تلسکوپ ناسا شواهد قطعی آب در ماه را کشف کرد

از ده سال پیش ، سه نفر از فضاپیماها دید ما را برای همیشه تغییر دادند. اطلاعات جمع آوری شده توسط مسافران رباتیک حاکی از آن بود که تنها ماهواره طبیعی زمین یک صحرای خشک و غبارآلود نبوده است ، همانطور که مدتها معتقد بودیم. فضاپیما امضای شیمیایی گویایی آب را برداشت. ماه ما خیس نمی شد اما مرطوب بود.

دانشمندان نمی توانستند امضای شیمیایی را جدا کنند تا به طور قطعی بگویند آب “مولکولی” ، ماده ای که ما به عنوان H2O می شناسیم و هیدروکسیل چقدر است ، مولکولی که یک اتم هیدروژن از تبدیل شدن به آب (OH) کم است. این کشفیات در سال 2009 دانشمندان را به این سو ظن رساند که مقدار زیادی از “آب” ماه هیدروکسیل است ، زیرا از نظر حرارتی پایدارتر از آب مولکولی است. 

روز دوشنبه ، دو مطالعه که در مجله Nature Astronomy منتشر شد ، بار دیگر داستان آب ماه را بازنویسی می کنند. 

در اولین مطالعه ، دانشمندان صورت ماه را در مادون قرمز بررسی کردند و منبع واضح مواد شیمیایی را با وضوح نفیس به صفر رساندند. آنها تعیین کردند که این ماده H2O عمدتا به جای هیدروکسیل در سطح ماه وجود دارد. 

شوآی لی ، دانشمند سیاره ای در دانشگاه هاوایی و یکی از نویسندگان یکی از مطالعات جدید می گوید: “این تشخیص برای آب مولکولی بسیار منحصر به فرد است.” امضای آب در سطح نور ماه مشخص شد ، جایی که مولکول در معرض تابش اشعه ماورا بنفش قرار می گیرد و در آن دما بین طلوع ، ظهر و غروب به طور چشمگیری در نوسان است. تا حدودی تعجب آور است ، اما قطعی است. لی می گوید: “براساس دانش ما ، این چیز دیگری نیست.” 

لی سالها است که به دنبال آب روی سطح ماه است و در تیم دانشمندان شرکت کننده در کشف یخ آب در قطب های ماه در سال 2018 عضو بوده است . یخ در مناطقی از سایه دائمی سطح ماه گرفتار شد که هرگز نور خورشید را دریافت نمی کنند. در مطالعه دوم ، تیم دیگری از محققان معتقدند یخ آب حتی ممکن است گسترده تر باشد و در سایه های سطح ماه وجود داشته باشد.

اگرچه به این زودی ها یک روز سپیدوس و حوله خود را در دریاهای ماه نخواهید بست ، اما این دو مطالعه نشان می دهد که ماه رطوبت بیشتری نسبت به گذشته دارد و پتانسیل استفاده از منابع ماه در اکتشافات انسان و ربات را برجسته می کند. 

موفقیت SOFIA

مطالعه آب روی ماه به یک تلسکوپ غول پیکر و پرنده احتیاج دارد.

یکی از کلیدهای این کشف رصدخانه Stratospheric for Infrared نجوم یا SOFIA بود ، یک بوئینگ 747 سفارشی با یک تلسکوپ که در پشت بدنه آن نصب شده است. این هواپیما که توسط ناسا و DLR ، مرکز هوافضای آلمان اداره می شود ، تقریباً 43000 فوت پرواز می کند. در هنگام پرواز ، دریچه ای در عقب باز می شود ، تلسکوپ خود را به سمت آسمان نشان می دهد و کیهان را در نور مادون قرمز مطالعه می کند.

SOFIA مشکلی را که تلسکوپ های نزدیکتر به زمین با آن روبرو می شوند ، کنار می زند. جسیکا سان شاین ، یک ستاره شناس از دانشگاه مریلند که بخشی از مأموریت Deep Impact بود که به شناسایی سیگنالی برای آب در ماه کمک کرد ، توضیح می دهد: “بین ما و ماه آب زیادی است.” قسمت پایین زمین جو پر از بخار آب است که می تواند سیگنال های مادون قرمز گل آلود را ایجاد کند. 

رصدخانه در 747 برای پرواز به اندازه کافی بالاتر از زمین ساخته شده است که بسیاری از بخارات آب با مشاهدات مخلوط نمی شوند – این امر باعث می شود تا سطح قمری برای یافتن نشانه های H2O شفاف شود. سانشاین می گوید: “من تعجب می کنم که هیچ کس فکر نکرده که این کار را زودتر انجام دهد.”

با تبدیل تلسکوپ SOFIA به ماه در سال 2018 ، تیم تحقیقاتی دو سطح نور خورشید را انتخاب کردند: یکی در عرض های جغرافیایی بالا در نزدیکی دهانه کلاویوس و دیگری که به استوا نزدیکتر بود. 

تشخیص آب خود به دور خم شدن و کشش مولکول های آب می چرخد. آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده است. وقتی نور به آب مولکولی برخورد می کند ، اتم ها آن انرژی را جذب می کنند ، کمی خم می شوند و دوباره نور را ساطع می کنند. نور ساطع شده مخصوص آب مولکولی است و هیچ ماده دیگری وجود ندارد که امضای نوری مشابه را به نمایش بگذارد. 

در اطراف دهانه کلاویوس ، تیم آب را کشف کردند. 

لی می گوید: “این همان چیزی است كه ما روی زمین می نوشیم.” “اما فراوانی آن بسیار کم است. شما برای تهیه 1 کیلوگرم آب باید چند هزار کیلوگرم سنگ قمر ماه را پردازش کنید.”

اما نحوه ایجاد و نگهداری آب در سطح آن یک معما جدید است. سطح ماه مستعد بمباران توسط میکروسنجها ، پرتوهای کیهانی و باد خورشیدی است. این تیم پیشنهاد می کند که آب احتمالاً در شیشه ای که در اثر ضربه یا بین دانه ها ایجاد شده ، به دام افتاده است ، جایی که می تواند از محیط شدید محافظت شود. 

به گفته تیم ، باد خورشیدی ممکن است در ایجاد آب در سطح زمین نقش داشته باشد. خورشید اتم های هیدروژن را به بیرون پرتاب می کند که با ماه برخورد می کنند. تیم تحقیقاتی هیدروکسیل کمی را در اطراف دهانه کلاویوس پیدا کردند و پیشنهاد می کنند که اثرات میکروسنجی ها بتواند به تحریک اتم های هیدروژن و اکسیژن کمک کند و آنها را به آب تبدیل کند.

در سایه

ماه ناخوشایند و حفره دار است. سطح قمری با برخورد با سنگهای فضایی نامناسب بیش از سالها خرد شد. 

سانشاین می گوید: “هر مقیاسی که فکرش را بکنید ، یک دهانه وجود دارد.”

این دهانه ها زمین کوهستانی کافی ایجاد می کنند تا مناطق ماه را کاملاً از خورشید سایه بیندازند. بعضی از مکانهای ماه هرگز نور خورشید را ندیده اند. مناطق وسیع تاریکی ابدی ، معروف به مناطق تحت الشعاع دائمی یا PSR ، در قطب های ماه وجود دارد. 

در آنجا تاریکی پایان ناپذیر شاهد کاهش دما تا منفی 300 درجه فارنهایت (منفی 184 درجه سانتیگراد) است. هر آبی که توسط ستاره های دنباله دار یا سیارک ها در آنجا رسوب کند ، به دام افتاده و به یخی تبدیل می شود که دیگر هرگز خورشید را نمی بیند.

محققان با استفاده از داده های مدارگرد شناسایی ماه ناسا ، PSR ها را در بخش بزرگی از سطح ماه در مقیاس های بسیار کوچکتر وجود دارند. محققان جزئیات این “تله های سرد” را در دومین مقاله اصلی در نجوم طبیعت در روز دوشنبه شرح داده اند ، و این امر توزیع گسترده مکان های سایه را با استفاده از مدل سازی ریاضی ارائه می دهد.

طبق مدل ها ، تله های سرما ممکن است دو برابر بیشتر از آنچه قبلا تصور می شد وجود داشته باشد و عرض آنها به احتمال زیاد فقط 1 سانتی متر است. آنها یخ آب را در این تله ها کشف نکرده اند – اما اگر یخ در آنجا گیر افتاده باشد ، ممکن است به یکی از م criticalلفه های مهم ماموریت های ماه تبدیل شود. سانشاین می گوید: “لازم نیست که ما فضانوردان خود را در آینده به یکی از این مکانهای بزرگ و ناهموار بفرستیم.”

تله های میکروسکوپ ممکن است حاوی آب ناشی از تأثیرات اخیر ماه نیز باشند ، راهی به دانشمندان ارائه می دهد که می توانند رسوبات اخیر آب را بررسی کنند و آن را با دهانه های بزرگتر موجود در قطب مقایسه کنند ، که احتمالاً میلیاردها سال پیش رخ داده است.

آینده ماه

ناسا با برنامه آرتمیس که قصد دارد یک پایگاه دائمی در سطح ماه تا پایان دهه ایجاد کند ، برای بازگشت به ماه تحت فشار است . هر پایگاه ماه آینده احتمالاً از منابع موجود در سطح ماه استفاده خواهد کرد ، فرآیندی که به عنوان استفاده از منابع درجا شناخته می شود. 

کریگ لیندلی ، متخصص مدل سازی محاسباتی در علوم استرالیا می گوید: “آب روی سطح ماه می تواند برای چندین چیز بسیار مهم مانند تأمین فضانوردان ، ایجاد اکسیژن و هیدروژن برای سوخت موشک یا تولید برق یا انجام آزمایشات باغبانی استفاده شود.” آژانس ، CSIRO ، در حال توسعه فناوری برای نقشه برداری از یخ های آب ماه.

تعداد انگشت شماری از آژانس های فضایی از جمله ناسا و آژانس فضایی اروپا در حال بررسی روش های شناسایی و استخراج آب از ماه هستند . ناسا می خواهد  مناطق ناشناخته قطب جنوب ماه را کشف کند و به طور بالقوه از این منطقه به عنوان سکوی پرتاب برای اکتشاف بیشتر منظومه شمسی و مأموریت های مریخ استفاده کند. اگر آب به اندازه تحقیقات جدید فراوان باشد ، انگیزه رفتن – و ماندن – افزایش می یابد ، اما ما هنوز قادر به بهره برداری از این منابع نیستیم.

مأموریت های آینده شامل مریخ نوردانی مانند VIPER ناسا برای بررسی جزئیات بیشتر قطب جنوب هستند.

این فعالیت ها س importantال مهم دیگری را در مورد استفاده عادلانه و برابر منابع ماه به وجود می آورد. 

اگر تمام آب و یخ های آب به مناطق خاصی از ماه محدود شوند ، آیا این مسئله مشكل همکاری بین المللی را ایجاد می كند؟ معاهده فضایی سال 1967 شامل این اصل است که ماه و سایر اجسام منحصراً برای اهداف صلح آمیز مورد استفاده قرار می گیرند و کشورها نمی توانند ادعای حاکمیت بر ماه داشته باشند. توافقنامه آرتمیس متعلق به خود ناسا ، که اخیراً توسط هشت کشور فضانورد امضا شده است ، چگونگی استفاده از منابع ماه را به نفع بشریت تأیید می کند. 

اما مدیریت منابع ماه هنوز به شدت مورد بحث است و توافقنامه آرتمیس به صراحت تجاری سازی آب و سایر مواد استخراج شده روی ماه را منع نمی کند. غایبان قابل توجه روسیه و چین هستند و برخی از کشورها این توافق نامه ها را یک قدرت برای ایالات متحده می دانند تا قوانین شبه قانونی خود را برای استفاده از منابع فضایی وضع کند.