هل يمكن حل لغز الأفق المتوهج؟
من المقرر إطلاق LADEE (مستكشف الغلاف الجوي القمري وبيئة الغبار) في 6 سبتمبر – مهمة القمر الثالثة لناسا خلال أربع سنوات. هذه المرة ينصب التركيز على الغلاف الجوي للقمر ، وهي فجوة في الجهود الاستكشافية الأخيرة.
1 سبتمبر، 2013
بقلم بيت سبوتس ، كاتب في هيئة التدريس
تستعد وكالة ناسا لإطلاق مهمتها الثالثة إلى القمر في غضون أربع سنوات – آخر بقايا لما تم تصورها على أنها سلسلة من المركبات المدارية ومركبات الهبوط الروبوتية قبل عودة رواد الفضاء إلى القمر بحلول نهاية العقد.
تهدف المهمة التي أطلق عليها اسم LADEE ، من أجل مستكشف الغلاف الجوي والغبار ، والتي تبلغ تكلفتها 280 مليون دولار ، إلى تحليل الغلاف الجوي الهش للقمر وكذلك حل لغز الأفق المتوهج.
تم اكتشاف توهج Horizon بواسطة مركبة الهبوط Surveyor التابعة لناسا في منتصف إلى أواخر الستينيات ، وكذلك من قبل رواد الفضاء خلال بعثات ابولو.
سجله المسبارون على شكل شريط رفيع من الضوء فوق سطح القمر على طول خط الليل والنهار للقمر أو المنهي.
عندما اكتشف سيرفيور العصابات ، بدت وكأنها تحوم على ارتفاع متر أو مترين فوق السطح ، كما يقول بول سبوديس ، كبير العلماء في معهد القمر والكواكب في هيوستن.
ومع ذلك ، أفاد رواد الفضاء الذين يدورون حول القمر أنهم رأوا تيارات من الضوء تمتد مئات الكيلومترات .
الضوء المنعكس عن الغبار القمري المعلق هو التفسير الرئيسي لهذه الظاهرة.
ولكن عندما بحثت المركبة المدارية كليمنتين عن التوهج خلال فترة وجودها على القمر في عام 1994 ، لم ترصد شيئًا.
“أحد الأشياء التي تريد LADEE محاولة التأكد منها هو: هل هذا يحدث حقًا ، أم أن هذا مجرد خيال شخص ما؟” يقول الدكتور سبوديس.
من المقرر إطلاق LADEE في 6 سبتمبر على صاروخ مينوتور V التابع للقوات الجوية الأمريكية ، وهو صاروخ باليستي عابر للقارات تم تحويله. تمثل المهمة الرحلة الأولى للصاروخ ذي الخمس مراحل.
علاوة على ذلك ، ستكون هذه أول مهمة إلى الفضاء السحيق يتم إطلاقها على الإطلاق من منشأة الإطلاق في جزيرة والوبس التابعة لمركز جودارد لرحلات الفضاء ، على ساحل فيرجينا.
البعثة تملأ فجوة في بعثات استكشاف القمر الأمريكية الأخيرة.
منذ عام 2007 ، زارت سبع مركبات فضائية القمر لقياس طقس الفضاء حوله ؛ رسم خريطة لسطحه وتوزيع الموارد المعدنية المحتملة ، بما في ذلك المياه هناك ؛ وقياس مجال الجاذبية للكشف عن البنية الداخلية للقمر.
الغلاف الجوي هو الطبقة الوحيدة التي تُركت دون استكشاف إلى حد كبير.
أشارت سارة نوبل ، عالمة برنامج البعثة ، إلى أن فكرة أن القمر له غلاف جوي يتعارض مع ما تعلمه معظم الناس في المدرسة عن رفيق الأرض ، خلال إحاطة حديثة في مقر ناسا.
وأوضحت أنه يحتوي على واحدة. “إنها رقيقة حقًا حقًا.”
(انتظرها ، انتظرها ….) ما مدى رقتها؟
وقالت: “إنها رقيقة جدًا لدرجة أن الجزيئات الفردية التي تتكون منها جزيئات الغلاف الجوي قليلة جدًا ومتباعدة بحيث لا تتفاعل مع بعضها البعض ؛ ولا تتصادم أبدًا”.
على الأرض ، يستضيف السنتيمتر المكعب من الغلاف الجوي على السطح حوالي 100 مليار مليار جزيء. على سطح القمر ، يحتوي الغلاف الجوي – أو بشكل أفضل “الغلاف الخارجي” على سطحه – على ما يقرب من 100،000 إلى 10 مليون جزيء في كل سنتيمتر مكعب.
يشرح سبوديس أن هذه الجزيئات تأتي من عدة مصادر
يتسرب الغاز من باطن القمر من خلال الصدوع الموجودة على السطح.
و تصطدم النيازك الدقيقة الدقيقة بحبيبات صغيرة على القمر وتبخرها عن طريق الحرارة الناتجة عن الاصطدام.
مما يسمح هذا لبعض الذرات والجزيئات بالهروب كغاز قبل أن تبرد المادة وتعود إلى شكلها الصلب. وتضرب الجسيمات المشحونة في الرياح الشمسية ، والتي تتدفق باستمرار من الشمس ، سطح القمر لتكوين غازات أخرى.
في الواقع ، يُعتقد أن عملية تفاعل الرياح الشمسية مع سطح القمر تساهم في دورة مياه القمر – “مرحباً ، مارثا!” جانب من جوانب استكشاف القمر خلال العقد الماضي. وجدت المركبة المدارية الهندية Chandrayaan-1 ، وكذلك المركبة المدارية Lunar Reconnaissance Orbiter التابعة لناسا ، المياه مرتبطة بالمعادن الموجودة على سطح القمر ، حتى عندما قام رفيق LRO’s LCROSS بركل الجليد المائي عندما اصطدم بالجانب المظلل بشكل دائم من فوهة البركان القريبة. القطب الجنوبي للقمر.
يُعتقد أن المصدر الأصلي للمياه هو المذنبات ، مع استمرار المساهمات من النيازك الحاملة للمياه التي تضرب سطح القمر. يُعتقد أيضًا أن الرياح الشمسية تشكل جزيئات الهيدروكسيل – الماء بشكل أساسي وهو عبارة عن ذرة أكسجين واحدة خجولة من سطح كامل – عندما يتحد الهيدروجين في الرياح مع ذرات الأكسجين على سطح القمر.
مهما كانت مصادرها ، يُعتقد أن هذه الجزيئات ترتد في الغلاف الجوي خلال النهار القمري الطويل ، ثم تعود إلى السطح خلال الليل القمري. بمرور الوقت ، يُعتقد أن هذه الجزيئات تهاجر إلى فوهات داخلية مظللة بشكل دائم بالقرب من القطبين ، والتي تستضيف بعضًا من أبرد البقع في النظام الشمسي.
صُممت LADEE ، بمجموعتها المكونة من أربعة أدوات ، بحيث تبدو جانبية أثناء دورانها ، بدلاً من النظر إلى أسفل مباشرة على سطح القمر. سيكون البحث عن هجرة الجزيء هذه ، بالإضافة إلى تحديد المكونات الأخرى للغلاف الجوي للقمر.
من المعروف بالفعل أن الغلاف الجوي يحتوي على ذرات الصوديوم فيه. يقول سبوديس إن الطريقة الوحيدة للحصول على الصوديوم على القمر هي تبخير الصخور القمرية. لكن علماء القمر مهتمون بوضع قائمة كاملة بالمكونات.
يقول: “ما لا نعرفه هو التركيب الكيميائي المفصل ، أو كيف يختلف مع مرور الوقت”.
بالنسبة إلى توهج الأفق الغامض ، يقول الباحثون إن الغبار يمكن أن يرتفع عن طريق الشحنات الكهربائية التي تتراكم على طول نهاية القمر ، وكذلك أثناء رحلات القمر داخل وخارج الذيل المغناطيسي للأرض – وهي ميزة تشبه ذيل المذنب ولكنها تتكون من مغناطيسية الأرض. حقل. يمتد في عمق الفضاء من النصف الليلي من الكوكب حيث تجتاح الرياح الشمسية ، بحقولها المغناطيسية ، الماضي.
كما أن مياه القمر والغبار لهما أهمية هندسية ، حيث تفكر وكالات الفضاء والشركات الخاصة في استكشاف القمر واستغلال موارده.
يحتوي الماء على المكونات الأساسية لوقود الصواريخ ، بالإضافة إلى دوره الحاسم في تقطير العطش.
من ناحية أخرى ، يمثل الغبار المعلق مصدرًا محتملاً للمشاكل لتقنيات مثل الألواح الشمسية أو مشعات فصل الحرارة. يمكن أن يؤدي تراكم الغبار على كل منها إلى تقليل أدائها. لذا فإن فهم مخاطر الغبار سيكون مهمًا لجهود الاستكشاف البشرية هناك.
في الواقع ، مع وضع الاستكشاف في الاعتبار ، تدق الساعة في دراسة الغلاف الجوي للقمر وعملياته في شكل أصلي نسبيًا – العمليات التي قد يتشاركها القمر مع كواكب مثل عطارد أو كويكبات مثل سيريس أو فيستا.
يلاحظ الدكتور نوبل أن الغبار الطازج ينبعث من الصخور ويتصاعد طوال الوقت على القمر حيث تصطدم النيازك به. تقول: “شيء في حجم LADEE يضرب الشهر مرة واحدة في الشهر”.
وتضيف أنه عندما تهبط المركبة الفضائية بدلاً من تحطمها ، فإنها تستخدم الكثير من الوقود للتحكم في هبوطها.
وتابعت: “يمكن أن يضيف ذلك بالفعل الكثير من المواد إلى الغلاف الجوي” ، مشيرة إلى أن الغازات في عوادم الصواريخ يمكن أن تصبح مكونًا مهمًا في الغلاف الجوي.
كشف باحثون من جامعة أستراليا الغربية عن إجابات لغموض حير العلماء لمدة نصف قرن.
اكتشف الباحثون أسباب “ توهج الأفق ” (وهج غريب يحدث في الأفق الغربي للقمر بعد غروب الشمس مباشرة) تتعلق بظاهرتين جديدتين تتعلقان بحركات الغبار على سطح القمر – “ عواصف غبار شروق الشمس ” و “ إشراق الأفق ”.
قال البروفيسور المساعد برايان أوبراين من كلية UWA للفيزياء إن الاكتشافات تمت باستخدام كاشف الغبار بحجم علبة الثقاب الذي اخترعه في عام 1966.
“في عام 2011 نشرنا سببين يشككان في الاعتقاد الشائع بأن وهج الأفق حدث بسبب جزيئات الغبار الدقيقة يتم رفعها بواسطة حقول كهربائية عالية جدًا فوق سطح القمر.
“ثم في منتصف عام 2015 ، أكد كاشف غبار متطور تابع لوكالة ناسا على مستكشف الغلاف الجوي القمري وبيئة الغبار (LADEE) في مدار حول القمر أنه لا يوجد دليل على وجود الغبار المتوقع على ارتفاعات تتراوح بين ثلاثة كيلومترات و 250 كيلومترًا.
قال البروفيسور أوبراين إن كاشف الغبار الخاص بفريقه تم تركيبه على بعد متر واحد فقط من سطح القمر.
وقال: “وجدت أن العواصف الترابية لشروق الشمس نتجت عن صواريخ مهمة أبولو 12 التي تحرر جزيئات الغبار على سطح القمر الأملس ثم شروق الشمس ورفعها إلى هذا الارتفاع”
كما طور البروفيسور أوبراين نموذجًا يشرح العواصف الترابية عند شروق الشمس والظاهرة الجديدة الناتجة عن “ سطوع الأفق ” ، والتي تحدث عندما يصبح أفق الفجر أكثر سطوعًا بنسبة واحد إلى أربعة في المائة من ضوء الشمس في نهاية شروق الشمس.
الغبار هو أكبر مشكلة بيئية على القمر ، واختراع الأستاذ أوبراين هو الوحيد الذي يقيسه بشكل مباشر.
تشكل العواصف الترابية خطرًا غير متوقع ويمكن أن تسد الآلات أثناء المهمات السطحية في فراغ القمر ، وربما تسببت في توقف المركبة القمرية الصينية Yutu في عام 2014.وقد تساعد تأثيرات شروق الشمس أيضًا في تقليل تأثيرات الغبار من التعدين على القمر.