لقد كان القمر، قمرنا الطبيعي، دائمًا موضعًا للفضول والدراسة والشعر. ولكن وراء الآيات والصور الفوتوغرافية من الأرض، يواصل العلم كشف أسرارها. أحد الجوانب الأكثر خصوصية هو الغلاف الجوي، أو بالأحرى، ما يُعرف تقنيًا باسم الغلاف الخارجي القمري. على عكس الأرض، يفتقر القمر إلى غلاف جوي سميك قابل للتنفس، وما لديه هو طبقة رقيقة للغاية من الغازات والتي بالكاد يمكن اعتبارها كذلك. ومع ذلك، فإن هذه الطبقة مثيرة للاهتمام بسبب أصلها وتفاعلها مع الفضاء. بالإضافة إلى ذلك، معلومات حول فضول القمر ويساعد أيضًا على فهم سياقه بشكل أفضل.
في هذه المقالة سوف نتعمق في عالم هذا الغلاف الخارجي: كيف يتم تشكيله، مما يتكون، ما هي العمليات التي تحافظ عليه وحتى ما كشفته لنا بعثات الفضاء من غرائب. دعونا ننظر إلى كل شيء، بدقة علمية ولكن أيضًا باللغة التي يمكن لأي شخص فهمها حتى يتمكن من فهم ما يحدث بالفعل حول القمر.
هل للقمر غلاف جوي؟
إذا فهمنا أن الغلاف الجوي هو طبقة كثيفة من الغازات مثل الغلاف الجوي للأرض، إذن يفتقر القمر إلى الغلاف الجوي بالمعنى الكلاسيكي. ومع ذلك، هناك طبقة رقيقة للغاية من الذرات والجزيئات حولها، وهي خفيفة ومتفرقة لدرجة أنها نادراً ما تصطدم مع بعضها البعض. هذه الطبقة تسمى اكسوسفير وهو مختلف بشكل ملحوظ عن الغلاف الجوي للأرض، والذي هو أكثر كثافة بكثير. المقارنة بين الاثنين مثيرة للاهتمام، كما هو مفصل في القمر كقمر صناعي.
ولإعطائنا فكرة، يوجد في السنتيمتر المكعب الواحد من الغلاف الجوي للأرض ما يقرب من 100 مليار مليار جزيء. في الغلاف الجوي للقمر، ينخفض هذا العدد إلى حوالي 100 جزيء. وهذا يعني أنه فارغ إلى درجة أنه في الواقع عبارة عن فضاء فارغ، على الرغم من أنه من الناحية الفنية يحتوي على تركيبة غازية يمكن اكتشافها.
ويرجع هذا إلى حد كبير إلى جاذبية القمر المنخفضة. تبلغ سرعة الهروب - وهي الحد الأدنى من السرعة التي يحتاجها الجسيم للهروب إلى الفضاء - 2.400 متر في الثانية فقط (مقارنة بـ 11.200 متر في الثانية على الأرض). مع هذه الجاذبية الضعيفة، الجسيمات الغازية تتسرب بسهولة إلى الفضاء- منع تشكل غلاف جوي كثيف ومستقر. يمكن ربط ديناميكيات هذه الظاهرة بالمعلومات المتوفرة عواصف عاتية والتي تؤثر أيضًا على الأجرام السماوية.
على الرغم من أنه يبدو كما لو أنه لا يوجد شيء، إلا أن هذا الغلاف الجوي الرقيق للغاية كتلة إجمالية تقدر بحوالي 25.000 كجم، بحجم شاحنة كاملة تقريبًا. بالإضافة إلى ذلك، فهو يتغير باستمرار: خلال النهار، تعمل حرارة الشمس على تمدده نحو السطح، وفي الليل تبرد الجسيمات وتسقط مرة أخرى.
أصل الغلاف الخارجي القمري
لقد كان أصل هذه الطبقة الخارجية محل نقاش لعقود من الزمن. ومع ذلك، أظهرت الأبحاث الحديثة التي أجراها العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة شيكاغووبالتزامن مع دراسات سابقة وموازية أجرتها جهات مثل وكالة ناسا، أكدت أن السبب الرئيسي هو ظاهرة تعرف باسم التبخير بالصدمة. إن العلاقة بين الاصطدامات والغلاف الجوي القمري أمر بالغ الأهمية لفهم تطوره.
ماذا يعني هذا؟ في الأساس، يتم تسخين سطح القمر باستمرار قصفتها النيازك الدقيقة. إنها صغيرة بحجم حبيبات الغبار، ولكن عندما تصطدم فإنها تولد درجات حرارة تصل إلى ما بين 2000 و 6000 درجة مئوية. هذه درجات الحرارة القصوى لقد تبخرت ذرات الأرض، والتي تم إطلاقها وتبقى عائمة حول القمر لبعض الوقت.
عملية ثانية تسمى رش الأيونات أو الرش يساهم أيضا. يحدث هذا عندما الجسيمات المشحونة من الرياح الشمسيةتصطدم الجسيمات، وخاصة البروتونات، بسطح القمر وتمزق الذرات التي تصبح بعد ذلك جزءًا من الغلاف الخارجي. على عكس النيازك الدقيقة، الرياح الشمسية لا يتبخر الكثير من المواد الثقيلة، لذا فإن مساهمتها أصغر. هذه الظاهرة مرتبطة بسياق البعثات إلى القمر.
تشير أحدث الدراسات إلى أن ما يقرب من 70% من الغلاف الخارجي للقمر يأتي من اصطدامات النيازكفي حين 30% بسبب الرياح الشمسية. لقد أصبح من الممكن دراسة كلتا العمليتين بتفصيل كبير بفضل عينات من برنامج أبولو واستخدام نظائر العناصر مثل البوتاسيوم والروبيديوم.
ما الذي يشكل الغلاف الجوي للقمر؟
على الرغم من أن الغلاف الجوي للقمر صغير جدًا مقارنة بالغلاف الجوي للأرض، نعم، تم التعرف على العديد من الغازات والذرات فيه. بفضل أجهزة قياس الطيف الأرضية، والمسبارات الفضائية، والتجارب التي أجريت على عينات أبولو، تم اكتشاف المكونات التالية. يمكن أن يوفر تكوين هذه الغازات معلومات قيمة حول الأحداث في السماء.
- الهيليوم والأرجون: إنها العناصر الأكثر وفرة، والتي تم اكتشافها بواسطة برنامج أبولو والبعثات الأخرى.
- الصوديوم والبوتاسيوم: وقد تم التعرف عليها بفضل الملاحظات الأرضية اللاحقة.
- الأكسجين والنيتروجين والميثان وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون: موجودة في آثار، ربما نتيجة للاصطدامات.
- النظائر المشعة للرادون والبولونيوم: تم اكتشافها بواسطة مسبار Lunar Prospector، وقد تكون قادمة من داخل القمر.
- جزيئات الماء على شكل جليد: ويعتقد أنها موجودة في بعض الحفر القطبية المظللة بشكل دائم.
ويشير وجود هذه المركبات إلى أن القمر ليس ميتًا كيميائيًا تمامًا. في الواقع، من المعروف أنه حتى بعض جزيئات الماء قد تتمكن الكائنات الحية من البقاء على قيد الحياة على سطحها إذا كانت في مناطق باردة محمية من الشمس. إن البحث في جزيئات الماء هذه له آثار على الفهم أقمار مختلفة للنظام الشمسي.
تأثير البعثات الفضائية
لقد لعبت بعثات أبولو دورًا أساسيًا في فهمنا للغلاف الجوي للقمر. ليس فقط لأنهم أحضروا عينات من تربة القمر، ولكن لأنهم لقد قامت الأجهزة ورواد الفضاء أنفسهم بتغيير الغلاف الجوي القريب عن طريق إطلاق الغازات أثناء الزفير أو أثناء الخروج خارج الجسم (EVAs). ومن المقدر أن ربما تكون الوحدات القمرية قد تسببت في تلويث الغلاف الجوي للقمر محليًا مع غازات تعادل كتلتها الإجمالية، على الرغم من أن معظمها قد اختفى بالفعل.
بالإضافة إلى ذلك، هناك مهام أحدث مثل LADEE (مستكشف الغلاف الجوي وبيئة الغبار القمرية) استمرار دراسة هذه الطبقة الخارجية. تم إطلاق هذا المسبار في عام 2013 لجمع معلومات قيمة لتأكيد أهمية الاصطدامات والرش كعمليات أساسية. كما سمح بمراقبة التغيرات في الكثافة أثناء ظواهر مثل الكسوف y زخات الشهب، مما يؤكد الديناميكيات النشطة للغلاف الجوي القمري. هذه الديناميكية ضرورية لفهم الظواهر مثل زخات شهب الجباريات.
وفي السنوات الأخيرة، أطلقت وكالة ناسا مهمات مثل مينوتور 5، التي تهدف إلى دراسة الغبار القمري والغازات القريبة باستخدام أنظمة الليزر الضوئية. كل هذا بهدف الاستمرار رسم صورة أوضح للبيئة القمرية، وهو أمر ضروري إذا أردنا إقامة قواعد دائمة هناك. ويرتبط تخطيط هذه القواعد بالبحث في استعمار المريخ.
لماذا من المهم فهم الغلاف الجوي للقمر؟
قد يبدو دراسة هذه الطبقة الغازية الخافتة غير ذات صلة، ولكنها ليست كذلك. أولاً، لأنه يساعدنا على الفهم التاريخ الديناميكي والجيولوجي للقمر. إن معرفة كيفية تشكيل النيازك الدقيقة والرياح الشمسية لسطح الكوكب يمنحنا أدلة حول تطور الأجسام الأخرى التي لا تحتوي على غلاف جوي، مثل الكويكبات وأقمار المريخ. ويعد هذا التحليل أساسيًا أيضًا لفهم ظواهر مثل أصل القمر.
ثانياً، إنه أمر أساسي لـ البعثات البشرية المستقبلية. إن إنشاء قاعدة على القمر سوف يتطلب فهم العناصر الموجودة في بيئته بالضبط، وكيف تتفاعل مع مرور الوقت، وكيف يمكن أن تتداخل مع الأدوات. ويمكنه أيضًا، بالطبع، أن يساعد في حماية رواد الفضاء من الإشعاع الشمسي والكوني في حالة عدم وجود جو وقائي.
يساهم هذا البحث في توسيع المعرفة حول عمليات التجوية الفضائية في النظام الشمسي الداخلي. ما تم تعلمه على القمر يمكن تطبيقه على استكشاف وجهات أخرى مثل قمر المريخ فوبوس، أو حتى الكويكبات القريبة من الأرض.
تمثل الطبقة الخارجية القمرية، على الرغم من هشاشتها الشديدة، مختبرًا طبيعيًا لدراسة العمليات الكونية الأساسية. بعيدًا عما كان يُعتقد في الماضي، القمر ليس مجرد صخرة ميتة. إنه جسم يستمر في التفاعل مع بيئته المكانية، ولا يزال لديه الكثير ليعلمنا إياه إذا واصلنا الاهتمام به.
