کشف روش جدید برای شناسایی آب یخزده پنهان در ماه
یک متخصص ژئوفیزیک با مطالعه چگونگی حرکت امواج لرزهای در خاک یخزده زمین، به توسعه روشی مؤثرتر برای تشخیص یخ آب در ماه کمک کرد.
به گزارش هفت صبح در زیر دهانههای قطبی ماه که همیشه در سایه هستند، ممکن است یخ آب پنهان شده باشد و از دسترس ابزارهای موجود در مدار خارج باشد. محققان اکنون فکر میکنند که میتوان با گوش دادن به تغییرات ارتعاشات عبوری از خاک ماه، این رسوبات مدفون را پیدا کرد.
زمینشناسان دانشگاه مریلند، آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و دانشگاه هاوایی دریافتند که امواج لرزهای، همان ارتعاشاتی که در طول زلزله ثبت میشوند، میتوانند یخ زیر سطح ماه را آشکار و نقشهبرداری کنند.
این یافتهها که در مجله Science Advances منتشر شده است، در حالی منتشر میشود که ناسا در حال آماده شدن برای ارسال فضانوردان به سمت منطقه قطب جنوب ماه از طریق برنامه آرتمیس خود است و فرودهای سرنشیندار برای سال ۲۰۲۸ برنامهریزی شده است. یخهای حفظشده در سایههای عمیق دهانههای قطبی میتوانند به یکی از مفیدترین منابع محلی موجود برای کاوشگران آینده تبدیل شوند.
یخ ماه پس از ذوب و تصفیه، میتواند آب آشامیدنی فراهم کند. همچنین میتوان با تولید برق، آن را به اکسیژن برای تنفس و هیدروژن برای سوخت موشک تجزیه کرد و میزان موادی را که ماموریتهای طولانی و پایگاههای دائمی باید از زمین حمل کنند، کاهش داد.
نیکلاس اشمر، دانشیار گروه علوم زمینشناسی، محیط زیست و سیارهای دانشگاه مریلند و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «شناسایی هرگونه مادهای روی ماه که یک فضانورد میتواند در طول اقامتش در آنجا از آن استفاده کند، بسیار مهم است. از آنجایی که آنها به منابع کمی که از زمین آوردهاند محدود خواهند بود، هر چیزی که در ماه پیدا کنند، اساساً به آنها کمک میکند تا از خشکی، به ویژه برای مأموریتها یا پایگاههای بلندمدت، زندگی کنند.»
امواج لرزهای میتوانند اعماق بیشتری را کاوش کنند
میزان و توزیع یخ ماه همچنان نامشخص است. ماهوارهها میتوانند ماه را از مدار بررسی کنند، اما مشاهدات آنها تا حد زیادی به کمعمقترین لایه خاک محدود میشود. برخی از رسوبات ممکن است بسیار عمیقتر از سطح دفن شده باشند، جایی که اندازهگیریهای لرزهای میتوانند دید واضحتری ارائه دهند.
این اصل بر اساس تفاوت قابل اندازهگیری بین خاک خشک و یخزده بنا شده است. یخ، مواد اطراف خود را سفتتر میکند و به ارتعاشات لرزهای اجازه میدهد دو تا سه برابر سریعتر از خاک خشک حرکت کنند. مناطق غنی از یخ همچنین ممکن است به جای اینکه به انرژی لرزهای اجازه دهند در زمین ادامه یابد، آن را منعکس کنند و اثری مشابه انعکاس صدا از دیوار ایجاد کنند.
تصویری از دهانه هاین ماه که توسط فضاپیمای مدارگرد شناسایی ماه ناسا گرفته شده است. یخ آب ممکن است در اعماق دهانههای مشابه ماه پنهان شده باشد. منبع: ناسا/GSFC/دانشگاه ایالتی آریزونا
به گفتهی اشمر، یک لرزهسنج قمری که در موقعیت مناسبی قرار گرفته باشد، میتواند هر دو امضا را ثبت کند.
او توضیح داد: «ما میتوانیم از امواج لرزهای نه تنها برای دیدن وجود یخ، بلکه برای دیدن مقدار تقریبی آن نیز استفاده کنیم.»
سه آزمایش سیگنال یکسانی تولید کردند
محققان این ایده را از طریق سه رویکرد مکمل آزمایش کردند. هریسون لیزابت، نویسنده اصلی (دکترای زمینشناسی '16)، فارغالتحصیل UMD و فیزیکدان سنگ در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، با سنگ آتشفشانی آریزونا که هنگام خرد شدن شباهت زیادی به گرد و غبار ماه دارد، شروع کرد.
لیزابت این ماده را منجمد کرد، سپس با استفاده از اشعه ایکس مشاهده کرد که چگونه یخ در منافذ میکروسکوپی بین دانههای آن جمع میشود. این آزمایش به تعیین چگونگی ساختار خاک منجمد ماه در زیر سطح کمک کرد.
متیو سیگلر، یکی از نویسندگان مقاله از دانشگاه هاوایی، مدلهای دمایی دقیقی از منطقه قطب جنوب ماه ایجاد کرد. این نقشهها دهانههایی را شناسایی کردند که به اندازه کافی سرد ماندهاند تا یخ را برای میلیاردها سال حفظ کنند.
در دانشگاه مریلند، اشمر ماهلرزههای کوچکی را که از میان رسوبات یخی مدفون ماه عبور میکردند، شبیهسازی کرد. در سراسر کار آزمایشگاهی، مدلسازی دما و شبیهسازیهای کامپیوتری، وجود یخ تغییرات واضح و قابل اندازهگیری در سیگنالهای لرزهای ایجاد کرد.
یخهای ماه، یک رکورد باستانی را حفظ کردهاند
یخ روی ماه میتواند چیزی بیش از آذوقه برای فضانوردان فراهم کند. دهانههای آتشفشانی که دائماً در سایه هستند میتوانند مواد فرار مانند آب را به دام انداخته و منجمد کنند و آنها را با کمترین اختلال در طول زمان طولانی حفظ کنند.
از آنجا که برخی از سنگهای ماه تقریباً چهار میلیارد سال قدمت دارند، یخهای به دام افتاده در میان آنها ممکن است شواهدی از تاریخ اولیه منظومه شمسی را در خود نگه داشته باشند. بررسی این رسوبات میتواند به دانشمندان در بررسی چگونگی رسیدن آب به سیارات داخلی کمک کند.
اشمر گفت: «ماه شاهد برخی از مهمترین بخشهای منظومه شمسی اولیه، از جمله نحوه انتقال آب، بوده است. مطالعه یخهای رسوبشده در آنجا میتواند نحوه گسترش آب و در نهایت نحوه شکلگیری اقیانوسهای زمین را آشکار کند.»
ماموریتهای آینده میتوانند پیشبینی را آزمایش کنند
ماموریتهای آینده ماه ممکن است به زودی اولین فرصت را برای جستجوی الگوهای لرزهای پیشبینیشده فراهم کنند. انتظار میرود ماموریت چانگای-۷ چین در اواخر سال ۲۰۲۶ با یک لرزهسنج در نزدیکی دهانه شاکلتون فرود بیاید. چندین ذخایر یخی مشکوک در این نزدیکی وجود دارد.
فضانوردان ناسا در ماموریت آرتمیس ممکن است در سال ۲۰۲۸ با استقرار ایستگاه نظارت بر محیط ماه، ابزاری که اشمر در توسعه آن برای اکتشافات لرزهنگاری کمک کرده است، به ماه سفر کنند. دادههای این ابزارها میتواند نشان دهد که آیا ارتعاشات طبیعی ماه، یخهای مدفون را آنطور که محققان پیشبینی میکنند، آشکار میکنند یا خیر.
اشمر گفت: «یافتههای ما زمینه را برای مشاهداتی که در چند سال آینده به دست خواهیم آورد، فراهم میکند. هنوز کسی یخ روی ماه را به صورت فیزیکی اندازهگیری نکرده است، اما اکنون پیشبینی میکنیم که باید به دنبال چه چیزی باشیم. این اولین گام مهم است.»
