في غضون سنوات قليلة ، سترسل ناسا رواد فضاء إلى القمر لأول مرة منذ عصر أبولو (1969-1972). كجزء من برنامج أرتميس ، فإن الهدف طويل المدى هو إنشاء البنية التحتية اللازمة لـ 'برنامج مستدام لاستكشاف القمر'. إن الفرص التي سيقدمها هذا للبحث القمري عميقة وستؤدي على الأرجح إلى اكتشافات جديدة حول تكوين القمر وتطوره.
على وجه الخصوص ، يأمل العلماء في التحقيق في الغموض الذي طال أمده حول ما إذا كان القمر يحتوي على غلاف مغناطيسي أم لا. تحسبًا لما قد يجده العلماء ، قام فريق دولي من علماء الجيوفيزياء بقيادة جامعة روتشستر بفحصه عينات من المواد القمرية أعادهم رواد فضاء أبولو. بناءً على تكوين هذه العينات ، قرر الفريق أن دينامو القمر كان قصير العمر.
قاد البحث جون أ. تاردونو ، أستاذ الجيوفيزياء وعميد أبحاث الآداب والعلوم والهندسة في جامعة روتشستر ، ويليام آر كينان جونيور. وانضم إليه باحثون من قسم علوم الأرض والبيئة في روتشستر ، و معهد علوم الكواكب (PSI) ، جامعة ميشيغان التكنولوجية (MTU) ، و هيئة المسح الجيولوجي اليابانية ، والجامعات في جميع أنحاء الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وكندا وفرنسا.
تم جمع عينات الزجاج القمري التي اختبرها علماء روتشستر خلال مهمة أبولو 16 التابعة لوكالة ناسا عام 1972. (صور جامعة روتشستر / جيه. آدم فينستر
من أجل دراستهم ، فحص الفريق عينات من الزجاج القمري مأخوذ من فوهة صدمية صغيرة (عمرها حوالي مليوني سنة). تسبب هذا التأثير في اختلاط المواد الموجودة على السطح مع المادة الموجودة في الوشاح والتي تعود إلى فترة قصيرة بعد تشكل القمر (حوالي 4.5 مليار سنة). في الماضي ، كشف فحص الصخور القمرية عن مؤشرات على مغنطة قوية شبيهة بالأرض ، مما يشير إلى التعرض لمجال مغناطيسي.
في حالة الأرض ، فإن المجال المغناطيسي الكوكبي (المعروف أيضًا باسم الغلاف المغناطيسي) هو نتيجة جيودينامو في أعماق قلب كوكبنا. يتم إنشاء ذلك من خلال حركة اللب الخارجي المنصهر حول اللب الداخلي الصلب ، والذي يولد تيارات كهربائية قوية تشكل المجال المغناطيسي للأرض. أدرك العلماء لبعض الوقت الدور المهم الذي يلعبه مجالنا المغناطيسي في الحفاظ على قابلية السكن هنا على الأرض.
لولا هذا المجال ، لكان سطح كوكبنا مقصفًا بكميات مكثفة من الإشعاع الشمسي والأشعة الكونية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التفاعل مع الجسيمات المشحونة من الشمس (الرياح الشمسية) كان سيؤدي ببطء إلى تجريد غلافنا الجوي بعيدًا على مدار دهور (وهو ما حدث على المريخ). على الرغم من عدم وجود مجال مغناطيسي للقمر يمكن الحديث عنه اليوم ، إلا أنه كان موجودًا في وقت من الأوقات ، مما يثير التساؤل حول مدة وجوده.
علاوة على ذلك ، لدى العلماء العديد من الأسئلة التي لم يتم حلها حول كيف يمكن للقمر أن يحافظ على مجال مغناطيسي بالنظر إلى حجمه وكتلته. كما أوضح تاردونو في الآونة الأخيرة مركز روتشستر للأخبار إفراج:
'هذا نموذج جديد للمجال المغناطيسي القمري. منذ بعثات أبولو ، كانت هناك فكرة أن للقمر مجال مغناطيسي قوي أو أقوى من المجال المغناطيسي للأرض منذ حوالي 3.7 مليار سنة.
نواة القمر صغيرة جدًا وسيكون من الصعب بالفعل تشغيل هذا النوع من المجال المغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك ، لم يتم إجراء القياسات السابقة التي تسجل مجالًا مغناطيسيًا عاليًا باستخدام تجارب التسخين. لقد استخدموا تقنيات أخرى قد لا تسجل المجال المغناطيسي بدقة '.
يتم وضع عينة فرعية من الزجاج القمري في أنابيب مربعة كوارتز مدمجة 2 × 2 مليمتر (داخلي) ثم يتم تحليلها باستخدام جهاز التداخل الكمومي فائق التوصيل (SQUID) الخاص بالمختبر. توفر النتائج معلومات حول تربة القمر ، وقد تساعد في توجيه موجة جديدة من التجارب على القمر. الائتمان: صور جامعة روتشستر / جيه. آدم فينستر
لسنوات عديدة ، كان Tarduno رائدًا في مجال المغناطيسية القديمة ، حيث يدرس الجيوفيزيائيون تطور المجال المغناطيسي للأرض لمعرفة المزيد عن تطور الكواكب والتغير البيئي وكيف ترتبط هذه العوامل ببعضها البعض. استخدام ثاني أكسيد الكربون (CO2) قام تاردونو وفريقه بتسخين عينات الزجاج القمري لفترات قصيرة من الزمن ، ثم قاموا بقياس إشاراتهم المغناطيسية باستخدام مقاييس مغناطيسية فائقة التوصيل عالية الحساسية.
سمح لهم ذلك بالحصول على قراءات أكثر دقة لمغنطتهم دون تغييرها ، والذي ربما كان عاملاً في الماضي وأدى إلى نتائج مضللة. لسوء الحظ ، قرر الباحثون أن القراءات التي حصلوا عليها يمكن أن تكون نتيجة تأثيرات من النيازك أو المذنبات ، وليس مجالًا مغناطيسيًا. وبالمثل ، أظهر فحصهم لعينات أخرى أن لديهم القدرة على تسجيل المجالات المغناطيسية القوية الشبيهة بالدينامو.
ومع ذلك ، فإن هذه العينات لم تظهر أي مغنطة ، وهو مؤشر آخر على أن القمر لم يمتلك أبدًا مجالًا مغناطيسيًا طويل العمر. قال تاردونو:
'إحدى المشكلات المتعلقة بالعينات القمرية هي أن الحاملات المغناطيسية فيها معرضة تمامًا للتغيير . عن طريق التسخين بالليزر ، لا يوجد دليل على حدوث تغيير في قياساتنا ، لذلك يمكننا تجنب المشكلات التي ربما واجهها الأشخاص في الماضي.
إذا كان هناك مجال مغناطيسي على القمر ، فإن العينات التي درسناها يجب أن تكون قد اكتسبت مغنطة ، لكنها لم تفعل ذلك. هذا أمر مؤكد أن القمر لم يكن لديه حقل دينامو طويل الأمد '.
تشير دراسة جديدة إلى أن المجال المغناطيسي للقمر من دينامو في قلبه المعدني السائل (الكرة الحمراء الداخلية) استمر مليار سنة أطول مما كان يعتقد. الائتمان: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا / هيرنان كانيلاس / بنيامين فايس
تتعارض هذه النتائج مع الأبحاث السابقة التي قادها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب ، حيث تم جمع تحليل الصخور القمرية بواسطة أبولو 15 اقترحت البعثة أن القمر كان يحتوي على مجال مغناطيسي حديثًا منذ 1 و 2.5 مليار سنة. قبل ذلك ، افترض العلماء أن المجال المغناطيسي للقمر قد اختفى بعد حوالي مليار سنة من تشكله (حوالي 3 إلى 3.5 مليار سنة).
الآثار المترتبة على هذه النتائج مهمة للغاية من حيث فهمنا لتكوين القمر وتطوره. بدون حماية المجال المغناطيسي ، سيكون القمر عرضة للرياح الشمسية التي قد تتسبب في زرع مركبات متطايرة في تربة القمر. وهي تشمل الكربون ، والهيدروجين ، والماء ، ولكن أيضًا مركبات مثل الهيليوم 3 ، والتي لا توجد بكثرة هنا على الأرض. قال تاردونو:
'تشير بياناتنا إلى أننا يجب أن ننظر إلى الحد الأقصى لتقديرات الهليوم 3 لأن نقص الدرع المغناطيسي يعني وصول المزيد من الرياح الشمسية إلى سطح القمر ، مما ينتج عنه خزانات أعمق بكثير من الهليوم 3 مما كان يعتقده الناس سابقًا.
'من خلال الخلفية التي قدمها بحثنا ، يمكن للعلماء التفكير بشكل أكثر ملائمة في المجموعة التالية من التجارب القمرية التي يتعين إجراؤها. قد تركز هذه التجارب على الموارد القمرية الحالية وكيف يمكننا استخدامها وكذلك على السجل التاريخي لما هو محاصر في التربة القمرية '.
رسم توضيحي لرواد فضاء Artemis يقومون بأبحاث على سطح القمر. ائتمانات: ناسا
عندما يبدأ رواد الفضاء في إجراء إقامات طويلة الأمد على سطح القمر ، سيحتاجون إلى الاعتماد على المصادر المحلية للجليد والموارد الأخرى لدعم عملياتهم - وهي عملية تُعرف باسم استخدام الموارد في الموقع (ISRU). يمكن أن يساعد هذا البحث في إعلام البحث الميداني وإنشاء البنية التحتية الأساسية وتلبية احتياجات الطاقة. الهليوم -3 ، على سبيل المثال ، يُستخدم حاليًا للتصوير الطبي وعلم التبريد ، ويمكن استخدامه يومًا ما كوقود لمفاعلات الاندماج.
يعني الغلاف المغناطيسي قصير العمر أيضًا أن سطح القمر لديه سجل أكثر شمولاً لانبعاثات الرياح الشمسية. قد يسمح هذا للعلماء بإعادة بناء سجل للنشاط الشمسي وتطور الشمس من خلال فحص التربة من أعماق مختلفة. الدراسة التي تصف نتائج الفريق بعنوان ' عدم وجود الغلاف المغناطيسي القديم طويل العمر ، 'ظهر مؤخرًا في المجلةتقدم العلم.
قراءة متعمقة: جامعة روتشستر
