ما زلنا نتعلم من هبوط أبولو على القمر ، ولكن ماذا لو عدنا؟

صخرة قمر أعيدت إلى الأرض بواسطة أبولو 14.

صخرة قمر أعيدت إلى الأرض بواسطة أبولو 14. (رصيد الصورة: ناسا)



بعد نصف قرن من هبوط أبولو 11 على سطح القمر ، أدت البعثة وخلفاؤها إلى رؤى مهمة ليس فقط لفهم القمر ، ولكن أيضًا الأرض وبقية النظام الشمسي.



لكن خطوة واحدة - أو بالأحرى سلسلة منها ، منذ أن حمل برنامج أبولو عشرات رواد الفضاء إلى سطح القمر على مدار أربع سنوات - لا تكفي لفهم طبيعة جارنا القمري تمامًا. يتطلع العلماء والمهندسون والمستكشفون حول العالم إلى العودة إلى القمر.

نشرت مجلة Science هذا الأسبوع أ قضية تذكارية خاصة يتطلع إلى الخلف والأمام في الوقت المناسب لمعرفة ما تعلمناه من استكشاف القمر ، ومقدار ما يمكن أن يقدمه.



متعلق ب: أبولو 11 في 50: دليل كامل لمهمة الهبوط على القمر التاريخية

عينات أبولو

لطالما نظر البشر إلى سطح القمر ، ولكن ليس حتى فجر استكشاف الفضاء يمكن للأقمار الصناعية ورواد الفضاء رؤية سطح القمر عن قرب. ال عينات حملها رواد فضاء أبولو إلى المنزل كانت أكثر إثارة للدهشة ، حيث فحصها العلماء في ذلك الوقت ثم أعيد فحصها لاحقًا باستخدام أدوات أحدث وأكثر قوة بعد فترة طويلة من إغلاق برنامج أبولو.

جاء أحد أكبر التغييرات التي أدخلها برنامج أبولو على فهمنا للقمر من رؤى ولادة شقيق الأرض. قبل أبولو ، اعتقد العلماء أن الكواكب تنمو عن طريق التراكم اللطيف في درجات حرارة منخفضة ، مما يمنحها بداية باردة نسبيًا. كشفت العينات القمرية بسرعة أن جزءًا كبيرًا من سطح القمر كان ذائبًا في يوم من الأيام ، مما أدى إلى ما أصبح يُعرف باسم نموذج المحيط الصهاري ، لشرح كيفية تصلب طبقات القمر.



تظل الألغاز قائمة ، مثل سبب توزيع بعض عناصر التوقيع بشكل غير متساوٍ ، لكن محيط الصهارة القمرية أجاب على العديد من الأسئلة حول الصخور التي أعادها رواد فضاء أبولو. كتب ريتشارد كارلسون ، من معهد كارنيجي للعلوم في واشنطن العاصمة ، أن 'نموذج المحيط الصهاري الأساسي يشرح العديد من خصائص عينات القمر' إعادة النظر عن كيفية تأثير القمر على فهمنا لتكوين الكوكب وتطوره.

كانت العينات القمرية أيضًا مشابهة بشكل مدهش للصخور على الأرض. الكواكب المختلفة ، وحتى النيازك ، لها اختلافات نظيرية دقيقة بسبب تخطيط العناصر في النظام الشمسي قبل تكوين الكوكب. لكن هذه التواقيع هي نفسها بالنسبة للأرض والقمر ، مما يشير إلى علاقة غير متوقعة وأصل مفاجئ للقمر.

وُلدت يونغ إيرث في جوار عنيف: كانت الاصطدامات بين الكواكب المبكرة وبقايا الحطام ثابتة. بعد أقل من 100 مليون سنة من تكوين النظام الشمسي ، تحطم جنين كوكبي في عالمنا ، مما أدى إلى انفجار الصخور الأرضية في الفضاء. في النهاية ، تجمعت المادة المقذوفة معًا لتشكل أختًا جديدة ، القمر.



اليوم ، هذه هي النظرية الرائدة لـ تشكيل القمر ، على الرغم من أن العلماء لا يزالون يعملون لفهم بالضبط كيف استولت العملية على الكثير من المواد الأرضية والقليل جدًا من المصادم. كما أنهم يتساءلون كيف احتفظ القمر بالكثير من المواد الخفيفة ، مثل الماء والغازات ، التي كان من المفترض نظريًا أن تتسرب أثناء الاصطدام.

يمكن تعيين سطح القمر المندوب من الأرض ، مما يسمح للعلماء بتحديد الأعمار النسبية للسمات القمرية. العملية الحسابية بسيطة - فالمناطق الأكثر حفرًا هي أقدم ، حيث كان لديهم الوقت لجمع المزيد من الاصطدامات ، في حين أن المناطق الأكثر حفرًا تكون أصغر سنا ، حيث تعرضت لتأثيرات أقل. ما لا يمكن فهمه من الأرض هو الأعمار المطلقة لأي من هذه المناطق.

غيرت عينات أبولو ذلك. من خلال دراسة تكوين الصخور القمرية ، تمكن علماء الفلك أخيرًا من تحديد تاريخ سطح القمر. ولدهشتهم ، وجدوا أن معظم المناطق التي زارها رواد الفضاء لها نفس العمر تقريبًا - حوالي 3.9 مليار سنة. أدى ذلك إلى نظرية القصف الثقيل المتأخر ، وهي زيادة طفيفة في الاصطدامات التي مر بها القمر. فقط في السنوات الأخيرة ، مع تحليل أكثر تفصيلاً لسطح القمر وعيناته ، أصبح هذا الارتفاع موضع تساؤل.

نظرًا لأنه يفتقر إلى الماء أو الغلاف الجوي ، يحافظ القمر على سطح نقي نسبيًا ، يتغير في الغالب بسبب التأثيرات (والبراكين في ماضيه). لم يخبر هذا السطح القديم العلماء عدد المرات التي اصطدمت فيها المواد بالقمر فحسب ، بل أخبروا أيضًا عدد مرات اصطدام هذه الأجسام بالأرض والكواكب الأخرى. حتى أن العينات القمرية سمحت لعلماء الكواكب بتأريخ معالم على بلوتو ، الذي يقع على مسافة أبعد بكثير في النظام الشمسي.

فتحت العينات القمرية نفسها للباحثين في السبعينيات ، وما زالت تكشف النقاب عن ألغاز حول القمر حتى اليوم. لكن العينات أثارت أسئلة لا يمكن الإجابة عليها إلا بمزيد من عينات القمر ؛ الولايات المتحدة ليست الدولة الوحيدة التي تعمل على فهم أقرب جار لنا.

برنامج استكشاف القمر الصيني

منذ بداية القرن الحادي والعشرين ، تحول أكثر من عشرة أقمار صناعية أطلقتها دول حول العالم نحو القمر. واحدة من هذه الدول ، الصين ، لديه برنامج طموح في الأعمال ليس فقط لاستكشاف سطح القمر ولكن أيضًا لبناء محطة أبحاث علمية قمرية دائمة.

في عام 2004 ، طور برنامج استكشاف القمر الصيني (CLEP) برنامجًا آليًا لاستكشاف القمر ، مشروع Chang'e ، المسمى بإلهة القمر الصينية. لدى CLEP إجمالي 14 قضية رئيسية توجه مخطط الوكالة لاستكشاف القمر. يتضمن ذلك فهم الغلاف الجوي والتضاريس والأيونوسفير للقمر ، فضلاً عن هيكله الداخلي وتطوره الحراري.

كتب تشونلاي لي ، من الأكاديميات الصينية للعلوم في بكين ، 'هذه الأسئلة العلمية أساسية في مهمات استكشاف القمر' مراجعة للعلوم .

من عام 2004 إلى عام 2020 ، عملت CLEP على اكتساب فهم عالمي وشامل للقمر بسلسلة من بعثات Chang'e الذي وصفه لي بأنه 'تكراري ومتشابك'. ابتكر المداران Chang'e-1 و Chang'e-2 صورة عالمية مفصلة للقمر وخرائط طبوغرافية ، وهو أول تحليل عالمي لإشعاع الموجات الصغرية للقمر ، وتسارع البروتونات على خط القمر ليلًا ونهارًا.

اكتشفت مركبة الإنزال والمركبة الجوالة Chang'e-3 ، التي هبطت في ديسمبر 2013 وأصبحت أول مركبة فضائية تهبط على سطح القمر منذ عام 1976 ، نوعًا جديدًا من الصخور البازلتية القمرية واستخدمت السطح كمنصة رصد لمراقبة النجوم.

في 3 يناير 2019 ، Chang'e-4 أصبحت أول مهمة هبوط لاستكشاف الجانب البعيد من القمر. حطت المركبة الروبوتية داخل منطقة حوض القطب الجنوبي- أيتكين المستهدف حاليا بواسطة وكالة ناسا للاستكشاف البشري. يدرس Chang'e-4 الجانب البعيد من القمر عن قرب ، ويوفر ملاحظات مرئية وقريبة من الأشعة تحت الحمراء لمقذوفات الاصطدام وتحليل البيئة الكهرومغناطيسية.

في عام 2015 ، اقترحت الصين خطة متابعة من ثلاث بعثات لإكمالها قبل عام 2030. ستوفر Chang'e-6 عينة عائد من منطقة القطب الجنوبي ، و Chang'e-7 ستدرس البيئة والموارد حول القطب الجنوبي ، وسيتحقق Chang'e-8 من التقنيات الرئيسية ، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء على سطح القمر.

كتب لي: 'من خلال هذه المهمات ، سيتم بناء نموذج أولي لمحطة البحث العلمي الروبوتية على القمر'.

بعد عام 2030 ، تأمل الصين في مواصلة تطوير قدرات الاستكشاف الروبوتي والبشري. الهدف هو أن تتحول محطة الأبحاث القمرية إلى قاعدة قمرية طويلة المدى يمكن لرواد الفضاء زيارتها لفترات قصيرة ولكن متزايدة.

تأمل الصين ألا يكملوا هذه المهام بمفردهم. وكتب لي أن 'التعاون الدولي عنصر مهم في استراتيجية الصين لاستكشاف القمر والفضاء العميق'. تجري Chang'e-4 تجارب من ألمانيا والسويد وهولندا ؛ يتمتع Chang'e-6 بفرص تعاون دولي مماثلة.

يتجاوز العمل الجماعي متعدد الدول الشمول العلمي. وقعت الصين اتفاقيات استكشاف القمر مع روسيا ومع مجموعة تضم مكتب الأمم المتحدة لشؤون الفضاء الخارجي وتركيا وإثيوبيا وباكستان.

كتب لي: 'الصين منفتحة أيضًا على التعاون مع ناسا في استكشاف القمر'. الأمة 'تتطلع إلى استكشاف المزيد من الفرص للتعاون مع ناسا للحفاظ على بيئة الفضاء للأجيال القادمة.'

مراصد القمر

في أبريل 1972 ، أنشأ رواد فضاء أبولو 16 أول مرصد في عالم آخر. سمح التلسكوب المطلي بالذهب لعلماء الفلك بتأكيد وجود الهيدروجين الجزيئي بين النجوم والكشف عن أول صور فوق بنفسجية لمجموعات مجرات بعيدة ، والرياح الشمسية والغلاف الأيوني والأفقي للأرض. منذ ذلك الوقت ، واصل علماء الفلك النظر إلى القمر كموقع مثالي للرصد التلسكوبي.

في حين أن التلسكوبات الضوئية ستستفيد من نقص الغلاف الجوي للقمر ، فإن تكلفة هبوط أداة على القمر بدلاً من وضعها في مدار حول الأرض يبدو أنها تجادل ضد مثل هذا التلسكوب. لكن بالنسبة لعلماء الفلك الراديوي ، فإن الجانب البعيد من القمر هو المكان المثالي لوضع أداة.

يعتمد علم الفلك الراديوي على موجات الراديو التي تستخدمها أيضًا أجهزة الإرسال التلفزيونية والراديوية. عند أدنى ترددات ، تتعطل ملاحظات علم الفلك الراديوي بسهولة عن طريق الغلاف الجوي للأرض - طبقة الغلاف الجوي من الجسيمات المشحونة التي يمكن أن تنكسر أو تشتت أو تمنع موجات الراديو التي يمكن أن توفر رؤى حول الكون المبكر.

قال عالم الفلك جاك بيرنز ، من جامعة كولورادو في بولدر: `` لقد كنت أفكر في هذا الأمر لمدة 35 عامًا ، وشاهدنا أخيرًا بعض الجذب. علم . 'الشعور هو أن القمر لم يعد من الصعب القيام به بعد الآن.'

في عام 2008 ، شكل بيرنز فريقًا ممولًا من وكالة ناسا يسمى LUNAR للعمل على كيفية بناء تلسكوب راديو قمري. صمم المتعاونون مجموعة من التلسكوبات القمرية من شأنها أن تشمل مئات من الهوائيات ثنائية القطب البسيطة التي يمكن للمركبات الجوالة ذاتية القيادة وضعها على الأرض.

يعمل برنامج آخر ممول من وكالة ناسا ، وهو شبكة الاستكشاف وعلوم الفضاء (NESS) ، على التلسكوبات القمرية التي يمكنها دراسة الكواكب الخارجية وكذلك الكون المبكر. تصدر الكواكب ذات المجال المغناطيسي موجات راديو منخفضة التردد يمكن اكتشافها بواسطة التلسكوب ، مما يوفر أدلة حول باطنها وصلاحيتها للسكن. بينما يمكن للأداة الأرضية الكشف عن الانبعاثات الراديوية للكواكب الخارجية بحجم كوكب المشتري أو أكبر ، يمكن للمرصد القمري أن يلتقط التوقيع الخافت لعالم صخري.

تعمل NESS على برنامجين. يدور القمر الصناعي باثفايندر (DAPPER) في العصور المظلمة حول القمر. بينما على الجانب البعيد ، محميًا من التداخل اللاسلكي الصاخب للأرض ، سيحاول DAPPER اكتشاف بصمة الراديو للكون المبكر. يجب أن تكون المركبة الفضائية قادرة على رسم خريطة للإشعاع بتفاصيل كافية للسماح للعلماء بفهم كيفية قيام المادة المظلمة بسحب سحب الهيدروجين القديمة إلى التكتلات التي من شأنها أن تشكل النجوم الأولى.

أسفل سطح القمر ، ستستخدم مصفوفة فارسايد التقنيات التي ابتكرها فريق لونار ، حيث تضع المركبات الجوالة الصغيرة 128 هوائيًا عبر منطقة يبلغ طولها 6.2 ميل (10 كيلومترات).

تتواصل Chang'e-4 مع الأرض عبر القمر الصناعي الصيني Queqiao. أجرى المسبار أيضًا تجربة راديو ستبدأ البحث عن بصمة راديو الكون المبكر في وقت لاحق من هذا العام. على الرغم من أنها ليست محمية تمامًا من الأرض ، إلا أن المركبة الفضائية تعمل بمثابة تجربة تجريبية لمجموعة تلسكوب راديوي عملاق في المستقبل.

كما أصدرت وكالة الفضاء الأوروبية مؤخرًا استراتيجية مدتها 10 سنوات للعلوم على القمر ، بما في ذلك اختبار أجهزة استقبال الراديو منخفضة التردد على الجانب البعيد.

يواجه علماء الفلك الراديوي شعورًا بالإلحاح بينما تناقش مجموعات أخرى طرق استكشاف القمر واستغلاله. يمكن أن يقذف التعدين الغبار الذي من شأنه أن يتداخل مع الملاحظات مع خلق الهزات التي من شأنها تقويض الاستقرار المطلوب للتلسكوبات الحساسة. سوف يجلب الاستكشاف البشري نفس الضوضاء الراديوية التي تمنع علماء الفلك الراديوي على الأرض.

هذا الاحتمال لديه قلق عالِم الفلك الراديوي هينو فالك ، من جامعة رابوند في هولندا. قال لـ Science: 'إذا تلف الجانب البعيد ، فأنا لا أعرف إلى أين سنذهب'.

اتبع نولا على موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك وعلى Twitter في تضمين التغريدة . تابعنا على تويتر تضمين التغريدة و على موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك .