اكتشف مرصد صوفيا المحمول جواً جزيئات الماء (H2O) في حفرة كالفيوس، وهي واحدة من أكبر الحفر المرئية من الأرض، وتقع في نصف الكرة الجنوبي للقمر. كشفت الملاحظات السابقة لسطح القمر عن نوع من مركب الهيدروجين، لكنها فشلت في التمييز بين الماء وقريبه الكيميائي الهيدروكسيل (OH).
فوهة كالفيوس على القمر مع رسم توضيحي يصور المياه المحاصرة في التربة القمرية بالداخل، إلى جانب صورة مرصد الستراتوسفير لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء (صوفيا) التابع لناسا وهو يجد الماء القمري في منطقة مشمسة. الائتمان: ناسا
أكد مرصد الستراتوسفير لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء (صوفيا) التابع لناسا، لأول مرة، وجود الماء على سطح القمر المشمس. ويشير هذا الاكتشاف إلى أن الماء قد يكون منتشرا على نطاق واسع على سطح القمر، وليس فقط في الأماكن الباردة والظليلة.
اكتشف مرصد صوفيا جزيئات الماء (H2O) في حفرة كالبيوس، وهي واحدة من أكبر الحفر المرئية من الأرض، وتقع في نصف الكرة الجنوبي للقمر. كشفت الملاحظات السابقة لسطح القمر عن نوع من مركب الهيدروجين، لكنها فشلت في التمييز بين الماء وقريبه الكيميائي الهيدروكسيل (OH). وتكشف البيانات الواردة من هذا الموقع عن وجود مياه بتركيزات تتراوح بين 100 إلى 412 جزءًا في المليون - أي ما يعادل تقريبًا زجاجة ماء سعة 330 ملليلترًا - محاصرة في متر مكعب من تربة القمر. يتم نشرها في العدد الأخير من مجلة علم الفلك الطبيعي.
وقال بول هيرتز، مدير قسم الفيزياء الفلكية في مديرية المهام العلمية في مقر ناسا في واشنطن: "لدينا مؤشرات على أن H2O - الماء كما نعرفه - قد يكون موجودا في "بحار" القمر". "الآن نعلم أنهم هناك. يتحدى هذا الاكتشاف فهمنا لسطح القمر ويثير أسئلة مثيرة للاهتمام حول مدى توفر الموارد ذات الصلة لاستكشاف الفضاء السحيق.
وللمقارنة، تحتوي الصحراء الكبرى على جزيئات ماء أكثر بـ 100 مرة لكل متر مكعب من كمية المياه التي اكتشفتها صوفيا في التربة القمرية. وعلى الرغم من الكميات الصغيرة، فإن هذا الاكتشاف يثير تساؤلات جديدة حول كيفية تكوين الماء وكيفية بقائه على سطح القمر الصلب الخالي من الهواء.
الماء مورد ثمين في الفضاء السحيق وعنصر أساسي للحياة كما نعرفها. ليس من الواضح بعد ما إذا كان من السهل الوصول إلى المياه التي عثرت عليها صوفيا لاستخدامها كمورد. كجزء من البرنامج ناسا أرتميس, وتحرص الوكالة على معرفة كل ما في وسعها حول تركيز الماء على القمر قبل إرسال الرحلة الاستكشافية التالية المكونة من شخصين، بما في ذلك أول امرأة تهبط على سطح القمر. الهدف الحالي هو عام 2024، وبعد ذلك الاقتراح هو إنشاء وجود بشري دائم بحلول نهاية العقد.
وتستند النتائج التي توصلت إليها صوفيا إلى سنوات من الأبحاث السابقة التي فحصت وجود الماء على القمر. عندما عاد رواد فضاء أبولو لأول مرة من القمر في عام 1969، كان يعتبر جافًا تمامًا. أكدت المركبات الفضائية التي دارت حول القمر خلال العشرين عامًا الماضية فرضية وجود أنهار جليدية مائية في الحفر المظللة بشكل دائم بالقرب من قطبي القمر. قام عدد من المركبات الفضائية، بما في ذلك كاسيني في طريقها إلى زحل، بالإضافة إلى التلسكوبات الأرضية التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء، بمراقبة القمر بشكل مكثف ووجدت أدلة على وجود رطوبة في المناطق المشمسة. ومع ذلك، لم تتمكن أي من المهام من التمييز بشكل نهائي بين الشكل الكيميائي للاكتشاف - H20O أو OH.
وقالت كيسي هانيبول، المؤلفة الرئيسية التي نشرت نتائج أطروحتها في جامعة هاواي في مانوا في هونولولو: "قبل ملاحظات صوفيا، كنا نعلم أن هناك نوعًا من الترطيب". "لكننا لم نعرف عدد جزيئات الماء الموجودة بالفعل، إن وجدت، مثل الماء الذي نشربه كل يوم أو شيء لا يمكن شربه".
كان تلسكوب صوفيا وسيلة جديدة لمراقبة القمر. هذه طائرة بوينج 747 معدلة وتم تركيب عليها تلسكوب 106 بوصة، وعلى الارتفاع الذي تطير به الطائرة، يصل بخار الماء في الغلاف الجوي إلى واحد بالمائة من تركيزه بالقرب من الأرض، وبالتالي يسهل رصدها. الكون في مجال الأشعة تحت الحمراء. وباستخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء للأجسام الخافتة الملحقة بتلسكوب صوفيا (FORCAST)، تمكن العلماء من تحديد الطول الموجي المحدد الفريد لجزيئات الماء، وهو 6.1 ميكرون، ثم تم اكتشاف تركيز مفاجئ نسبيًا في فوهة كالبيوس المشمسة.
"لولا الغلاف الجوي السميك، لاضطرت المياه الموجودة على سطح القمر إلى الهروب إلى الفضاء. قال هانيبول، وهو الآن زميل ما بعد الدكتوراه في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. "لكن بطريقة ما نراهم. شيء ما ينتج الماء، وشيء ما يجب أن يحبسه هناك."
يمكن أن تلعب عدة قوى دورًا في خلق المياه والحفاظ عليها. النيازك الصغيرة التي سقطت على سطح القمر تحمل كميات صغيرة من الماء وقد تحملها إلى القمر عند الاصطدام. والاحتمال الآخر هو أنه يمكن أن تكون هناك عملية من خطوتين حيث تقوم الرياح الشمسية بتوصيل الهيدروجين أمام القمر مما يتسبب في تفاعل كيميائي مع المعادن الحاملة للأكسجين في الأرض لتكوين الهيدروكسيل. وفي الوقت نفسه، يمكن للإشعاع الناتج عن قصف النيازك الدقيقة أن يحول هذا الهيدروكسيل إلى ماء.
تثير طريقة تخزين المياه أيضًا بعض الأسئلة المثيرة للاهتمام. يمكن أن يتم احتجاز الماء في هياكل صغيرة تشبه الخرزة في الأرض والتي يتم إنشاؤها بواسطة الحرارة العالية المتولدة عندما يضرب النيزك الصغير. والاحتمال الآخر هو أن المياه يمكن أن تكون مخفية بين حبيبات التربة القمرية ومحمية من أشعة الشمس، مما قد يجعلها أكثر سهولة في الوصول إليها من المياه المحبوسة في هذه الخرزات.
بالنسبة لمهمة مصممة لمراقبة الأجسام البعيدة والمعتمة مثل الثقوب السوداء وعناقيد النجوم والمجرات البعيدة، كان تسليط صوفيا الضوء على أقرب جيران الأرض وألمعهم خروجًا عن النظام المعتاد للعمل. عادةً ما يستخدم مشغلو التلسكوب هذه الكاميرا المحددة لتتبع النجوم، مما يبقي التلسكوب مغلقًا باستمرار على هدف المراقبة الخاص به. لكن القمر قريب جدًا ومشرق لدرجة أنه يملأ مجال رؤية الكاميرا الإرشادية بالكامل. ومع عدم وجود نجوم مرئية، لم يكن من الواضح ما إذا كان التلسكوب يمكنه تتبع القمر بشكل موثوق. ولتحديد ذلك، قرر المشغلون في أغسطس 2018 محاولة إجراء المراقبة.
وقال: "كانت هذه في الواقع المرة الأولى التي نظرت فيها صوفيا إلى القمر، ولم نكن متأكدين تماما مما إذا كنا سنحصل على بيانات موثوقة، لكن الأسئلة المتعلقة بالمياه على سطح القمر أجبرتنا على المحاولة". نسيم رانجوالا، عالم مشروع صوفيا في مركز أبحاث أميس التابع لناسا في كاليفورنيا. "من المدهش أن هذا الاكتشاف جاء نتيجة ما كان في الأساس اختبارًا، والآن بعد أن علمنا أنه يمكننا القيام بذلك، فإننا نخطط للقيام بمزيد من رحلات المراقبة. "
سوف تبحث رحلات المتابعة الخاصة بـ SOFIA عن المياه في مواقع إضافية وخلال المراحل القمرية المختلفة لمعرفة المزيد حول كيفية إنتاج المياه وتخزينها ونقلها على سطح القمر خلال النهار القمري والليل القمري، وستبلغ البيانات المهام القمرية المستقبلية مثل ناسا VIPER، لإنشاء أول خرائط للموارد المائية للقمر لاستكشاف الإنسان للفضاء في المستقبل.
وفي نفس العدد من مجلة Astronomical Nature، نشر علماء آخرون بحثًا يستند إلى نماذج نظرية وبيانات من الأقمار الصناعية القمرية التابعة لناسا، واقترحوا إمكانية احتجاز المياه في مناطق صغيرة مظللة حيث تظل درجات الحرارة أقل من الصفر. يمكنك قراءة المقال כאן.
وقال جاكوب بليشر، عالم الأبحاث الرئيسي في إدارة مهمة الاستكشاف والعمليات البشرية التابعة لناسا: "إن الماء مورد قيم، سواء للأغراض العلمية أو للاستخدام من قبل باحثينا". "إذا تمكنا من استخدام الموارد على القمر، فيمكننا حمل كميات أقل من المياه والمزيد من المعدات لتمكين اكتشافات علمية جديدة."
صوفيا هو مشروع مشترك بين وكالة ناسا ومركز الفضاء الألماني. يدير أميس برنامج صوفيا للعلوم والمهمة بالشراكة مع جمعية أبحاث الفضاء الجامعية، ومقرها في كولومبيا، ميريلاند، ومعهد صوفيا الألماني في جامعة شتوتغارت. تتم صيانة الطائرة وتشغيلها من قبل مركز أبحاث الطيران أرمسترونج التابع لناسا في بالمديل، كاليفورنيا.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 2
على سطح الأرض يظهر H2O فقط كأيون بشحنة سالبة. أليس هذا هو الحال على القمر؟
مقال شامل لا يبخل بالتفاصيل. لقد تدخلت في الأمر بطريقة جادة وواقعية ورائعة. من المهم أن تبدو المزيد من المقالات على هذا الموقع بهذه الطريقة وقليلًا من النصوص التي لا تنقل المعلومات التقنية والعلمية خارج العنوان.