خلال عصر أبولو ، أجرى رواد الفضاء عمليات علمية حيوية على القمر ، والتي تضمنت إحضار عينات من الصخور القمرية إلى الأرض لدراستها. بفضل فحص هذه الصخور ، تمكن العلماء من معرفة الكثير عن تكوين القمر وتطوره وحتى العثور على أدلة على وجود مياه القمر. في السنوات القادمة ، عندما ترسل ناسا رواد فضاء كجزء من مشروع أرتميس ، سيتم إرجاع المزيد من العينات.
في الآونة الأخيرة ، أصدرت وكالة ناسا دعوة للأوراق العلمية العلمية لمساعدتهم على تصميم إطار عمل لنوع العمليات العلمية التي سيجريها رواد فضاء Artemis. وفق اقتراح واحد ، لا يجب على رواد فضاء Artemis فقط إحضار عينات من الثرى أو الصخور القمرية ولكن أيضًا على الجليد القمري. من خلال فحصها هنا على الأرض ، قد يتمكن العلماء أخيرًا من حل لغز مصدر مياه القمر.
كان هذا الاقتراح موضوع الكتاب الأبيض المقدم إلى دعوة تعريف Artemis Science بعنوان ' إرجاع عينة متطايرة بالقرب من سطح القمر . ' المؤلف الرئيسي للورقة هو إيغور ألينوف ، عالم أبحاث مشارك في جامعة كولومبيا مركز أبحاث النظم المناخية (CCSR) ووكالة ناسا معهد جودارد لعلوم الفضاء (جيس).
Orion هي مركبة فضائية لاستكشاف الفضاء السحيق تابعة لوكالة ناسا والتي ستنقل رواد الفضاء من الأرض إلى القمر وإعادتهم بأمان إلى ديارهم. الائتمان: لوكهيد مارتن
لتفكيكه ، توقع العلماء أن الجليد يمكن أن يوجد على القمر منذ أيام سباق الفضاء. وجادلوا بأن هذا الجليد قد ترسبته المذنبات أو يمكن إنتاجه من خلال التفاعلات بين الهيدروجين (من الرياح الشمسية) والصخور الغنية بالأكسجين. لم يكن حتى التسعينيات ، و المنقب القمري المركبة الفضائية ، التي تم اكتشاف أول دليل واضح على وجود مياه على سطح القمر.
بدأت بعثة ناسا هذه في عام 1998 ، وقد أمضت أكثر من عام ونصف في رسم خرائط لسطح القمر بالكامل واكتشفت تركيزات عالية من الهيدروجين في الثرى بالقرب من المناطق القطبية على عمق متر واحد (~ 3.3 قدم). تم تأكيد هذه النتائج من قبل الهند شاندرايان -1 المداري في عام 2008 و مركبة استطلاع القمر (LRO) في عام 2009 ، لا سيما في الحفر المظللة بشكل دائم في حوض القطب الجنوبي في القمر.
بعد ذلك بوقت قصير ، ساتل رصد واستشعار فوهة القمر (لكروس)تم إرسالها إلى القمر وتأثرت في فوهة بركان كابوس الجنوبية. أظهرت الأطياف التي تم الحصول عليها من الحطام الناتج تركيزات من الماء تصل إلى ~ 5٪ من حيث الوزن ، بالإضافة إلى وفرة من المواد المتطايرة الأخرى مثل كبريتيد الهيدروجين (H2S) وأول أكسيد الكربون (CO) والأمونيا (NH3).
ومع ذلك ، فإن أصل وتوزيع وعمق وحجم المياه القمرية تظل أسئلة بدون إجابة. على سبيل المثال ، العلماء غير متأكدين مما إذا كانت الرياح الشمسية ، أو المؤثرات الغنية بالتطاير ، أو الغازات البركانية هي المسؤولة بشكل رئيسي. لقد أصبحت مخاطبتهم أكثر أهمية مع جميع المقترحات لبناء بؤر استيطانية بشرية في حوض القطب الجنوبي - أيتكين في المستقبل القريب.
التسلسل الزمني لمشروع ناسا Artemis. الائتمان: ناسا
كما قال ألينوف لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
'إن الحصول على مصدر موثوق (ومجدي اقتصاديًا) للمياه أمر بالغ الأهمية لبؤرة بشرية طويلة المدى على القمر. يحتاج المرء إلى الماء من أجل النشاط البشري اليومي ولإنتاج الغذاء. ولكن الأهم من ذلك ، أنه يمكن استخدام الماء كمصدر لوقود الصواريخ عن طريق تقسيمه إلى هيدروجين وأكسجين. ستساعد معرفة أصل المياه القمرية الناس على البحث عن مصادرها بشكل أكثر كفاءة.
'على سبيل المثال ، إذا كان من أصل بركاني ، فسنحتاج إلى النظر في الحفر القديمة والحفر إلى عمق كافٍ (2-5 أمتار). إذا تم تسليمها عن طريق المذنبات ، فإن عمر الحفرة يكون أقل أهمية ويمكننا فحص الصناديق عشوائيًا للبحث عن المياه القريبة من السطح ، والتي سيكون من السهل استخراجها.
'أخيرًا ، إذا كان المصدر الرئيسي للمياه هو الرياح الشمسية ، فمن المرجح أن يتم توزيعها بشكل موحد فوق الحفر المظللة. لكن تركيزه في الثرى القمري سيكون أقل مما كان عليه في الحالتين الأخريين. لذلك ، في هذه الحالة ، سيكون من المنطقي استثمار المزيد من الموارد في تقنيات التعدين الفعالة بدلاً من البحث عن رواسب غنية '.
أهم ثلاثة مفاهيم HLS لمشروع ناسا أرتميس. الائتمان: ناسا
معالجة هذه الألغاز هي أشياء يأمل ألينوف وزملاؤه أن تتناولها مهمة أرتميس ، والتي يمكن أن تشمل عودة عينة من الجليد القمري. بالنسبة للمبتدئين ، يأملون بالإضافة إلى مصدره ، أن نتمكن من معرفة سبب توزيعه بالطريقة التي يكون عليها على سطح القمر. على عطارد ، الذي يحتوي أيضًا على PSRs في مناطقه القطبية ، يتم توزيع جليد الماء بالتساوي داخل فوهات الحفر. كما أوضح ألينوف ، القمر حالة مختلفة:
ليس كل الحفر المظللة بها مياه سطحية. حيث لوحظ أنه غير مكتمل وأقل وفرة. لكننا نلاحظ بالفعل كميات كبيرة من المياه الجوفية من خلال التحليل الطيفي النيوتروني. لذا ، فإن قصة مياه القمر أكثر تعقيدًا. هل أتت من مصادر مختلفة عن عطارد؟ لماذا توجد مياه سطحية في بعض الفوهات المماثلة بخلاف بعضها الآخر؟ ما هي كمية المياه الموجودة بالفعل على القمر؟ ما زلنا لا نملك إجابات مرضية على هذه الأسئلة '.
يعود سبب بقاء هذه الأسئلة دون إجابة إلى مشكلة بسيطة تتعلق بالوصول. جاءت جميع العينات القمرية التي جمعها رواد فضاء أبولو ومهمات عودة العينات الآلية من مواقع بعيدة عن القطبين. نتيجة لذلك ، فإن جميع البيانات التي لدينا عن مياه القمر تأتي من الاستشعار عن بعد.
ولكن بخلاف الموقع والتوزيع المكاني لبقع المياه ، كما يقول ألينوف ، هناك الكثير مما لا نعرفه عن مياه القمر. يتضمن ذلك توزيعه الرأسي (أي ما إذا كان موجودًا تحت عمق متر واحد أم لا) أو محتوى نظيري ، والذي قد يختلف اعتمادًا على المصدر. باختصار ، ليس لدينا البيانات التي نحتاجها لتحديد مصدر أو وفرة مياه القمر.
رسم توضيحي لرواد فضاء Artemis على القمر. ائتمانات: ناسا
هنا حيث يمكن أن يكون لمشروع Project Artemis تأثير أكبر. بالإضافة إلى عملياتهم العلمية المنتظمة على سطح القمر (والتي ستشمل عوائد العينات) ، فإن رواد الفضاء المشاركين فيأرتميس الثالثالمهمة (أو البعثات المأهولة لاحقًا) ستكون قادرة على التحقيق والحصول على عينات من الجليد القمري إلى أعماق معروفة.
هذا ، كما يقول ألينوف ، سيسمح للعلماء على الأرض بمعرفة توقيت ترسب الماء ومحتواه النظيري ، مما سيتيح لهم معرفة مصدره:
ستكون العينات المأخوذة من طبقات أعمق (2-5 م) من الثرى ذات أهمية خاصة. تمثل العينات من هذا العمق رواسب غير مضطربة منذ حوالي 3.5 مليار سنة. هذه فترة ذروة النشاط البركاني وستخبرنا هذه العينات بكمية المياه البركانية التي تم تسليمها بالفعل إلى المناطق القطبية وما إذا كان هذا هو المصدر الأساسي للمياه القمرية.
كما أن توزيع الماء في مثل هذه العينات وتركيزات المواد المتطايرة الأخرى سيخبرنا كثيرًا عن تطور القمر في تلك الفترة. على وجه الخصوص ، سوف نفهم بشكل أفضل قوة وتكرار الانفجارات البركانية ، ونوع الغلاف الجوي الذي يمكن أن تشكله ، وما يمكن أن يكون دور مثل هذا الغلاف الجوي العابر في تاريخ القمر. '
رسم توضيحي للفنان لبدلة الفضاء الجديدة التي تصممها ناسا لرواد فضاء أرتميس. إنها تسمى xEMU ، أو وحدة التنقل خارج المركبة الاستكشافية. حقوق الصورة: ناسا
تتم حاليًا مراجعة هذا الاقتراح وغيره من قبل فريق تعريف العلوم (SDT) التابع لوكالة ناسا ، وهي هيئة شكلتها وزارة الدفاع الأمريكية قسم علوم الكواكب ناسا مديرية الرسالة العلمية (SMD). فُتحت دعوة الأوراق البيضاء في 25 أكتوبر 2019 ، وأغلقت في وقت سابق من هذا الشهر (في 8 سبتمبر). عندما يعود رواد الفضاء إلى القمر في عام 2024 (أرتميس الثالث) سيتم تضمين بعض هذه المقترحات في قائمة الأنشطة الخاصة بهم.
ومن بين المؤلفين المشاركين في الدراسة مايكل ج. واي ، الباحث في معهد جودارد لعلوم الفضاء. كريستوفر دبليو هاميلتون من مختبر القمر والكواكب في جامعة أريزونا. وجيمس دبليو هيد ، أستاذ لويس وإليزابيث شيرك المتميز للعلوم الجيولوجية في جامعة براون.
قراءة متعمقة: arXiv