يُظهر تحليل بيانات LRO أن الفوهات المظللة بشكل دائم بالقرب من القطب الجنوبي للقمر قد تراكمت فيها الجليد لمدة 1.5 مليار سنة على الأقل، لكن فوهة هاوورث تبرز كهدف أكثر واعدة من فوهة شيلتون للبعثات المستقبلية.
بعد أكثر من نصف قرن على آخر هبوط مأهول على سطح القمر، تعود البشرية مجدداً إلى سباق الوصول إليه. ففي الأسبوع الماضي فقط، انطلقت مهمة أرتميس 21 التابعة لوكالة ناسا، وبدأت بالفعل خطط أمريكية وروسية وصينية لإنشاء قواعد دائمة على سطح القمر. وعلى عكس مهمات أبولو التي هبطت في ست وجهات مختلفة، يتجه أنظار الجميع في القرن الحادي والعشرين نحو القطب الجنوبي للقمر. قبل نحو قرن من الزمان، طُرحت فرضية وجود رواسب جليدية في قطبي القمر، وقد دعمتها بعض القياسات غير المباشرة التي أُجريت خلال العشرين عاماً الماضية. في الفضاء، يُعد الجليد مورداً ثميناً يُمكن استخدامه لاستخراج المياه للشرب والزراعة، وفصله إلى وقود للطائرات النفاثة المستخدمة في رحلات الفضاء البعيدة، بل وحتى لدراسة تاريخ الأجرام السماوية.
يكشف علماء من معهد وايزمان للعلوم وشركاؤهم في الولايات المتحدة الآن عن أدلة علمية جديدة تشير إلى أن الجليد يتراكم تدريجياً على سطح القمر منذ مليار ونصف المليار سنة على الأقل. وتُظهر نتائج هذه الدراسة الجديدة... يتم نشرها اليوم في المجلة العلمية طبيعة علم الفلكوقد حددت "المصائد الباردة" القديمة على سطح القمر، وتقوم بتحديدها كأهداف مفضلة للبعثات المستقبلية.
على عكس الأرض، التي تميل على جانبها، مما يجعل موقع الشمس في السماء يتغير على مدار العام، فإن القمر لا يميل تقريبًا، وتبقى الشمس دائمًا فوق خط استوائه. إذا وقفت عند أحد قطبي القمر، سترى الشمس تتحرك في دورة شهرية على طول الأفق، ولا تشرق وتغرب كما هو الحال على الأرض. لذلك، لا تستطيع أشعة الشمس إضاءة وتسخين الفوهات العميقة المحاطة بجدران شديدة الانحدار عند القطبين، وتُسمى هذه المناطق بالمناطق المظللة بشكل دائم. لم يكن هذا هو الحال دائمًا، ففي الماضي كان القمر يميل أكثر على جانبه، لكنه في مليارات السنين الأخيرة بدأ يستقيم. في عام 2023، اكتشف العلماء أنه مع انخفاض زاوية ميله، أصبحت المزيد من الفوهات القريبة من قطبيه مظللة بشكل دائم وباردة. تمكنوا من حساب وقت فقدان كل فوهة لأشعة الشمس، واستنتاج "عمر" كل منطقة مظللة.
في الدراسة الجديدة، البروفيسور عوديد أهارونسون بحث باحث من قسم علوم الأرض والكواكب في المعهد، بالتعاون مع شركائه البحثيين - البروفيسور بول هاين من جامعة كولورادو في بولدر والدكتور نوربرت شيرغوفر من معهد علوم الكواكب في هونولولو - في وجود علاقة بين عمر المنطقة المظللة ونسبة المساحة المغطاة بالجليد داخلها. يعكس الجليد كمية أكبر من الأشعة فوق البنفسجية عند أطوال موجية معينة مقارنةً بالطبقة الصخرية على سطح القمر، مما يسمح لنا بتحديد موقعه. تكمن ميزة الأشعة فوق البنفسجية في أنها لا تأتي من الشمس فقط، بل أيضًا من النجوم في سماء الليل، وتصل إلى المناطق المظللة. استخدم العلماء بيانات جُمعت من جهاز يمتص الأشعة فوق البنفسجية الضعيفة، وهو موجود على متن مسبار استطلاع القمر المداري (LRO) التابع لناسا، والذي يدور حول القمر ويرسم خرائطه منذ عام 2009.
"يُعدّ العثور على مياه سائلة صالحة للاستخدام خارج الأرض أحد أهم التحديات في علم الفلك."
يوضح البروفيسور آرونسون قائلاً: "وجدنا أنه كلما كانت منطقة ما مظللة في وقت أبكر من الماضي، زادت مساحتها المغطاة بالجليد. بدأ هذا الاتجاه منذ 1.5 مليار سنة على الأقل، واستمر تراكم الجليد على مدى المئة مليون سنة الماضية. يشير هذا إلى أن الجليد المتراكم على سطح القمر يأتي من مصدر أو مصادر شبه متواصلة، وأنه لم يصل إلى هناك نتيجة اصطدام مذنب ضخم في حدث واحد."
لكي يتشكل الجليد على سطح القمر، ويستمر في التواجد لمئات الملايين أو حتى مليارات السنين دون أن يتبخر، لا بد من درجات حرارة منخفضة للغاية، تصل إلى حوالي 160 درجة مئوية تحت الصفر. تُسمى المناطق التي تسود فيها هذه الدرجات على مدار العام بالمصائد الباردة. العديد من المناطق المظللة بشكل دائم هي أيضاً مصائد باردة، ولكن ليس كلها، لأن جدران الفوهات قادرة على إشعاع الحرارة إلى الداخل. ولتحديد أفضل المناطق للبحث عن الجليد على سطح القمر، استخدم العلماء معادلات هندسية لحساب أي من المناطق المظللة بشكل دائم هي أيضاً مصائد باردة، ومتى أصبحت كذلك عبر التاريخ.
يوضح البروفيسور آرونسون قائلاً: "كلما طالت مدة كون منطقة ما مصيدة باردة، زاد تراكم الجليد فيها. في معظم الحالات، تصبح الفوهة مظللة ومصيدة باردة في الوقت نفسه، ولكن ليس دائمًا. ومن الأمثلة على ذلك فوهة شاكلتون، وهي منطقة ظلت مظللة لحوالي 3.5 مليار سنة، واعتُبرت هدفًا واعدًا للبحث عن الجليد، لكننا وجدنا أنها لم تصبح مصيدة باردة إلا قبل حوالي 500 مليون سنة. ولتحديد أهداف لمهمة مستقبلية، بحثنا عن أقدم المصائد الباردة، ووجدنا عدة مصائد كبيرة يزيد عمرها عن 3.3 مليار سنة بالقرب من القطب الجنوبي للقمر."
تكتسب هذه النتائج أهمية بالغة في الوقت الراهن، إذ يُعدّ العثور على الجليد وأخذ عينات منه على رأس قائمة أهداف مهمات برنامج أرتميس المأهولة التابع لوكالة ناسا، والذي من المتوقع أن يُنزل رواد فضاء عند القطب الجنوبي للقمر. وترى ناسا أن إنشاء معسكر دائم على سطح القمر في السنوات القادمة سيُهيئ الأجواء، وربما يُشكّل محطة عبور، لمهمات مأهولة إلى المريخ. ويقول البروفيسور آرونسون: "ستكون عينات الجليد الدليل القاطع على وجوده. وستُمكّننا من دراسة أوجه التشابه والاختلاف في التركيب الكيميائي للماء على سطح القمر وسطح الأرض، وستكشف ما إذا كان بإمكان المهمات المأهولة إلى القمر استخدام الجليد وكيفية ذلك".
يُمثل هذا البحث نقطة انطلاق لدراسات وبعثات مستقبلية ستركز على أقدم الفخاخ الباردة، التي تُعد أهدافًا واعدة للبحث عن الجليد، ولا سيما فوهة هاوورث القمرية. يقول البروفيسور هاين: "ستتمكن المركبة الفضائية التي تهبط على سطح القمر من جمع معلومات غزيرة عن الجليد المُخزن هناك. كما سيُتيح استخدام المركبات الجوالة الاقتراب منه، بل وأخذ عينات منه".
مصدر مياه القمر
على الرغم من عدم تحديد مصدر مياه القمر حتى الآن، فقد وضع العلماء نموذجًا رياضيًا بسيطًا يسمح لهم باستكشاف احتمالات مختلفة. ووفقًا لهذا النموذج، تتأثر كمية الجليد على سطح القمر بثلاث عمليات: إمداد المياه، والتبخر، والاختلاط - وهي عملية تُغير فيها حركات تربة القمر وصخوره توزيع الجليد وتدفنه تحت السطح. وقد أدى اكتشاف كميات قليلة من الجليد في مصائد الجليد الحديثة، وتراكم الجليد ببطء على مدى مئات الملايين من السنين، إلى استنتاج أن معدلات إمداد المياه وفقدانها على سطح القمر سريعة نسبيًا، كصنبور يملأ دلوًا مثقوبًا.
أحد التفسيرات التي يقدمها العلماء في المقال لمصدر مياه القمر هو وجود مياه متطايرة في نواته، تصعد إلى سطحه بفعل النشاط البركاني. وثمة احتمال آخر يتمثل في أن يكون المصدر هو الرياح الشمسية، وهي تيار من ذرات الهيدروجين القادرة على المشاركة في تفاعلات كيميائية وتكوين الماء على سطح القمر. أما الاحتمال الثالث، فهو أن يكون المصدر ناتجًا عن اصطدامات الكويكبات والمذنبات، ولكن ليس حدثًا واحدًا، بل أحداثًا متعددة تتكرر كل بضعة ملايين من السنين.
يقول البروفيسور آرونسون: "يُعدّ العثور على مياه سائلة صالحة للاستخدام خارج كوكب الأرض أحد أهم التحديات في علم الفلك. وقد تُمكّننا البعثات المُخطط لها إلى القمر من فكّ شفرة أصل المياه على سطحه، بل وأكثر من ذلك بكثير. فالقمر، باعتباره قمرًا طبيعيًا للأرض، مختبرٌ ممتازٌ لدراسة تاريخ كوكبنا والمياه الموجودة عليه. كما سنتمكن من التعرّف على تركيب وتوزيع المياه التي قد تنتظرنا على نجوم وأقمار أبعد لم نزرها بعد."
