حباب‌های یخ به پیام‌رسان‌های جدید بدل شدند!

دانشمندان از حباب‌ها برای رمزگذاری و ذخیره پیام‌ها در یخ استفاده کردند و آنها را از روی عکس‌ها خواندند.

تیمی از دانشمندان از حباب‌های به دام افتاده در یخ‌های قطب جنوب الهام گرفتند و دریافتند که آنها اطلاعاتی درباره آب و هوای زمین در صدها هزار سال گذشته را آشکار می‌کنند.

این تیم با الهام از حباب‌های طبیعی به دام افتاده در یخ، رویکردی نوآورانه برای استفاده از حباب‌های ساخته دست بشر برای رمزگذاری پیام‌ها و ذخیره آن پیام‌ها درون یخ ارائه کردند.

به نقل از آی‌اف‌ال‌ساینس، هسته‌های یخی به لطف توانایی به دام انداختن حباب‌های گاز در خود، روشی بسیار خوب برای به دست آوردن تصویری از جو زمین در گذشته‌های دور هستند.

«اداره ملی اقیانوسی و جوی آمریکا»(NOAA) توضیح می‌دهد: بقایای هوابرد آب و هوای اولیه زمین مانند گرد و غبار، حباب‌های هوا، نمک‌های دریایی، خاکستر آتشفشانی و دود ناشی از آتش‌سوزی‌های جنگلی می‌توانند برای دوره زمانی بسیار طولانی در یخ‌های یخچال‌های طبیعی به دام بیفتند. این بقایا برای دانشمندان آب و هوا، داستانی درباره چگونگی تغییرات آب و هوایی و جوی سیاره ما در طول هزاران سال تعریف می‌کنند.

دانشمندان آب و هوا به طور مرتب حباب‌های موجود در یخ‌های یخچال را برای مطالعه تاریخ سیاره ما بررسی می‌کنند، اما تیمی طی این مطالعه جدید از ماندگاری این حباب‌ها الهام گرفته و از خود پرسید که آیا امکان ذخیره اطلاعات به این روش وجود دارد یا خیر.

آنها در مطالعه خود توضیح می‌دهند: از آنجایی که فعالیت‌های ما به تدریج به مناطق سرد مانند قطب‌ها، ماه و مریخ گسترش می‌یابد، تولید پیام‌های مبتنی بر اسناد و ارتباطات از راه دور به دلیل نیاز به جوهر، برق و تجهیزات با چالش‌های زیادی روبرو می‌شود و حفظ طولانی‌مدت کاغذ و رسانه‌های مغناطیسی برای ذخیره پیام‌ها نیز دشوار می‌شود. ما با الهام از حباب‌های هوای طبیعی در یخچال‌ها که نمونه‌هایی از هوا را از تاریخ اولیه زمین ثبت و حفظ می‌کنند، دریافتیم که می‌توان با دستکاری حباب‌های هوای به دام افتاده در یخ، پیام‌ها را ذخیره کرد.

حباب‌ها هنگام یخ زدن آب و فشرده شدن گازهای محلول و هل داده شدن به سمت یکدیگر در یخ به دام می‌افتند و معمولاً شکل تخم مرغی یا سوزنی به خود می‌گیرند. این تیم تلاش کرد تا آزمایش کند که چه شرایطی باعث ایجاد اندازه‌ها و شکل‌های مختلفی می‌شود که این حباب‌ها به خود می‌گیرند. آنها دریافتند که انجماد سریع‌تر منجر به شکل تخم مرغی و انجماد کندتر منجر به شکل سوزنی می‌شود.

«منگجی سونگ»(Mengjie Song)، مهندس مکانیک و یکی از نویسندگان این مطالعه در مؤسسه فناوری پکن، گفت: از آنجایی که موقعیت و شکل حباب توسط سرعت انجماد تعیین می‌شود، می‌توان به صورت دستی سرعت انجماد را کنترل کرد تا شکل و توزیع حباب‌ها در یخ را دستکاری کرد.

آنها با استفاده از این موضوع توانستند لایه‌هایی را در یخ ایجاد کنند که در صورت نیاز حاوی حباب نباشند یا در صورت نیاز حباب‌های تخم مرغی یا حباب‌های سوزنی داشته باشند. سپس آنها توانستند حباب‌ها را در هر لایه دستکاری کنند و شکل‌ها، اندازه‌ها و موقعیت‌های حباب را به کاراکترهای کد مورس و مقادیر «باینری»(binary) اختصاص دهند. آنها با استفاده از کد رایانه‌ای برای کنترل این فرآیند، توانستند پیام‌هایی را ایجاد کنند که در داخل حباب‌های موجود در یخ رمزگذاری شده بودند.

مقادیر «باینری» یا دستگاه اعداد دوتایی، هر عدد یا شماره را با دو رقم ۰ و ۱ نشان می‌دهند. این نمایش اعداد را نمایش اعداد در مبنای دو نیز می‌نامند.

با کمک این فرآیند، می‌توان پیام‌های به دام افتاده داخل یخ را با عکس‌برداری از یخ و تبدیل عکس به تصویر خاکستری خواند. این تیم با استفاده از یک رایانه موقعیت‌ها و شکل‌های حباب‌ها را تشخیص داد. این حباب‌های تقریباً سفید در پس‌زمینه خاکستری ظاهر می‌شدند و سپس دوباره به حروف انگلیسی و اعداد عربی قابل خواندن تبدیل می‌شدند. آنها پس از آزمایش‌ها دریافتند که مقادیر «باینری» کارآمدتر است و می‌تواند پیام‌هایی را حدود ۱۰ برابر طولانی‌تر از پیام‌های ذخیره شده در کد مورس ذخیره کند.

به گفته این تیم، این روش می‌تواند برای ذخیره اطلاعات در قطب جنوب و قطب شمال استفاده شود؛ جایی که روش‌های ذخیره‌سازی عادی دشوار یا بسیار پرهزینه است.

«سونگ» افزود: در مناطق سرد طبیعی، استفاده از حباب‌های هوای به دام افتاده به عنوان وسیله‌ای برای تحویل و ذخیره پیام، انرژی کمتری نسبت به وسایل ارتباطی از راه دور مصرف می‌کند و پنهان‌تر از اسناد کاغذی است. این پیام‌های یخی می‌توانند برای مدت طولانی حفظ شوند و پیام‌هایی که حمل می‌کنند به راحتی قابل مشاهده و خواندن هستند.

مزیت این فرآیند این است که به طور طبیعی از محیط سرد و آب استفاده می‌کند که در مناطق قطبی فراوان است و برای ذخیره اطلاعات نیازی به برق نیست، اما کاربردهای دیگری نیز می‌تواند وجود داشته باشد. دستکاری حباب‌ها در یخ می‌تواند ایجاد ورقه‌های یخی را آسان‌تر کند که دارای نقاط شکست طبیعی هستند یا می‌تواند به ما کمک کند تا بفهمیم چگونه حباب‌ها در فلزات تشکیل می‌شوند.

«سونگ» در پایان گفت: یافته‌های ما می‌توانند به طور گسترده در بسیاری از زمینه‌ها کاربرد داشته باشند. ما در زندگی روزمره می‌توانیم حباب‌ها را دستکاری کنیم تا به طور کارآمد یخ با محتوای حباب‌های مختلف تولید کنیم و مجسمه‌های یخی زیبایی خلق کنیم. پژوهش ما در صنعت می‌تواند به ذوب و ساخت فلزات و همچنین یخ‌زدایی هواپیماها و کشتی‌ها کمک کند.

این تیم قصد دارد به کار خود بر روی تشکیل حباب در محیط‌های سه بعدی از جمله بررسی انواع مختلف گاز و تأثیر آنها بر یخ حباب ادامه دهد.

این مطالعه در مجله Cell Reports Physical Science منتشر شده است.

منبع: ایسنا