د. هادي قاسم

تحدثنا في مقالنا الأول عن أهم اكتشافات الكيمياء الفضائية مؤخراً، ولكن من أهم اختراعات علماء الكيمياء الفضائيين في الفترة الاخيرة هو محاكاة الفضاء مخبريا محاكاة الفضاء مخبرياً هي عملية إعادة خلق الظروف الفيزيائية والكيميائية القاسية الموجودة في الفضاء الخارجي داخل بيئة محكومة (مختبر) على الأرض. تهدف هذه التجارب إلى فهم الكون، و دراسة كيفية تشكل الحياة، واختبار المعدات الفضائية قبل إطلاقها. إليكم أبرز الجوانب المتعلقة بمحاكاة الفضاء مخبرياً:

1 - محاكاة البيئة الكونية (تصنيع غبار النجوم)

محاكاة البيئة الكونية وتصنيع غبار النجوم مخبرياً هو عملية علمية متقدمة تهدف إلى إعادة خلق الظروف القاسية الموجودة في الفضاء الخارجي (مثل الضغط المنخفض جداً، درجات الحرارة المتطرفة، والإشعاعات العالية) داخل مختبرات على الأرض. الهدف من ذلك هو إنتاج جزيئات غبارية مماثلة لتلك التي تنتجها النجوم، لفهم كيفية نشأة الكون وتكون المواد الأساسية للحياة.

إليك تفصيل لهذا المفهوم

ما هو غبار النجوم؟ هي حبيبات صغيرة من المواد الصلبة (كربون، سيليكات، معادن) تنتج داخل النجوم الهائلة أو أثناء موتها (انفجارات السوبرنوفا)، وتنتشر في الفضاء لتشكل الجيل الجديد من النجوم والكواكب. كيف تتم المحاكاة (التصنيع)؟ يستخدم العلماء غرفاً خاصة (غرف تفريغ) تحاكي بيئة النجوم، حيث يتم استخدام غازات أولية وتطبيق جهود كهربائية عالية (قد تصل إلى 10,000 فولت) لإنتاج حبيبات الغبار هذه.

أهمية هذا البحث

فهم أصل الحياة: تهدف المحاكاة إلى دراسة كيف تتجمع ذرات الكربون، الهيدروجين، الأكسجين، والنيتروجين لتكوين الجزيئات العضوية المعقدة.

تطور النجوم: دراسة كيفية عمل الغبار كـ «درع واقي» للنجوم في مراحل تكونها الأولى.

تفسير الفضاء: توضيح كيف تشكلت المواد الثقيلة التي تشكل الكواكب والأجسام الصلبة في الكون.

باختصار، هو «طبخ» للمواد الكونية في مختبرات أرضية لفهم كيف ولدت اللبنات الأساسية للمجموعة الشمسية والحياة.

الهدف: فهم كيفية تشكل الجزيئات العضوية المعقدة وكيفية نقلها للحياة، بدلاً من انتظار وصول النيازك.

إنتاج غبار كوني اصطناعي: نجح باحثون (مثل الفريق في جامعة سيدني) في إنتاج غبار كوني «من الصفر» داخل المختبر، عبر محاكاة الظروف الديناميكية الموجودة حول النجوم وبقايا المستعرات العظمى.

التجربة: يتم استخدام مزيج من الغازات مثل النيتروجين وثاني أكسيد الكربون والأسيتيلين، وتعريضها لطاقة كهربائية عالية لإنتاج جزيئات غنية بالكربون (CHON) تشبه الغبار الكوني الموجود بين النجوم.

2 - محاكاة ظروف الأرض القديمة:

محاكاة ظروف الأرض القديمة (أو العتيقة) هي عملية علمية تهدف إلى إعادة تمثيل البيئة الجيولوجية والكيميائية والجوية التي كانت سائدة على كوكب الأرض في عصوره الأولى (قبل مليارات السنين)، وذلك لفهم كيفية نشأة الحياة وتطورها في تلك الظروف القاسية. تتضمن هذه المحاكاة إعادة إنشاء «الطبخة» الكيميائية للأرض قبل وجود الأكسجين بكميات كبيرة، حيث كانت الغلاف الجوي والمحيطات مختلفة تمامًا. إليك أبرز جوانب ومعاني هذه المحاكاة

إعادة بناء البيئة: يستخدم الباحثون ما يعرف بـ»الحدائق الكيميائية» أو تجارب مخبرية خاصة لتمثيل المحيطات الغنية بالمعادن والمناخ البركاني.

دراسة نشأة الحياة: تُجرى هذه المحاكاة لمعرفة كيف تمكنت الخلايا القديمة من استمداد طاقتها قبل عصر البناء الضوئي.

نماذج حاسوبية: لا تقتصر على المختبر، بل تشمل محاكاة حاسوبية لحركة الصفائح التكتونية والظروف المناخية منذ مليار و 800 مليون سنة.

البحث عن الحياة خارج الأرض: تُستخدم هذه المحاكاة أيضًا (مثل محاكاة ظروف المريخ) لفهم ما إذا كانت الحياة قد نشأت هناك أيضًا.

بشكل عام، هي طريقة علمية للعودة بالزمن إلى الوراء وفك ألغاز أصل الحياة.

«الكون في زجاجة»: يقوم العلماء بإعادة إنشاء تركيب المواد الكيميائية التي سادت قبل مليارات السنين لفهم كيف بدأت الحياة.

محاكاة القصف النيزكي: يتم دراسة تأثير القصف الكثيف للنيازك والمذنبات على سطح الأرض القديم، وتأثير ذلك في نقل المواد العضوية، كما في أبحاث جامعة سيدني.

3 - محاكاة بيئة الفضاء للمعدات (التجارب الفيزيائية)

محاكاة بيئة الفضاء للمعدات (التجارب الفيزيائية) هي عملية إعادة خلق الظروف القاسية للفضاء الخارجي (مثل الفراغ، درجات الحرارة القصوى، الإشعاع، وانعدام الجاذبية) داخل مختبرات أرضية، بهدف اختبار وتطوير الأجهزة، الأقمار الصناعية، والأدوات العلمية قبل إطلاقها فعلياً. تهدف هذه التجارب إلى ضمان عمل المعدات بشكل صحيح وتفادي الأعطال المكلفة في الفضاء.

أبرز جوانب محاكاة بيئة الفضاء للمعدات

غرف الفراغ الحراري : تُستخدم لمحاكاة بيئة الفراغ العالي (انعدام الضغط الجوي) والتقلبات الحرارية الشديدة، حيث تتعرض المعدات لدرجات حرارة منخفضة جداً ومرتفعة جداً للتأكد من تحملها.

اختبارات الاهتزاز والصدمات: تحاكي الاهتزازات العنيفة التي تتعرض لها المركبة أثناء عملية الإطلاق عبر الصاروخ.

محاكاة الإشعاع: اختبار مدى مقاومة المكونات الإلكترونية للإشعاعات الكونية والشمسية.

محاكاة انعدام الوزن: تُستخدم في تدريب الرواد واختبار حركة المعدات الآلية باستخدام أحواض مائية ضخمة أو أجهزة تعليق خاصة.

الهدف الفيزيائي: تمكين العلماء من دراسة الظواهر الفيزيائية (مثل ديناميكا الموائع، انتقال الحرارة) في ظروف مشابهة للفضاء لتصميم أنظمة تبريد، طاقة، أو هياكل فضائية فعالة.

تعتبر هذه الاختبارات حاسمة لاستكشاف الفضاء، حيث تتيح قياس التغيرات الهيكلية والفيزيائية للمعدات في ظروف مشابهة لما سيواجهونه أثناء المهمات الطويلة، مما يضمن سلامة وأداء المهام الفضائية.

تستخدم غرف خاصة لمحاكاة ظروف الفضاء الواقعية، وتشمل:

الفراغ العالي : محاكاة انعدام الضغط الجوي.

التدرجات الحرارية القصوى: من الحرارة الشديدة (أشعة الشمس المباشرة) إلى البرودة القارسة.

الإشعاع: محاكاة الأشعة فوق البنفسجية والجسيمات المشحونة.

4 - محاكاة الفضاء رقمياً (التصورات ثلاثية الأبعاد)

بالإضافة للمختبرات الفيزيائية، توجد محاكاة رقمية:

محاكاة الفضاء رقمياً (التصورات ثلاثية الأبعاد) هي عملية إنشاء بيئات افتراضية دقيقة تحاكي الفضاء الخارجي أو الظواهر الكونية باستخدام برمجيات كمبيوتر متطورة، وتجسيدها في شكل رسومات ثلاثية الأبعاد (3D) تظهر فيها الأجسام بعمق وارتفاع وعرض لتشبه الواقع بشكل كبير.

عناصر محاكاة الفضاء الرقمي

النمذجة ثلاثية الأبعاد: تصميم مجسمات رقمية للكواكب، النجوم، الأقمار الصناعية، أو المركبات الفضائية.

تصور البيانات: تحويل البيانات الفضائية المعقدة (مثل بيانات تلسكوب جيمس ويب) إلى صور مرئية مجسمة.

البيئة التفاعلية: القدرة على التحرك داخل هذا الفضاء الافتراضي، وتدوير المجسمات، أو تكبيرها لاستكشاف التفاصيل.

أهمية واستخدامات محاكاة الفضاء ثلاثية الأبعاد

التوأمة الرقمية :

إنشاء نسخ رقمية طبق الأصل من الأقمار الصناعية أو معدات الفضاء لتجربتها ومحاكاة أدائها قبل إطلاقها فعلياً.

التدريب والمحاكاة: تدريب رواد الفضاء على عمليات السير في الفضاء (EVA) أو الهبوط على كواكب أخرى في بيئات واقع افتراضي (VR) تحاكي الواقع تماماً.

البحث العلمي والتصور: مساعدة العلماء على تصور بنية الكون، حقول الجاذبية، أو مسارات الكويكبات.

التعليم والترفيه: إنتاج وثائقيات، ألعاب، أو عروض قبة سماوية تتيح للجمهور استكشاف الفضاء.

أبرز التقنيات المرتبطة بها

الواقع الافتراضي (VR) والمعزز (AR): لتعزيز تجربة الانغماس في الفضاء.

برمجيات التصميم: مثل برامج النمذجة والمحاكاة التي تستخدم في وكالات الفضاء (مثل ناسا) لإنشاء هذه العوالم.

باختصار، هي تقنية «تقريب الكون إلينا» من خلال شاشات الحاسوب، لتحويل البيانات الصماء إلى تجربة بصرية وتفاعلية غنية.

أهمية المحاكاة المخبرية

فهم أصول الحياة: دراسة ما إذا كانت الجزيئات العضوية الأولى قد وصلت عبر النيازك والغبار الكوني.

اختبار المواد: اختبار مدى تحمل المواد والمعدات الفضائية لظروف الفراغ والإشعاع قبل إطلاقها.

تحليل بصمات الأشعة تحت الحمراء: قياس انبعاثات المواد المنتجة مخبرياً ومقارنتها بالبيانات المرصودة من الفضاء.

تتيح هذه التجارب للعلماء فهم عمليات كيميائية وفيزيائية استغرقت مليارات السنين في الفضاء، وتوفير بديل عملي لانتظار العينات الفضائية لتصل إلى الأرض.

** **

- ماليزيا