چگونه سیاره‌شناسی به ما در حفظ زمین کمک می‌کند

کاوش جهان‌های دیگر در منظومه‌ی شمسی، پیوندی با حفظ جان ما – زمین – دارد. تصاویر زمین که آپولو از فضا فرستاد، ظرافت و آسیب‌پذیری جهانِ کوچک محبوب ما را به وضوح آشکار ساخت، و توانمندانه به آمدنِ عصر آگاهی در باره‌ی محیط زیست جهانی یاری رساند. ارزش همین تصاویر، خود کافی است که تمام مخارج برنامه‌های فضایی را توجیه کند، زیرا مفهوم آن را عده‌ی کثیری دریافتند. اما چیزی که وسیعاً مورد توجه قرار نمی‌گیرد این است که از کاوش ربوتیکی جهان‌های دیگر، چه مقدار اطلاعات ضروری و حیاتی درباره‌ی جهان خودمان کسب کرده‌ایم.
اگر ما پای‌بند یک جهان باشیم، حیطه‌ی آگاهی ما به همین محدود می‌شود و نمی‌توان دانست که چه چیزهای دیگری امکان‌پذیر است. در آن صورت، هم‌چون زبان‌شناسی که فقط انگلیسی می‌داند، یا فیزیک‌دانی که اطلاعاتش درباره‌ی گرانی (ثقل)، فقط از افتادن اشیاء به زمین حاصل شده است، بینش ما محدود می‌شود و قدرت پیش‌بینی‌مان کاهش می‌یابد. اما وقتی که به کاوش جهان‌های دیگر می‌پردازیم، چشم‌اندازمان وسعت می‌یابد. درک جدیدی از جهان‌های دیگر، عموماً، و از جمله جهان خودمان، کسب می‌کنیم.
کاوش روبوتیکی جهان‌های دیگر، دیدگان ما را در عرصه‌های متعددی در علوم زمین، گشاده است، از جمله در مورد آتش‌فشان‌ها و زمین‌لرزه‌ها و هوا. کاوش فضا شاید به مفاهیم مهمی در زیست‌شناسی منتهی شود، زیرا تمام حیاتِ روی زمین بر اساس یک برنامه‌ی اساسی زیست شیمیایی ساخته شده است. کشف یک زیستمند (ارگانیسم) فرازمینی – حتی چیزی به بی‌اهمیتی باکتری – انفلابی در زیست شناسی به وجود می‌آورد. اما پیوند میان کاوش جهان‌های دیگر و حفظ جهان خودمان از همه بیش‌تر در مطالعه‌ی آب و هوای زمین و خطر جدید تکنولوزی برعلیه آب و هوا، آشکار است. جهان‌های دیگر در این مورد به ما بصیرت مهمی می‌بخشند که: چه کارهای احمقانه‌ای نباید در زمین انجام دهیم!
خصوصاً در دهه‌های اخیر، سه فاجعه‌ی مربوط به محیط زیست (یا سه فاجعه‌ی بالقوه) تصادفاً کشف شده‌اند. این سه عبارتند از تقلیل اُزُن کُره (اوزُنوسفر)، گرم شدن گُل‌خانه‌ای زمین، و زمستان هسته‌ای. در این مقاله می‌خواهیم به اختصار، طریقه‌هایی را که کاوش سیارات به این یافته‌ها یاری رساند یا درک آن‌ها را عمیق‌تر کرد، نشان دهیم.

نازک شدن سپر اُزُن

کشف این واقعیت که ماده‌ای بی‌اثر با آن همه مصارف عملی (دو سه نمونه از کاربردهای آن عبارتند از ماده‌ی سیال در یخچال‌ها و تهویه‌گرهای هوا، محرکه در خوش‌بوکننده‌ها و محصولات دیگر در افشانه‌های آئروسلی، و ماده‌ای سبک و کف‌مانند برای بسته‌بندی غذاها) می‌تواند خطری برای حیات روی زمین باشد، همگان را آشفته کرد. چه کسی می‌توانست چنین خطری را تصور کند؟ مولکول‌هایی که از آن صحبت می‌کنیم کلروفلوئوروکربن (CFCs) نام دارد. آن‌ها از لحاظ شیمیایی بی‌اثر هستند، به این معنا که تجزیه‌پذیر نیستند، مگر این که خود را به لایه‌ی اُزُن برسانند و در آن‌جا تحت اثر خورشید تجزیه شوند. اتم‌های کلر که بدین نحو آزاد می‌شوند، اُزُن را تباه می‌کنند و نور ماوراء بنفش خورشید را به سطح زمین راه می‌دهند.
این افزایش در شدت تابش فرابنفش، به سلسله پی‌آمدهای بالقوه هولناکی که در زمره‌ی آن‌ها نه فقط سرطان پوست، بلکه تضعیف دستگاه ایمنی انسان قرار دارد و خطرناک‌تر از همه، تخریب کشاورزی و ریززیستمندان (میکروارگانیسم‌های) عامل فتوسنتز (نورساخت) است، و این‌ها بنیاد چرخه‌ی غذایی را می‌سازند که اغلب موجودات زنده بر آن متکی هستند.
شرکت دوپون، تولید کننده‌ی اصلی این ماده، که نام تجارتی فریون را بر آن نهاد، پس از آن که سال‌ها به نگرانیِ محیط زیست‌گرایان وقعی ننهاد و آگهی‌های تجارتی تمام صفحه‌ای در روزنامه‌ها و مجلات علمی گذاشت، و ادعا کرد که بلوا و همهمه بر سرِ اُزُن ناشی از گستردن اطلاعات ناقص است و این که تا به حال کسی خطر را ثابت نکرده است – بعداً اعلام کرد که به تولید کلروفلوئوروکربن سریعاً خاتمه می‌دهد. حادثه‌ی آشفته‌ساز و تعیین کننده عبارت بود از کشف یک حفره در لایه‌ی اُزُن بر فراز قاره‌ی جنوبگان (آنتارکتیکا) توسط دانشمندان انگلیسی در سال 1986 میلادی. سپس شواهدی به دست آمد دال بر نازک شدن لایه‌ی اُزُن هم‌چنین در عرض‌های جغرافیایی دیگر.
چه کسی کشف کرد که کلروفلوئوروکربن‌ها برای لایه‌ی اُزُن خطرساز است؟ آیا کاشف آن شرکت دوپون بود که به مسئولیت قانونی خود عمل می‌کرد؟ نه. آیا کاشف آن سازمان حفظ محیط زیست بود که از ما حفاظت می‌کرد؟ نه. آیا کاشف آن وزارت دفاع بود که از ما دفاع می‌کرد؟ نه. کاشفان آن، دو دانشمند سفید‌پوش خلوت‌گزین دانشگاهی بودند به نام‌های شروود رولند و ماریا مولینا از دانشگاه کالیفرنیا در ایروین که در سال 1974 مشغول تحقیق روی مسأله‌ی دیگری بودند.
تحقیق آن‌ها مربوط بود به ثابت‌های سرعت واکنش در واکنش‌های شیمیایی کلر و هالوژن‌های دیگر، و بخشی از این تحقیق را ناسا حمایت می‌کرد. چرا ناسا (سازمان فضایی و هوانوردی ملی امریکا)؟ چون که بنا بر کشفیات سفینه‌ی فضایی امریکا و مشاهدات از زمین، مولکول‌های کلروفلئور در جوّ (اتمسفر) زهره (ونوس) موجود است و اخترشناسانِ سیاره‌ای می‌خواستند بدانند که در آن جا چه حوادثی رخ می‌دهد.

رهنمونی از سیاره‌ی زهره

گروهی به رهبری مایکل مک الروی در دانشگاه هاروارد به کمک یک مدل کامپیوتری بزرگ، بررسی نظری در مورد تقلیل ازن را تأیید کردند. چطور شد که این گروه تمام شبکه‌های منشعب فعالیت‌های شیمیایی هالوژن‌ها را در کامپیوترشان آماده داشتند؟ چون در باره‌ی شیمی هالوژن‌ها در جو سیاره‌ی زهره تحقیق می‌کردند. سیاره‌ی زهره به این کشف یاری رساند که لایه‌ی ازن زمین با خطر مواجه است. (مشابهِ چنین موفقیت‌های دور از انتظاری را می‌توان در بسیاری از کشفیات علمی سراغ گرفت.)
بین نور شیمی (فتوشیمی) جوی دو سیاره‌ی زمین و زهره، ارتباطی مطلقاً دور از انتظار وجود دارد، و به ناگاه از پژوهشی کم‌ارزش و بسیار ذهنی، یعنی شناخت جو بالایی زهره، نتیجه‌ای عملی عاید می‌گردد.
مریخ (مارس) نیز پیوندی با کشف تقلیل ازن در زمین دارد. سفینه‌ی وایکینگ، سطح مریخ را بی‌حیات و فاقد حتی مولکول‌های آلی ساده یافت. این فقدان حیات را معمولاً با نبودن اُزُن در جو مریخ تبیین می‌کنند. نور فرابنفش خورشید بدون هیچ مانعی با سطح مریخ برخورد می‌کند و اگر ماده‌ای آلی در آن جا وجود می‌داشت، نور فرابنفش خورشید یا محصولات اکسایش (اکسیداسیون) فرابنفش خورشید آن را تجزیه می‌کرد. لذا یکی از عللی که لایه‌های فوقانی مریخ ضد حیات است وجود حفره‌ی اُزُن در مقیاس سیاره‌ای در مریخ است و این شاید قصه‌ی هشدار دهنده و سودمندی برای ما باشد – ما که سرگرم ساختن حفره‌هایی در لایه‌ی اُزُن سیاره‌ی خود هستیم.

دی اکسید کربن و اثر گُل‌خانه‌ای

حالا بیایید به گرم شدن جهان ناشی از اثر گُل‌خانه‌ای نگاهی بیاندازیم. اثر گُل‌خانه‌ای عمدتاً زاییده‌ی دی اکسید کربن است که از سوزاندن سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود و هم‌چنین زاییده‌ی انباشت گازهای دیگر (اکسیدهای نیتروژن، متان، کلروفلوئوروکربن‌ها، و مولکول‌های دیگر) است که گرمای فروسرخ را جذب می‌کنند.
برخی از مهم‌ترین تحقیقات متأخرتر در مورد گرم شدن جهان را جیمز هنسن و همکارانش در انستیتوی علوم فضایی گادرد، مؤسسه‌ای متعلق به ناسا در شهر نیویورک، انجام دادند. هنسن و همکارانش متذکر شدند که در صد سال گذشته، پنج سالی که گرم‌ترین سال بر حسب دمای میانگین جهان بوده است، مربوط به دهه‌ی 1980 میلادی است.
برخی از پی‌آمدهایی که آب و هوا شناسان گوناگون برای اواسط و اواخر قرن بیست و یکم پیش‌بینی می‌کنند مشتمل است بر تبدیل اکراین و اراضی غرب میانه‌ی امریکا که در حکم اراضی نان‌آور جهان است، به مناطقی شبیه صحراهای پوشیده از خار و خاشاک. انبساط آهسته‌ای که در حجم آب دریا صورت می‌گیرد، ذوب شدن یخ قطبی و یخچال‌ها و سپس فروریختنِ یخ ورقه‌ی جنوبگان غربی سبب جاری شدن سیلاب در هر شهر ساحلی جهان می‌شود. این خطر وخیمی است و جلوگیری از گرم شدن جهان بسیار پرهزینه خواهد بود.
هنس در برابر کمیته‌های مجلس و سنای امریکا تلاش بسیاری کرد تا آنان را متقاعد کند که خطر گرم شدن جهان را جدی بگیرند. اصلاً چگونه هنسن با مسأله‌ی آینده‌ی آب و هوای زمین سروکار پیدا کرد؟ هنگامی که او دانشجوی دکترا در دانشگاه آیوا بود، در رساله‌ی دکترایی که نوشت کوشید (و امروز می‌دانیم که در اشتباه بود) تا این نظر را رد کند که زهره به علت اثر گُل‌خانه‌ای شدید، سیاره ای داغ است. پس زهره توجه هنسن را به اثر گلُ‌خانه‌ای جلب کرد.
آن‌هایی که به اثر گُل‌خانه‌ای دی اکسید کربن به دیده‌ی تردید نگاه می کنند، شاید سودمند باشد که به اثر گُل‌خانه‌ای شدید در زهره توجه کنند. جو زهره اساساً از دی اکسید کربن تشکیل یافته است و فشار سطحی آن تقریباً نود بار بیش‌تر از فشار سطحی زمین است، و دمای سطحی آن در حدود نُه‌صد درجه‌ی فارنهایت (چهارصد و هشتاد درجه‌ی سلسیوس) است.
هیچ کسی نظر نمی‌دهد که ساکنان زهره با سوزاندن زغال سنگ زیاد و راندن اتوموبیل‌هایی که احتراق ناقص دارند و با قطع کردن جنگل‌هایشان، اثر گُل‌خانه‌ایِ افسار گسیخته‌ای را در زهره پدید آورده‌اند! این امر حقیقت ندارد. اما تاریخ آب و هوا شناختی سیاره‌ی همسایه‌ی ما (که سیاره‌ای شبیه زمین است اما با سطحی آن قدر داغ که قلع و سرب را ذوب می‌کند) مسأله‌ای قابل تأمل است. خصوصاً کسانی که می‌گویند افزایشِ اثر گُل‌خانه‌ای را خود زمین برطرف خواهد کرد و ما نباید نگران چیزی باشیم، باید به آب و هوای زهره توجه کنند.

زمستان هسته‌ای

زمستان هسته‌ای، تاریک و سرد شدن زمین است که عمدتاً از ذرات ریز بخار ناشی می‌شود که از سوخته شدن شهرها و تأسیسات نفتی در پی یک جنگ هسته‌ای حتی کوچک به جو رها می‌گردند.
در مورد این که جنگ هسته‌ای چه اندازه خطرناک است مناظره‌ی علمی شدیدی صورت گرفته است. این بحث و جدل دیگر فرو نشسته است. سه مدل سه بعدی کامپیوتری از چرخش عمومی جو به یک پاسخ می‌رسند به شرط آن که شرایط آغازین آن‌ها همانند باشند. این پاسخ واحد نزدیک به نتایجی است که نخستین بار در سال‌های 1982 و 1983، گروهی مرکب از پنج دانشمند اعلام کردند. این گروه، TAPPAS نامیده می‌شد که نام آن برگرفته از نام‌های ریچارد پ. تورکو، اون ب. تون، تامس اکرمن، جیمز پولاک، و کارل ساگان بود. از این پنج دانشمند، سه نفر دانشمند ستاره شناس تمام وقت بودند، و دو نفرِ دیگر مقالات زیادی در زمینه‌ی دانش سیاره‌ای منتشر کرده بودند.
نخستین آگاهی از زمستان هسته‌ای در هنگام مأموریت مارینر نُه به مریخ حاصل گشت. در مریخ، طوفانی از گرد و غبار در سطح کره وجود دارد و این گروه قادر نبودند سطح آن سیاره را ببینند. طیف سنج فروسرخ مارینر نُه، جو بالایی مریخ را گرم تر و سطح سیاره را سردتر از آن‌چه باید می‌بود یافت. این گروه سعی کرد تا بسنجد که این امر چگونه رخ داده است. سرانجام، این خط کنکاش، آن‌ها را از طوفان غبار مریخ به زمستان هسته‌ای زمین کشانید.

چشم‌انداز سیاره‌ای

دانش سیاره‌ای، چشم‌اندازی جهانی به ما می‌بخشد: تصویری بزرگ و ثمره‌ی چندین علم که برای دریافت و تشخیص فاجعه‌های هولناک آب و هوایی بسیار مفید است. وقتی که با الفبای جهان‌های دیگر آشنا می‌شویم، به دیدگاهی دست می‌یابیم که برای فهم جهان خودمان سودمند است. احتمالاً فاجعه‌های دیگری وجود دارد که هنوز کشف نشده‌اند. وقتی این ناشناخته‌ها رخ بنمایند، به نظر می‌رسد دانش سیاره‌ای نقش مهمی در کشف و برآورد فاجعه‌ها ایفا خواهد کرد.
وقتی به شواهد می‌نگریم، کاوش سیارات را امری بسیار عملی و فوری برای خودمان در زمین می‌یابیم. حتی اگر ما به کاوش و اکتشاف وقعی نگذاریم، حتی اگر ذره‌ای روح ماجراجویی در ما نباشد، حتی اگر فقط به خودمان – به مفهومی تنگ و بسته – علاقه‌مند باشیم، کاوش سیارات، سرمایه‌گذاری سزاواری خواهد بود.