बेंगलुरु:- जैसे-जैसे मानवता चंद्रमा और मंगल पर स्थायी बस्तियां स्थापित करने के लक्ष्य के करीब पहुंच रही है, वैसे-वैसे अंतरिक्ष में रहने की चुनौतियों से निपटने के लिए नए समाधानों की ज़रूरत और भी बढ़ रही है. ऐसा ही एक क्रांतिकारी तरीका भारतीय विज्ञान संस्थान (IISc) के शोधकर्ताओं की ओर से आया है, जिन्होंने ईंटों की मरम्मत के लिए बैक्टीरिया-आधारित तकनीक विकसित की है, जिसका इस्तेमाल एक दिन चंद्रमा की सतह पर आवास बनाने के लिए किया जा सकता है – ऐसी ईंटें जो चंद्रमा के चरम वातावरण से क्षतिग्रस्त हो सकती हैं.
NASA के आर्टेमिस कार्यक्रम का लक्ष्य चंद्रमा पर स्थायी उपस्थिति स्थापित करना है, और इस प्रयास के हिस्से के रूप में, अंतरिक्ष यात्रियों को पृथ्वी से संसाधनों को ले जाने के बजाय चंद्र सतह से प्राप्त सामग्रियों का उपयोग करके आवास बनाने की आवश्यकता होगी. चंद्रमा की सतह रेगोलिथ (चंद्र मिट्टी) नामक पदार्थ से समृद्ध है, जो टूटे हुए खनिजों और चट्टानों का मिश्रण है, जिसे वैज्ञानिकों ने पाया है कि ईंटें बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.
स्पोरोसारसिना पास्चरी की शक्ति
जैसा कि शोध पत्र में विस्तार से बताया गया है, बैक्टीरियल बायो-सीमेंटेशन अंतरिक्ष ईंटों की मरम्मत कर सकता है, IISc के शोधकर्ताओं ने चांद और मंगल ग्रह की मिट्टी के सिमुलेंट को ईंट जैसी संरचनाओं में बांधने के लिए मिट्टी के जीवाणु स्पोरोसारसिना पेस्टुरी की शक्ति का उपयोग किया है.
यूरिया और कैल्शियम को कैल्शियम कार्बोनेट क्रिस्टल में परिवर्तित करके, ये बैक्टीरिया, ग्वार गम के साथ मिलकर एक प्राकृतिक चिपकने वाला पदार्थ बनाते हैं, जो मिट्टी के कणों को एक साथ बांधता है, जिससे पर्यावरण के अनुकूल ईंटें बनती हैं – जो पारंपरिक सीमेंट का एक लागत प्रभावी विकल्प है.
इस पर काम करते हुए, टीम ने सिंटरिंग नामक एक विधि की भी खोज की है, जिसमें मिट्टी के सिमुलेंट और पॉलीविनाइल अल्कोहल के मिश्रण को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है, जिससे आवास के लिए उपयुक्त उच्च शक्ति वाली ईंटें बनाई जाती हैं. सिंटरिंग स्केलेबल है, जिससे एक भट्टी में कई ईंटें बनाई जा सकती हैं.
कठोर चंद्र पर्यावरण की चुनौतियां
अध्ययन के सह-लेखक और भारतीय विज्ञान संस्थान (IISc) में मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग के एसोसिएट प्रोफेसर कौशिक विश्वनाथन ने ईटीवी भारत के प्रतिनिधि के साथ एक साक्षात्कार में कहा कि ये ईंटें मजबूत होने के बावजूद कठोर चंद्र वातावरण से अछूती नहीं हैं. दिन के दौरान 121 डिग्री सेल्सियस से लेकर रात में -133 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान में उतार-चढ़ाव के साथ-साथ सौर हवाओं और उल्कापिंडों की लगातार बमबारी के कारण इन ईंटों में दरार पड़ने का खतरा रहता है, जिससे इनसे बनी संरचनाएं कमजोर हो सकती हैं.
हरा रंग बैक्टीरिया को दर्शाता है और नीला रंग कैल्शियम कार्बोनेट को दर्शाता है
इस चुनौती का समाधान करने के लिए, शोधकर्ताओं ने स्पोरोसारसिना पेस्टुरी का उपयोग किया. सिंटर की गई ईंटों में कृत्रिम दोष डालकर और बैक्टीरिया, चंद्र मिट्टी के सिमुलेंट और ग्वार गम से बने घोल को लगाकर, बैक्टीरिया ने काम करना शुरू कर दिया, जिससे दरारें भरने और ठीक करने के लिए कैल्शियम कार्बोनेट का उत्पादन हुआ.
कई दिनों के दौरान, यह घोल जम गया, जिससे धीरे-धीरे ईंटों की मजबूती बहाल हो गई. हालांकि यह मूल सिंटर की गई ईंटों जितनी कठोर नहीं थी, लेकिन इस प्रक्रिया ने क्षतिग्रस्त सामग्रियों की मरम्मत करने का एक तरीका प्रदान किया, जिससे चंद्रमा पर निर्मित संरचनाओं का जीवन बढ़ गया.
ईटीवी भारत प्रतिनिधि के साथ एक विशेष साक्षात्कार में, IISc में एसोसिएट प्रोफेसर और शोध अध्ययन के सह-लेखक आलोक कुमार ने इस शोध के पीछे की प्रेरणा पर प्रकाश डाला. साल 2017 में भारत लौटने के बाद, वह विस्तारित अंतरिक्ष मिशनों, विशेष रूप से गगनयान मानव अंतरिक्ष कार्यक्रम के कारण उत्पन्न चुनौतियों से प्रभावित हुए. कनाडा में प्रोफेसर के रूप में काम करने का अनुभव रखने वाले मैकेनिकल इंजीनियर कुमार ने अंतरिक्ष में लंबे समय तक रहने के दौरान अंतरिक्ष यात्रियों का समर्थन करने के लिए लेटेस्ट तकनीकों की आवश्यकता को पहचाना.
कुमार ने कहा कि “पृथ्वी पर किसी भी घर के निर्माण के लिए ईंटें आधारभूत होती हैं, तथा चंद्रमा पर संरचनाओं के लिए भी ईंटें उतनी ही आवश्यक होंगी. मुझे आश्चर्य हुआ कि हम वहां उपलब्ध संसाधनों का उपयोग करके अंतरिक्ष में ईंटें कैसे बना सकते हैं.”
सूक्ष्मजीव: अंतरिक्ष मिशनों के लिए एक प्राकृतिक सहयोगी
स्पोरोसारसिना पेस्टुरी की यूरिया को कैल्शियम कार्बोनेट में बदलने की प्राकृतिक प्रक्रिया ने उन्हें आकर्षित किया, जिससे अंतरिक्ष यात्रियों को चंद्रमा पर संरचनाओं के निर्माण और मरम्मत में मदद करने के लिए इस जीवाणु का उपयोग करने का विचार आया. कुमार ने कहा कि “मैं यह भी पता लगाने की कोशिश कर रहा हूं कि ऐसा क्यों होता है, और ये बैक्टीरिया सबसे पहले क्यों विकसित होते हैं, यह अभी भी मेरे लिए शोध का विषय है.”
आइडिया बहुत आसान: पृथ्वी पर मिट्टी में मौजूद इस प्रकार के सूक्ष्मजीव मिट्टी की पारिस्थितिकी को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं. बैक्टीरिया अत्यधिक प्रतिरोधी, लचीले बीजाणु बना सकते हैं जो कठोर वातावरण में लंबे समय तक जीवित रह सकते हैं. कुमार के अनुसार, ये बैक्टीरिया चंद्रमा या मंगल ग्रह की मिट्टी पर पौधों की वृद्धि का समर्थन करने में भी भूमिका निभा सकते हैं, जिससे भविष्य के अंतरिक्ष यात्रियों को अंतरिक्ष में भोजन उगाने में मदद मिल सकती है.
Bacteria-based bricks
बैक्टीरिया आधारित ईंटें (फोटो – Amogh Jadhav)
कुमार ने बताया कि “ये बीजाणु बीज की तरह होते हैं और ये लंबे समय तक निष्क्रिय रह सकते हैं.” सफ़ेद पाउडर जैसे दिखने वाले इन बीजाणुओं को चांद की मिट्टी में मिलाने से बैक्टीरिया व्यवहार्य रह सकते हैं और समय के साथ अपना काम शुरू कर सकते हैं. बैक्टीरिया के ज़रिए दही बनाने का उदाहरण देते हुए कुमार ने कहा कि ये बैक्टीरिया अपने आप बढ़ते हैं. यह तकनीक महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है – बड़ी मात्रा में बैक्टीरिया का अंतरिक्ष परिवहन अनावश्यक है, क्योंकि उन्हें कम मात्रा में संवर्धित किया जा सकता है, जिससे यह चंद्र मिशनों के लिए एक कुशल समाधान बन जाता है.
कुमार ने इस प्रक्रिया के बारे में विस्तार से बताते हुए कहा कि “हम लगभग पांच वर्षों से चंद्रमा और मंगल पर ईंट बनाने पर शोध कर रहे हैं. चंद्र मिट्टी के सिमुलेंट और सिंटरिंग नामक तकनीक का इस्तेमाल करके, हम 1,000 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर ईंटें बना सकते हैं. मिट्टी के कण धीरे-धीरे पिघलते हैं, और जब पिघली हुई मिट्टी को एक सांचे में डाला जाता है, तो यह थर्मल सेंट्रिक प्रक्रिया के माध्यम से सिंटर्ड ईंटों का निर्माण करती है.”
कुमार ने आगे कहा कि “हालांकि, ये सिंटर्ड ईंटें भंगुर होती हैं और टूटने की संभावना होती है, जो कठोर चंद्र वातावरण में एक चुनौती है. पृथ्वी पर, यह जीवाणु मिट्टी में एक अच्छे जीवाणु के रूप में मौजूद है, जो सही परिस्थितियों में यूरिया को हाइड्रोलाइज़ करके कैल्शियम कार्बोनेट बनाता है. उन्हें ठीक करने के लिए, हम स्पोरोसारसिना पेस्टुरी को चंद्र मिट्टी के साथ मिलाकर एक घोल बनाते हैं, जो समय के साथ जम जाता है और दरारों को भर देता है, जिससे एक स्व-उपचार समाधान मिलता है.”
कुमार ने बताया कि इस तकनीक में क्षतिग्रस्त ईंटों को बदलने की आवश्यकता को कम करने की क्षमता है, जिससे संरचनाएं अधिक लचीली और लंबे समय तक टिकाऊ बन सकेंगी. बैक्टीरिया बायोपॉलिमर भी बनाते हैं जो चिपकने वाले पदार्थ के रूप में काम करते हैं, मिट्टी के कणों को एक साथ बांधते हैं और ईंट की संरचना को मजबूत करते हैं, जिससे मरम्मत की गई ईंटें 100 डिग्री सेल्सियस से 175 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान को झेल सकती हैं – ऐसी परिस्थितियां जो आमतौर पर सिंटर की गई ईंटों को कमज़ोर कर देती हैं.
टीम को शुरू में संदेह था कि बैक्टीरिया सिंटर की गई ईंटों से चिपक सकते हैं या नहीं, लेकिन घोल को ठोस बनाने और संरचना को मजबूत करने में उनकी सफलता ने अलौकिक निर्माण के लिए नई संभावनाओं को खोल दिया है.
अंतरिक्ष में बैक्टीरिया की टेस्टिंग
शोधकर्ता अब भारत के गगनयान मिशन के हिस्से के रूप में स्पोरोसारसिना पेस्टुरी का एक नमूना अंतरिक्ष में भेजने के प्रस्ताव पर काम कर रहे हैं, जहां सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण में बैक्टीरिया के व्यवहार का परीक्षण किया जाएगा. जैसा कि विश्वनाथन और कुमार ने उल्लेख किया कि “अंतरिक्ष में इन बैक्टीरिया के साथ यह अपनी तरह का पहला प्रयोग होगा, और यह इस बारे में दिलचस्प सवाल उठाता है कि वे बाहरी परिस्थितियों में कैसे व्यवहार करेंगे.”
कुमार ने आगे कहा कि “क्या वे कैल्शियम कार्बोनेट का उत्पादन जारी रखेंगे? क्या उनकी प्रकृति बदल जाएगी? ये अभी भी अज्ञात हैं, लेकिन हम इसका पता लगाने के लिए उत्साहित हैं.” यह अग्रणी कार्य केवल चंद्रमा पर संरचनाएं बनाने के बारे में नहीं है. संभावनाएं बहुत हैं, और IISc में अनुसंधान अलौकिक उपनिवेशीकरण को वास्तविकता बनाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है.