قد يحل عصر أرتميس التابع لناسا أخيرًا ثلاثة ألغاز رئيسية تتعلق بالقمر

الآن كل العيون عليها أرتميس الثاني، مهمة ناسا التاريخية التي أرسلت للتو رواد فضاء حول القمر لأول مرة منذ أكثر من نصف قرن. ولكن، كما أوضح مدير وكالة ناسا جاريد إسحاقمان في حدث “الإشعال” الذي نظمته وكالة الفضاء مؤخرًا في واشنطن العاصمة، أرتميس الثاني ليست سوى بداية لجهد أمريكي أكبر لملء القمر برواد فضاء وروبوتات للتنقيب عن الموارد. إذا تقدم هذا المسعى بالسرعة الفائقة التي يرغب بها إسحاقمان، فإن الصاحب السماوي للأرض سيصبح أيضًا مكانًا للاكتشافات العلمية العميقة.

على الرغم من أن القمر قريب جدًا، إلا أننا لا نعرف سوى القليل عنه بقدر كبير من اليقين. أعاد رواد فضاء أبولو مجموعة من صخور القمر وتركوا وراءهم بعض التجارب الجيولوجية قصيرة العمر، لكن معظم معرفتنا القمرية اليوم تأتي من الأقمار الصناعية التي تدور حول القمر، والملاحظات التلسكوبية من الأرض، وحفنة من بعثات إعادة العينات التي قامت بها الصين مؤخرًا.

بسبب تعطشهم للمزيد من البيانات الموقعية، لا يستطيع الباحثون بعد أن يحققوا هدفًا علميًا أكبر؛ إنهم يرغبون في دراسة القمر باعتباره حجر رشيد لأصل وتطور عالمنا والنظام الشمسي ككل. والآن، وبفضل الوتيرة العالية المقترحة للبعثات القمرية – المأهولة والروبوتية، من قبل وكالات الفضاء والصناعات الخاصة على حد سواء – يبدو أن رغبتهم قد تحققت. لقد أدت تكتونيات الأرض والبراكين والمحيطات والغلاف الجوي والحياة إلى محو السجلات الجيولوجية للعصور الأولى للكوكب. لكن القمر، الذي يفتقر إلى مثل هذا الاضطراب، حافظ عليها. وهذا ما يجعل الجرم السماوي الفضي للأرض «مختبرًا جيولوجيًا مثاليًا»، كما تقول سارة راسل، عالمة الكواكب في متحف التاريخ الطبيعي بلندن.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

ومع أخذ ذلك في الاعتبار، إليك أكبر الألغاز التي يأمل العلماء الذين يركزون على القمر في حلها.

كيف لا يزال القمر على قيد الحياة من الناحية الجيولوجية؟

إن الحرارة المضطربة في أعماق الكواكب والأقمار هي ما يمنحها “الحياة” الجيولوجية، بدءًا من الانفجارات البركانية والزلازل وحتى الجبال المرتفعة وحفر أحواض المحيطات. ولكن عندما تنحسر الحرارة، يموت العالم من الناحية الجيولوجية.

يعرف العلماء ثلاث طرق رئيسية للحفاظ على النيران المجازية مشتعلة: الحرارة “البدائية” المتبقية من اصطدام الأجسام ببعضها البعض أثناء تكوين العالم الاصطدامي، والحرارة الناتجة عن تحلل العناصر المشعة، وحرارة الاحتكاك الناتجة عن قوى المد والجزر التي يمكن أن تعجن أحشاء العالم مثل العجين.

القمر أصغر بكثير من الأرض، لذلك يجب أن تكون حرارته البدائية قد تسربت إلى الفضاء منذ فترة طويلة. تشير العينات القمرية والنماذج النظرية إلى أنه يفتقر إلى وفرة مخفية من العناصر المشعة. وتظهر الحسابات الدقيقة أن جاذبية الأرض لا ينبغي أن تسبب تسخينًا كبيرًا للمد والجزر على سطح القمر. ومع ذلك، لا تزال “الزلازل القمرية” الضحلة تهز القمر، في حين تشير تقديرات العمر المستندة إلى تعداد الفوهات الموجودة على سطحه المليء بالثقوب إلى أن عمر بعض البراكين قد يكون عمره 100 مليون سنة – وهو ما يعتبر بالأمس، على المقاييس الزمنية الجيولوجية.

العلماء، بطبيعة الحال، لديهم أسئلة. “هل لا يزال القمر نشطًا بركانيًا؟” يسأل توماس واترز، أحد كبار العلماء في مركز دراسات الأرض والكواكب التابع للمتحف الوطني للطيران والفضاء التابع لمؤسسة سميثسونيان في واشنطن العاصمة، عن مدى “الحياة” الجيولوجية التي لا تزال باقية هناك – و لماذايقول واترز: “نحن بحاجة إلى إلقاء نظرة أفضل على البنية الداخلية للقمر”.

للتعمق في جوهر الموضوع (الجيولوجي)، يريد العلماء معرفة أعمق أسرار القمر، وهو ما يحدث في أعماقه السحيقة. “هل للقمر نواة صلبة أم نواة سائلة؟” يقول يوكي تشيان، عالم الجيولوجيا القمرية في جامعة هونغ كونغ. “ما زلنا لا نعرف.”

توفر أجهزة قياس الزلازل حلاً سحريًا، مما يسمح للعلماء باستخدام الزلازل القمرية (سواء كانت محلية أو مستوردة عبر التأثيرات القمرية للنيازك الضالة) لإجراء مسح مقطعي محوسب للطبقات العميقة تحت السطح بشكل فعال. لكن التغطية غير موجودة حالياً؛ ما نعرفه عن العالم السفلي للقمر تم توفيره من خلال أجهزة قياس الزلازل في عصر أبولو والتي كانت تعمل حتى عام 1977. وقد تم وضعها جميعها في رقعة واحدة فقط من الجانب القريب من القمر. يقول تشيان: “ليس لدينا أي أجهزة قياس زلازل منتشرة على الجانب البعيد”.

هذا على وشك التغيير. إذا صدقنا التوقعات الحالية، فإن المرة القادمة التي يهبط فيها أي شخص رواد فضاء على سطح القمر ستكون المرة القادمة أرتميس الرابع المهمة المقرر إجراؤها في عام 2028. عندما يصل أفراد الطاقم إلى موقع هبوطهم بالقرب من القطب الجنوبي للقمر، سيحملون معهم حزمة متطورة من أجهزة قياس الزلازل تسمى محطة مراقبة البيئة القمرية، أو LEMS. في نهاية المطاف، كجزء من مبادرة خدمات الحمولة القمرية التجارية التابعة لناسا، أو CLPS، سيتم نشر شبكة من أجهزة الاستشعار المعروفة باسم Farside Seismic Suite آليًا في المنطقة التي تحمل الاسم نفسه. تشير الأخبار الأخيرة إلى أن الصين قد تقوم بأول هبوط مأهول لها في مكان ما على الجانب القريب من القمر، ومن المرجح أن يجلب رواد الفضاء أجهزة قياس الزلازل أيضًا.

وبعبارة أخرى، “سيضع رواد فضاء أرتميس بعض العقد الأولى لشبكة زلزالية عالمية”، كما يقول نيكولاس شمير، عالم الزلازل وعالم الكواكب في جامعة ميريلاند.

وستكون العينات أيضًا حيوية. تشير الصخور التي تم العثور عليها من خلال بعثات إعادة العينات القمرية الآلية الصينية، Chang'e 5 و6، إلى وجود براكين نشطة هناك منذ ملياري سنة على الأقل. إن توسيع نطاق رؤيتنا إلى العصور الأحدث للقمر يتطلب انتزاع المزيد من المواد الأحدث من السطح. وفي الوقت الحالي، يقول تشيان: «ليس لدينا عينات أصغر من ذلك».

ويأمل العلماء أيضًا أن تحدد عمليات الهبوط المستقبلية وتأخذ عينات من الأجزاء المحذوفة من عباءة القمر، وهي الجزء السفلي البدائي الأقل تغيرًا من القشرة القمرية. إذا ثبت أن صخور الوشاح مليئة بمنتجات ثانوية من التحلل الإشعاعي، فمن المحتمل أن يعني هذا أن باطن القمر أكثر ثراءً بالنظائر المشعة المولدة للحرارة مما كان يعتقده العلماء، مما يفسر سبب استمراره في الاهتزاز بعد فترة طويلة من تاريخ انتهاء صلاحيته الجيولوجية المفترض.

كيف تشكل القمر؟

قصة الأصل الأكثر شيوعًا تتضمن اصطدام ثيا – كوكب أولي بحجم المريخ – بالأرض البدائية، حيث يتجمع الحطام من كلا الجسمين بسرعة في القمر. هذه ليست مجرد خرافة: إنها مدعومة بمحاكاة حاسوبية قوية ترتكز على الكثير من الأدلة الجيوكيميائية. ومع ذلك، يمكن لعينات من عباءة القمر أن تختبر هذه النظرية بشكل أكبر، في حين يمكن للملاحظات الجيوفيزيائية أن تعالج أغرب سمات القمر.

الجانب القريب مغطى ببقع داكنة واسعة من الصخور البركانية المبردة المسماة فرس (لاتينية تعني “البحر”). يعاني الجانب البعيد من ندرة في هذه العناصر، وبدلاً من ذلك يبدو أشبه بعطارد: أرض مليئة بالحفر من التلال الجبلية المتعرجة. لماذا القمر ذو وجهين؟

أحد التفسيرات المحتملة يأتي من فكرة أطلق عليها اسم “Earthshine”. منذ دهور، عندما تشكل القمر، كان يدور حول الأرض 15 مرة أقرب. في مرحلة ما، أصبح القمر مغلقًا مديًا، مما يعني أن نصف الكرة الأرضية (الجانب القريب) يواجه الأرض دائمًا. ولأن كوكبنا في ذلك الوقت كان عبارة عن كرة مشتعلة من الصهارة، كان من المفترض أن يكون الجانب القريب من القمر مخبوزًا مثل كريم بروليه، مع تحول الجانب القريب إلى المنصهر والشمبانيا. تدفقت تيارات من الصخور المتبخرة حول القمر، لتبرد وتمطر على الجانب البعيد لتكوين قشرته السميكة والمتكتلة.

وهنا أيضاً يقدم علم الزلازل حلاً فضياً آخر. يمكن لشبكة من أجهزة قياس الزلازل، خاصة على الجانب البعيد، أن تكشف عن أدلة مهمة مخفية. “ما هو هيكل القمر؟” يسأل راسل. “من المهم اكتشاف ذلك، لأنه سيساعدنا على فهم كيف تشكل القمر لأول مرة من حطام اصطدام عملاق وكيف تطور بعد ذلك”.

من أين أتى ماء القمر؟

تريد ناسا حقًا وضع روادها بالقرب من القطب الجنوبي للقمر (وحتى بناء قاعدة قمرية هناك) لأن هذا هو المكان الذي تؤوي فيه الحفر المظللة بشكل دائم كمية غامضة من الجليد المائي – وهو مورد محتمل لترطيب البشر وزراعة المحاصيل وصنع وقود الصواريخ.

ليس من قبيل الصدفة إذن أن يكون التنقيب عن القمر موضوعًا ساخنًا في حدث الإشعال الذي نظمته وكالة ناسا. يمكن لرواد الفضاء، من حيث المبدأ، النزول إلى الحفر المظلمة والباردة الغادرة للبحث عن أنفسهم، لكن معظم عملية التنقيب عن المياه ستتم بواسطة الروبوتات.

ستستخدم مركبة ناسا المتطايرة التي تحقق في الاستكشاف القطبي، أو VIPER، أدواتها لاستنشاق المياه الجوفية، ثم تستخدم مثقابًا لتأكيد شكوكها. وسوف تقوم العربات القمرية من الجيل التالي التابعة لوكالة ناسا – أو مركبة التضاريس القمرية – بشيء مماثل، سواء كان يقودها رواد فضاء أو (كما هو الحال على الأرجح في معظم فترة عملها القمرية) تبحر بشكل مستقل على السطح. وسيتم إحضار جهاز Lunar Dielectric Analyzer، وهو أداة يمكنها اكتشاف التيارات الكهربائية في الأرض أدناه، والتي يمكن أن تكشف عن وجود الجليد. يقول راسل: “سيساعدنا هذا حقًا في فهم مكان وجود الماء على القمر وبأي شكل”.

ولا يقتصر هذا المسعى على أن يكون عمليًا فحسب. لا يزال العلماء لا يعرفون حقًا من أين جاءت مياه الأرض. المذنبات الغنية بالجليد أو الكويكبات الأكثر جفافا هما المشتبه بهما الرئيسيان. وتشير الدراسات الجيوكيميائية لمختلف النيازك ومحيطات الأرض إلى أن الكويكبات هي السبب الأكثر احتمالا، لكن القضية لا تزال بعيدة عن الانتهاء. إن استشارة تضاريس القمر البدائية نسبيًا – والتي تم تجميد معظمها بمرور الوقت لمليارات السنين – يمكن أن تساعد أخيرًا في حل هذا اللغز. يقول تشيان: «إذا كان هناك أي جليد مائي على القمر، فقد تكون إشارته أكثر بدائية». ولأن الأرض والقمر لهما تاريخ قديم متشابه جدًا، يقول راسل: “من المحتمل أن يكون أصل الماء على القمر هو نفس أصل الماء على الأرض”. كل ما يجب على العلماء فعله الآن هو العثور عليه.