تظهر أحدث العلوم أن القمر كان يسرق الغلاف الجوي للأرض منذ مليارات السنين

أظهرت دراسة جديدة أن جزيئات من الغلاف الجوي للأرض تم نقلها إلى الفضاء بواسطة الرياح الشمسية وهبطت على القمر منذ مليارات السنين، واختلطت بالتربة القمرية.

يسلط البحث ضوءًا جديدًا على اللغز الذي استمر لأكثر من نصف قرن منذ أن أعادت بعثات أبولو عينات من القمر تحتوي على آثار لمواد مثل الماء وثاني أكسيد الكربون والهيليوم والنيتروجين مدمجة في الثرى – الطبقة السطحية المتربة للقمر.

وقد افترضت الدراسات المبكرة أن الشمس كانت مصدر بعض هذه المواد. لكن في عام 2005، اقترح باحثون في جامعة طوكيو أنه من الممكن أيضًا أن تكون نشأت من الغلاف الجوي لأرض شابة قبل أن تطور مجالًا مغناطيسيًا قبل حوالي 3.7 مليار سنة. اشتبه المؤلفون في أن المجال المغناطيسي، بمجرد وجوده في مكانه، كان سيوقف التدفق عن طريق محاصرة الجسيمات وجعل هروبها إلى الفضاء صعبًا أو مستحيلًا.

الآن، يقلب البحث الجديد هذا الافتراض رأسًا على عقب من خلال الإشارة إلى أن المجال المغناطيسي للأرض ربما ساعد، بدلاً من منع، نقل جزيئات الغلاف الجوي إلى القمر – وهو ما يستمر حتى يومنا هذا.

وقال إريك بلاكمان، المؤلف المشارك في الدراسة الجديدة والأستاذ في قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة روتشستر في نيويورك: “هذا يعني أن الأرض كانت تزود التربة القمرية بالغازات المتطايرة مثل الأكسجين والنيتروجين طوال هذا الوقت”.

وأضاف عبر البريد الإلكتروني: “يُعتقد منذ فترة طويلة أن القمر تشكل في البداية من اصطدام كويكب بالأرض الأولية، حيث كان هناك الكثير من الاختلاط الأولي لمثل هذه المواد المتطايرة من الأرض إلى القمر”. “تظهر نتائجنا أنه لا يزال هناك تقاسم متقلب، حتى على مدى مليارات السنين.”

إن وجود عناصر مفيدة مثل الأكسجين والهيدروجين على سطح القمر يمكن أن يكون ذا أهمية لاستكشاف القمر.

قال بلاكمان: “من المرجح أن تتمتع المهمات القمرية، وفي نهاية المطاف المستعمرات القمرية التي قد تنشأ يومًا ما، بموارد ذاتية الاكتفاء لا تحتاج إلى نقلها من الأرض”.

“على سبيل المثال، درس الناس كيفية معالجة المياه من الثرى القمري واستخراج الهيدروجين والأكسجين لصنع الوقود. وهناك أيضًا دراسات حول الوقود المعتمد على الأمونيا والذي من شأنه الاستفادة من النيتروجين الذي تحمله الرياح الشمسية إلى القمر. لذا، فإن هذه المواد التي تحملها الرياح الشمسية تدخل إلى التربة وتصبح جزءًا من الموارد المحلية التي يمكن لمثل هذه الابتكارات استغلالها”.

سجل كيميائي قيم

في الدراسة الجديدة، استخدم الباحثون المحاكاة الحاسوبية واختبروا سيناريوهين. كان لدى أحدهما رياح شمسية قوية – تيار عالي السرعة من الجسيمات القادمة من الشمس – ولا يوجد مجال مغناطيسي حول الأرض. والآخر كان لديه رياح شمسية أضعف ومجال مغناطيسي قوي حول الأرض. تتوافق السيناريوهات تقريبًا مع الحالة القديمة والحديثة لكوكبنا. تبين أن سيناريو الأرض الحديث هو الأكثر فعالية في نقل أجزاء من الغلاف الجوي للأرض إلى القمر.

ثم قارن الباحثون النتائج بالبيانات التي تم الحصول عليها مباشرة من تحليل التربة القمرية في الدراسات السابقة.

وقال شوبونكار بارامانيك، وهو طالب دراسات عليا في قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة روتشستر: “لقد استخدمنا عينات من القمر جلبتها إلى الأرض بعثتا أبولو 14 و17 للتحقق من صحة نتائجنا”. كان بارامانيك هو المؤلف الرئيسي للدراسة التي نشرت في ديسمبر في مجلة Nature Communications Earth & Environment.

وأضاف: “لدينا هذه الرياح الشمسية القادمة إلى الغلاف الجوي الأرضي، ثم تتسرب إلى الغلاف الجوي الأرضي. لذلك، حاولنا تحديد نسبة الخلط لهذا الخليط، أو التمييز بين الجزيئات ذات الأصل الشمسي وأيها ذات الأصل الأرضي”.

يتم إنشاء المجال المغناطيسي للأرض بواسطة التيارات الكهربائية الناتجة عن حركة الحديد المنصهر والنيكل في اللب الخارجي السائل للكوكب. وهي تمتد بعيدًا في الفضاء، لتشكل درعًا يحرف الكثير من الرياح الشمسية، والتي من شأنها أن تؤدي إلى تآكل الغلاف الجوي.

عندما يتفاعل المجال المغناطيسي مع الرياح الشمسية، فإنه يخلق غلافًا مغناطيسيًا، وهو هيكل يشبه المذنب ذو مقدمة مضغوطة وذيل طويل. عندما يتم توجيه جزيئات الرياح الشمسية على طول خطوط الغلاف المغناطيسي بالقرب من القطبين، نحصل على الشفق القطبي، المعروف أيضًا باسم الأضواء الشمالية والجنوبية.

يفسر شكل الغلاف المغناطيسي سبب قدرة الرياح الشمسية على تجريد بعض الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي للأرض وتوجيهها إلى الفضاء. كما أنه يسمح أيضًا بنقل جزء أكبر من الغلاف الجوي للأرض إلى القمر مقارنةً بنموذج الأرض غير الممغنط أو القديم، وفقًا لبلاكمان.

وقال: “المجال المغناطيسي ليس وقائيًا تمامًا لسببين: فهو يعاني من ضغط، مما يؤدي إلى تضخيم الغلاف الجوي للأرض إلى حد ما، مما يمنح الرياح الشمسية وصولاً أكبر إلى الغلاف الجوي”. “وعندما يكون القمر في مرحلة اكتمال القمر من مداره، فإنه يمر إلى منطقة تسمى” الذيل المغناطيسي “حيث يفتح المجال المغناطيسي قناة تسمح لمواد الغلاف الجوي المنفجرة باتخاذ مسار أكثر مباشرة إلى القمر.”

يمر القمر عبر الذيل المغناطيسي لبضعة أيام كل شهر، وتهبط الجسيمات على سطح القمر حيث تنغرس في التربة لأن القمر يفتقر إلى الغلاف الجوي الذي يحجبها.

وتقول الدراسة إن فهم تاريخ هذا التفاعل بين القمر والأرض مهم لأنه يوفر سجلاً كيميائيًا قيمًا، أو معلومات حول الغلاف الجوي القديم للأرض والتي يمكن احتواؤها في التربة القمرية. وقال بلاكمان إن تكوين الغلاف الجوي مرتبط بتطور الحياة في مراحل مختلفة من تاريخ الأرض.

منظور جديد

وقال كينتارو تيرادا، أستاذ الكيمياء الكونية النظائرية والكيمياء الجيولوجية بجامعة أوساكا اليابانية، إنه سعيد لأن ملاحظاته قد تم إثباتها نظريًا. قاد تيرادا دراسة أجريت عام 2017 أظهرت كيف قامت الرياح الشمسية والمجال المغناطيسي للأرض بنقل الأكسجين إلى القمر، لكنه لم يشارك في البحث الجديد.

وقال في رسالة بالبريد الإلكتروني: “من المعروف منذ فترة طويلة أن الأرض والقمر قد تطورا جسديًا منذ تكوينهما”. وأوضح أن اكتشاف النيازك القمرية ومراقبة تيارات الجسيمات من الأرض التي تحملها الرياح الشمسية يكشفان عن منظور جديد: “لقد أثر الجسمان أيضًا على بعضهما البعض كيميائيًا – وهو نوع من التبادل المادي”، مضيفًا أن الورقة البحثية “مثيرة للغاية في مناقشتها الشاملة لتاريخ الأرض”.

يحمل القمر أدلة حول تاريخ الأرض وتطورها، وهذه الدراسة الجديدة تعزز هذه الفكرة، وفقًا لسيمون باربر، زميل أبحاث كبير في الجامعة المفتوحة في المملكة المتحدة، والذي لم يشارك في العمل.

وأضاف أن الدراسة تأتي أيضًا في الوقت المناسب، نظرًا للحصول مؤخرًا على عينات جديدة من التربة القمرية الشابة بواسطة مهمة Chang’e-5 الصينية في عام 2020، بالإضافة إلى العينات الأولى من الجانب البعيد للقمر بواسطة Chang’e-6 في عام 2024، مما يوفر الفرصة لاختبار النتائج بشكل أكبر.

بالإضافة إلى ذلك، قال باربر، إن العمل سيوفر تفسيرًا لنتائج مركبات الهبوط الروبوتية القادمة على سطح القمر والقادرة على قياس العناصر المتطايرة في الثرى القمري مباشرةً.

لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com