بررسی عامل ایجاد آب روی سطح ماه

به گزارش گروه وب گردی خبرگزاری صدا و سیما، قبل از عصر آپولو، تصور می‌شد ماه به دلیل اختلاف دمای شدید و نبود جو، خشک و بی‌آب است. از آن زمان بسیاری از پژوهش‌ها به کشف آب قمری انجامیدند: یخ در دهانه‌های برخوردی قطبی ماه، آب در سنگ‌های آتشفشانی و منابع آهن زنگ‌زده در خاک ماه. با وجود این یافته‌ها هنوز هیچ قطعیتی درباره‌ی منشأ اصلی آب سطحی ماه وجود ندارد.

بر اساس یکی از نظریه‌های رایج، یون‌های هیدروژن باردار مثبت از طریق باد‌های خورشیدی سطح ماه را بمباران کردند و با یکدیگر برای تولید آب به شکل‌های هیدروکسیل و مولکول آب، واکنش دادند. با این حال طبق پژوهش جدید چندرشته‌ای که در Astrophysical Journal Letters منتشر شد، باد‌های خورشیدی تنها منبع یون‌های تشکیل‌دهنده‌ی آب نیستند. طبق یافته‌های پژوهشگرها، ذرات باردار زمین می‌توانند عامل به وجود آمدن آب در ماه باشند. در نتیجه سیاره‌های دیگر هم بر شکل‌گیری آب در قمر‌های خود نقش دارند.

آب در فضا رایج‌تر از چیزی است که ستاره‌شناسان تصور می‌کردند. از آب‌های سطحی مریخ تا قمر‌ها و حلقه‌های مشتری، دنباله‌دارها، سیارک‌ها و سیاره‌ی کوتوله‌ی پلوتو، همه از منابع آب هستند. آب حتی در ابر‌های آن سوی منظومه‌ی شمسی هم مشاهده شده است. بر اساس فرضیه‌های قبلی، آب در طول شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی وارد این اجرام شده است؛ اما طبق شواهد جدید، آب موجود در فضا وضعیت متغیری دارد.

باد‌های خورشیدی یکی از منابع احتمالی آب سطح ماه هستند؛ اما بر اساس پیش‌بینی مدل‌های کامپیوتری، در طول دوره‌ی سه‌روزه‌ی ماه کامل یعنی زمانی که ماه در مغناطیس‌کره‌ی زمین (مگنتوسفر) قرار می‌گیرد، نیمی از آب‌های موجود در مناطق مرتفع ماه تبخیر و ناپدید می‌شوند.

طبق تحلیل ابزار نقشه‌برداری مدارپیمای چاندرایان ‍۱ از سطح آبی-هیدروکسیلی ماه، آب سطحی ماه در طول دوره‌ی پوشش مغناطیس‌کره ناپدید نمی‌شود؛ بلکه میدان مغناطیسی زمین از رسیدن باد‌های خورشیدی به ماه و بازتولید سریع‌تر آب جلوگیری می‌کند؛ اما پژوهشگر‌ها با بررسی بیشتر به نتایج متفاوتی رسیدند.

پژوهشگر‌ها در نهایت با مقایسه‌ی سری‌های زمانی نقشه‌های آبی قبلی در طول عبور از مغناطیس‌کره و پس از آن، به این نتیجه رسیدند که آب ماه به دلیل جریان یون‌های مغناطیس‌کره یا باد زمینی دوباره پر می‌شود. ماهواره‌ی کاگویا وجود یون‌های زمین در نزدیکی ماه را تأیید کرد؛ از طرفی پژوهشگر‌ها از رصد‌های ماهواره‌ی تمیس آرتمیس برای بررسی ویژگی‌های برجسته‌ی یون‌های باد خورشیدی و مقایسه‌ی آن‌ها با باد مغناطیس‌کره‌ی زمین استفاده کردند.

بر اساس رصد‌های قبلی ماهواره‌ی کاگویا در طول فاز ماه کامل، تراکم‌های بالایی از ایزوتوپ‌های اکسیژن کشف شدند که از لایه‌ی اوزون زمین وارد خاک ماه شده بودند. همچنین فراوانی زیادی از یون‌های هیدروژن در جو رقیق ماه یا اگزوسفر آن مشاهده شد. این جریان‌های ترکیبی از ذرات مغناطیسی کره به‌طور کلی با جریان‌های باد خورشیدی تفاوت دارند؛ بنابراین آخرین کشف آب سطحی در این پژوهش فرضیه‌ی پوشش مغناطیسی کره را رد می‌کند و در عوض نشان می‌دهد مغناطیس‌کره باعث به وجود آمدن آب در ماه می‌شود.

در پژوهش فوق، تیمی چندرشته‌ای از کارشناسان رشته‌های شیمی کیهانی، فیزیک فضایی، زمین‌شناسی سیاره‌ای برای تحلیل داده‌ها تشکیل شد. پژوهشگر‌ها در تحلیل‌های قبلی از سطح ماه، آثار یون‌های زمین را در نظر نگرفته و به بررسی تغییرات آب سطحی ماه در طول زمان نپرداخته بودند. تنها نقشه‌های سطح و داده‌های ذرات مربوط به فاز کامل زمستان و تابستان ۲۰۰۹ در دسترس بودند و تحلیل و تفسیر داده‌ها چندین سال به طول انجامید. تحلیل داده‌ها به دلیل مشاهدات اندک دشوار بود؛ زیرا مقایسه‌ی شرایط سطح ماه به مرور زمان و کنترل دما و ترکیب سطحی از معیار‌های مورد نیاز برای تحلیل هستند.

پژوهش‌های آینده در حوزه‌ی باد خورشیدی و باد سیاره‌ای می‌توانند حقایق بیشتری را درباره‌ی تکامل آب در منظومه‌ی شمسی و آثار بالقوه‌ی فعالیت مغناطیس‌کره و خورشیدی بر قمر‌ها و دیگر اجرام سیاره‌ای آشکار کند. توسعه‌ی پژوهش‌ها مستلزم ماهواره‌های جدیدی است که مجهز به طیف‌سنج‌های نقشه‌برداری جامع هیدروکسیل/ آب باشند و سنسور‌هایی در مدار و سطح ماه، این مکانیزم را تأیید کنند. این ابزار به پیش‌بینی بهترین مناطق برای اکتشاف، استخراج معدنی و اسکان فضانوردان روی ماه در آینده کمک می‌کنند. به‌ویژه این پژوهش می‌تواند بر طراحی مأموریت‌های فضایی آینده برای محافظت بهتر انسان و ماهواره‌ها در برابر پرتو‌ها و تشعشعات کمک کند و همچنین مدل‌های کامپیوتری و آزمایش‌های تشکیل آب در فضا را بهبود بدهد.