظرگرفته شوند:

• مدیریت اکوسیستم
• تولید انرژی
• صنعت
• ساختمان‌ها
• عوامل انسانی/ فعالیت‌های اجتماعی

نام تقریبا تمام قلمروها، توضیح‌دهنده‌ی مفهوم آن‌ها است؛ اما عوامل انسانی به مولفه‌هایی نظیر پرورش و آموزش کودکان و برخی فعالیت‌های فرهنگی نظیر ورزش، بازی و شاید موسیقی اشاره دارد.

^{پنج قلمرو بقا که از نگاه سالوتی باید درنظرگرفته شوند.}

اکنون سالوتی به سراغ مریخ می‌رود؛ نخستین سیاره‌ای که هنگام تصویرسازی آینده به ذهن می‌آید. ازآنجا که درباره‌ی شکل‌گیری حضور پایدار انسان روی مریخ، کارهای علمی فراوانی انجام شده است، هنگام استفاده از سیاره‌ی سرخ به‌عنوان نمونه، سالوتی ناگزیر به شروع کار از ابتدا نبود. او توضیح می‌دهد: «استفاده‌ی خاص از منابع مریخی برای پشتیبانی از حیات، کشاورزی و تولید صنعتی در کارگاه‌های مختلف مطالعه و در گزارش‌ها و کتاب‌ها منتشر شده است.»

به‌طور قطع، ساخت سکونتگاه مریخی مسئله‌ای پیچیده است و به‌منظور اندیشیدن درباره‌ی آن، باید برخی فرضیات را ساخت. برای دستیابی به هر راه‌حلی، این فرضیات باید صادقانه باشند و ازاین‌رو هیچ جایی برای حدسیات علمی تخیلی وجود ندارد. فرضیه‌ی پایه‌ی سالوتی، این است که به هر دلیل، جریان منابع از زمین قطع شده است و سکونتگاه باید با اتکا به خود زنده بماند.

سالوتی برای فرض خود از سناریویی متعلق به مسابقه‌ای سازماندهی‌شده به‌دست سازمانی به‌نام جامعه مریخ الهام می‌گیرد. در این مسابقه، از شرکت‌کنندگان خواسته شد تا سناریویی واقع‌بینانه را برای فضاسازی مریخ توصیف کنند.

^{ساعت کار مورد نیاز برای یک نفر (چپ) و ۱۱۰ نفر (راست).}

درواقع، معادله‌ی سالوتی به زمان بستگی دارد. برای بقا چقدر زمان نیاز است درمقابل چقدر زمان دردسترس است. از نگاه سالوتی، تعداد مؤثر از افراد مورد نیاز برای برقراری توازن در معادله‌ی زمان در مریخ، ۱۱۰ نفر است. او درنتیجه‌گیری می‌نویسد: «این معادله برپایه‌ی مقایسه‌ی بین ساعت کار مورد نیاز برای برآوردن تمام نیازها به‌منظور بقا و ظرفیت ساعت کار افراد است.»

• چالش‌های سفر به مریخ؛ از پرتوهای کیهانی تا پخت غذا و افسردگی
• ۵ خطر بزرگی که زندگی فضانوردان را در سفر به مریخ تهدید می‌‌کند

به‌طور طبیعی انجام چنین پژوهشی به برخی فرضیاتی نیاز دارد که نویسنده به دقت آن‌ها را در مقاله توضیح داده است. سالوتی می‌نویسد: «این قطعا برآوردی خام با فرضیات و عدم قطعیت‌های متعدد است.» بااین‌حال، این محدودیت از سودمندی پژوهش نمی‌کاهد. اگر قرار باشد یک‌روز در آینده سکونتگاهی انسانی در مریخ شکل بگیرد، آنگاه به ساخت مدل‌های عملی برای هدایت تفکر و برنامه‌ریزی‌مان نیاز خواهیم داشت. ما از دریچه‌ی علمی تخیلی بسیار صحبت کرده‌ایم و با توییت‌های هیجان‌انگیز، دنبال‌کنندگان شبکه‌های اجتماعی را به وجد آورده‌ایم؛ اما از خیال تا واقعیت فاصله‌ای بس طولانی وجود دارد.

‌آن‌طور که سالوتی می‌نویسد، پژوهش او اولین ارزیابی کمی از حداقل تعداد افراد مورد نیاز برای بقا برپایه‌ی محدودیت‌های مهندسی است. او می‌گوید: «شیوه‌ی ما مقایسه‌های ساده را امکان‌پذیر و زمینه را برای صحبت درباره‌ی بهترین راهبرد برای بقا و بهترین مکان برای موفقیت فراهم می‌کند.»