إنه أحد تلك الأسئلة العلمية البسيطة والأساسية للغاية، ومن الصعب تصديق أننا لم نكن نملك إجابة – حتى الآن: كيف يبدو الماء عند تشكله؟ من المحيطات إلى البرك، نعرف النتيجة النهائية، لكن لم يسبق لأحد أن رأى ولادة جزيء ماء جديد. كما يقول المثل، الماء، الماء، في كل مكان، ولكن كيف يتشكل في الواقع غامض للغاية، فهو يجعلنا نريد أن نشرب.
لقد تغير ذلك بفضل عمل المهندسين في جامعة نورث وسترن. وباستخدام طريقة جديدة لتحليل جزيئات الغاز، تمكنوا من مراقبة تشكل الماء بأصغر نطاق تم تسجيله على الإطلاق. لم يشاهدوا قطرة الماء الصغيرة جدًا فحسب، بل قالوا إن تجربتهم يمكن أن يكون لها تداعيات هائلة، سواء هنا على الأرض أو على الكواكب الأخرى.
البلاديوم معدن مثير للاهتمام بسبب قدرته على امتصاص كميات هائلة من الهيدروجين. في حين أن بعض التفاعلات الكيميائية تتطلب بيئات معايرة بعناية، فإن البلاديوم قادر على تحقيق هذا العمل الفذ في درجة حرارة الغرفة وفي الضغوط الجوية العادية. لكن السبب وراء ذلك ظل “بعيد المنال”، كما كتب المهندسون في دراستهم.
وقال يوكون ليو، طالب الدكتوراه الذي عمل في الدراسة، في بيان: “إنها ظاهرة معروفة، لكنها لم تكن مفهومة بالكامل على الإطلاق”. “لأنك تحتاج حقًا إلى أن تكون قادرًا على الجمع بين التصور المباشر لتوليد المياه وتحليل البنية على المستوى الذري من أجل معرفة ما يحدث مع التفاعل وكيفية تحسينه.”
وفي شهر يناير، كشف البروفيسور فيناياك درافيد من جامعة نورث وسترن عن تقنية جديدة للنظر إلى الذرات، باستخدام غشاء يحمل جزيئات الغاز، والتي يمكن بعد ذلك فحصها تحت مجاهر إلكترونية قوية. وسمحت الطريقة الجديدة برؤية الجزيئات بدقة 0.102 نانومتر، وهو نفس حجم أصغر الجزيئات تقريبًا.
“نعتقد أنها قد تكون أصغر فقاعة تشكلت على الإطلاق والتي تم مشاهدتها بشكل مباشر. هذا ليس ما كنا نتوقعه. ولحسن الحظ، كنا نسجل ذلك، حتى نتمكن من أن نثبت للآخرين أننا لسنا مجانين.
في مجلة PNAS، وصف ليو ودرافيد وزملاؤهم كيف استخدموا هذه التقنية لمراقبة جزيئات الهيدروجين التي تدخل البلاديوم. وفي الوقت الحقيقي، رأوا فقاعات ماء صغيرة تتشكل على سطح البلاديوم.
وقال ليو: “نعتقد أنها قد تكون أصغر فقاعة تشكلت على الإطلاق وتمت مشاهدتها بشكل مباشر”. “هذا ليس ما كنا نتوقعه. ولحسن الحظ، كنا نسجل ذلك، حتى نتمكن من أن نثبت للآخرين أننا لسنا مجانين.
الطريقة مشابهة لشخصية مات ديمون في المريخي وقال درافيد إن حرق وقود الصواريخ لاستخراج الهيدروجين وإضافة الأكسجين لتكوين الماء. وأضاف: “عمليتنا مماثلة، باستثناء أننا نتجاوز الحاجة إلى النار وغيرها من الظروف القاسية”. “لقد قمنا ببساطة بخلط البلاديوم والغازات معًا.”
وللتأكد من أنهم كانوا يراقبون الماء، قاموا بقياس الطاقة المفقودة بسبب تشتت الإلكترونات أثناء العملية. وكانت النتيجة مطابقة لما تم العثور عليه في عملية ربط الأكسجين في الماء.
ولأنهم كانوا قادرين على رؤية ما كان يحدث على هذا النطاق الصغير، تمكن المهندسون من البدء في العملية، والحصول على فكرة أكثر دقة عن الظروف اللازمة للبلاديوم لتوليد الماء. واكتشفوا أن تعريض المعدن للأكسجين قبل الهيدروجين يبطئ معدل التفاعل، بينما يحدث العكس عند إضافة الهيدروجين أولاً.
ومن الممكن أن يساعد هذا الإدراك في تغذية مشاريع توليد المياه في المستقبل، سواء كانت تهدف إلى جلب المياه إلى الأجزاء القاحلة من الكرة الأرضية، أو الفضاء الخارجي، أو حتى إلى الكواكب الأخرى. أفضل ما في الأمر هو أن هذه العملية لا تغير التركيب الجزيئي للبلاديوم، مما يعني أنه يمكن استخدام نفس القطعة مرارًا وتكرارًا.
وقال ليو: “قد يبدو البلاديوم باهظ الثمن، لكنه قابل لإعادة التدوير”. “عمليتنا لا تستهلكها. الشيء الوحيد المستهلك هو الغاز، والهيدروجين هو الغاز الأكثر وفرة في الكون. وبعد التفاعل، يمكننا إعادة استخدام منصة البلاديوم مرارًا وتكرارًا.
هذه أخبار رائعة، لأن الماء ضروري إلى حد ما لأي قواعد مأهولة على القمر، أو مهمات إلى المريخ. هذه أخبار أفضل لمات ديمون، الذي اشتهر بعادة سيئة تتمثل في البقاء على كواكب غير مضيافة.