من المقرر أن تقوم مهمة أرتميس 2 القادمة لناسا بإعادة رواد الفضاء إلى القمر في موعد لا يتجاوز أبريل 2026. وكان رواد الفضاء آخر مرة وصلوا إلى القمر في عام 1972 خلال مهمة أبولو 17.
سوف يستخدم Artemis II نظام الإطلاق الفضائي التابع لناسا، وهو صاروخ قوي للغاية سيمكن الإنسان من استكشاف الفضاء خارج الغلاف الجوي للأرض. وسيسافر الطاقم المكون من أربعة أفراد في مركبة أوريون الفضائية، التي أطلقتها الوكالة حول القمر وعادت بنجاح خلال مهمة أرتميس 1.
ولكن قبل أرتميس 2، سترسل وكالة ناسا بعثتين لاستكشاف سطح القطب الجنوبي للقمر بحثًا عن الموارد التي يمكن أن تدعم السفر البشري إلى الفضاء وتتيح اكتشافات علمية جديدة.
يهتم علماء جيولوجيا الكواكب مثلي بالبيانات الواردة من Lunar Trailblazer، وهي إحدى هاتين المهمتين الاستكشافيتين. ستساعدنا البيانات المستمدة من هذه المهمة على فهم كيفية تشكل المياه وسلوكها على الكواكب الصخرية والأقمار.
البدء بالبحث العلمي
سيتم تركيب PRIME-1، أو تجربة التعدين الجليدي للموارد القطبية، على مركبة الهبوط على سطح القمر. ومن المقرر إطلاقه في يناير 2025.
يوجد على متن مركبة الهبوط أداتان: الثرى وحفر الجليد لاستكشاف التضاريس الجديدة، ترايدنت، ومطياف الكتلة لمراقبة العمليات القمرية، MSOLO. سوف تقوم ترايدنت بحفر ما يصل إلى 3 أقدام (متر واحد) واستخراج عينات من التربة القمرية، وسوف تقوم MSOLO بتقييم التركيب الكيميائي للتربة ومحتوى الماء.
ينضم إلى تجربة التعدين القمري Lunar Trailblazer، وهو قمر صناعي يتم إطلاقه على نفس صاروخ Falcon 9.
فكر في هذا الإعداد على أنه تجمع Uber عبر الأقمار الصناعية بملايين الدولارات، أو مشاركة في الرحلة حيث تتشارك مهمات متعددة صاروخًا وتقلل من استخدام الوقود أثناء الهروب من جاذبية الأرض.
بيثاني إيلمان، عالمة الكواكب، هي الباحثة الرئيسية في Lunar Trailblazer وتقود فريقًا تشغيليًا من العلماء والطلاب من حرم معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. Trailblazer هي مهمة صغيرة ومبتكرة تابعة لوكالة ناسا لاستكشاف الكواكب، أو SIMPLEx.
وتهدف هذه البعثات إلى توفير الخبرة العملية في مجال العمليات بتكلفة أقل. تبلغ ميزانية كل مهمة من مهام SIMPLex حدًا أقصى قدره 55 مليون دولار أمريكي، بينما تتجاوز ميزانية Trailblazer قليلاً الميزانية البالغة 80 مليون دولار. وحتى مع تجاوز الميزانية، ستكلف هذه المهمة حوالي ربع تكلفة مهمة روبوتية نموذجية من برنامج الاستكشاف التابع لناسا. تبلغ تكلفة بعثات برنامج الاكتشاف عادة حوالي 300 مليون دولار، بميزانية قصوى تبلغ 500 مليون دولار.
بناء أقمار صناعية صغيرة ولكنها قوية
عقود من البحث والتطوير في مجال الأقمار الصناعية الصغيرة، أو SmallSats، فتحت الإمكانية أمام Trailblazer. تأخذ SmallSats قياسات محددة للغاية وتكمل البيانات المستمدة من أدوات أخرى.
يمكن للعديد من الأقمار الصناعية الصغيرة التي تعمل معًا في كوكبة أن تأخذ قياسات مختلفة في وقت واحد للحصول على عرض عالي الدقة لسطح الأرض أو القمر.
يمكن لمهمات SIMPLEx استخدام SmallSats. ولأنها صغيرة الحجم وبأسعار معقولة، فإنها تسمح للباحثين بدراسة الأسئلة التي تنطوي على مخاطر فنية أعلى. على سبيل المثال، تستخدم Lunar Trailblazer الأجزاء التجارية الجاهزة للحفاظ على انخفاض التكلفة.
قد تساعد هذه المهام التجريبية منخفضة التكلفة وعالية المخاطر الجيولوجيين على فهم أصل النظام الشمسي بشكل أكبر، بالإضافة إلى مكوناته وكيف تغير مع مرور الوقت. سوف يركز Lunar Trailblazer بشكل خاص على رسم خريطة للقمر.
جدول زمني مختصر لاكتشافات المياه على القمر
لقد انبهر العلماء منذ فترة طويلة بسطح أقرب جار سماوي لنا، القمر. في وقت مبكر من منتصف القرن السابع عشر، أخطأ علماء الفلك في وصف الانفجارات البركانية القديمة على أنها فرس قمري، مشتقة من الكلمة اللاتينية التي تعني “البحار”.
وبعد ما يقرب من قرنين من الزمان، أشارت حسابات الفلكي ويليام بيكرينغ إلى أن القمر ليس له غلاف جوي. وقد دفعه هذا إلى استنتاج أن القمر لا يمكن أن يحتوي على ماء على سطحه، لأن هذا الماء سوف يتبخر.
ومع ذلك، في التسعينيات، اكتشفت مهمة كليمنتين التابعة لناسا وجود مياه على القمر. كانت كليمنتين هي أول مهمة ترسم خريطة كاملة لسطح القمر، بما في ذلك القطبين القمريين. كشفت هذه البيانات عن وجود الجليد في المناطق المظللة بشكل دائم على القمر بدقة منخفضة.
دفع اكتشاف العلماء الأول للمياه إلى مزيد من الاستكشاف. أطلقت ناسا المركبة القمرية Lunar Prospector في عام 1998 ومركبة الاستطلاع القمرية Lunar Reconnaissance Orbiter في عام 2009. وأطلقت منظمة أبحاث الفضاء الهندية مهمتها Chandrayaan-1 باستخدام جهاز رسم خرائط المعادن القمرية M3 في عام 2008. وعلى الرغم من أن M3 لم يكن مصممًا للكشف عن الماء السائل، إلا أنه فعل ذلك بشكل غير متوقع العثور عليه في المناطق المضاءة بنور الشمس على القمر.
قدمت هذه المهمات مجتمعة خرائط توضح كيفية توزيع المعادن المائية – المعادن التي تحتوي على جزيئات الماء في تركيبها الكيميائي – والماء المثلج على سطح القمر، خاصة في المناطق الباردة والمظلمة والمظللة بشكل دائم.
مهمة جديدة، علم جديد
ولكن كيف تتغير درجة الحرارة والحالة الفيزيائية للمياه على القمر بسبب التغيرات في ضوء الشمس وظلال الحفرة؟
سيستضيف Lunar Trailblazer أداتين، Lunar Thermal Mapper، LTM، وجهاز M3 المتطور، وهو High-Resolution Volatiles and Minerals Moon Mapper، HVM3.
ستقوم أداة LTM برسم خريطة لدرجة حرارة السطح، بينما سيقيس جهاز HVM3 كيفية امتصاص الصخور القمرية للضوء. وستسمح له هذه القياسات بالكشف والتمييز بين الماء في صورته السائلة والجليدية.
بالترادف، ستوفر هذه الأجهزة قياسات حرارية وكيميائية للصخور القمرية المائية. سيقومون بقياس المياه خلال أوقات مختلفة من اليوم القمري، أي حوالي 29.5 يومًا أرضيًا، لمحاولة إظهار كيف يختلف التركيب الكيميائي للمياه اعتمادًا على الوقت من اليوم ومكان وجوده على القمر.
ستخبر هذه النتائج الباحثين في أي مرحلة – صلبة أو سائلة – يوجد فيها الماء.
الأهمية العلمية وما هو التالي
هناك ثلاث نظريات رائدة حول مصدر المياه القمرية. من الممكن أن يكون الماء مخزنًا داخل القمر منذ تكوينه، في طبقة الوشاح. ربما سمحت بعض العمليات الجيولوجية له بالهروب ببطء إلى السطح مع مرور الوقت.
أو ربما وصلت المياه على الكويكبات والمذنبات التي اصطدمت بسطح القمر. وربما تم إنشاؤها من خلال التفاعلات مع الرياح الشمسية، وهي عبارة عن تيار من الجسيمات التي تأتي من الشمس.
قد يسلط Lunar Trailblazer الضوء على هذه النظريات ويساعد الباحثين على إحراز تقدم في العديد من الأسئلة العلمية الكبيرة الأخرى، بما في ذلك كيفية سلوك الماء على الأجسام الصخرية مثل القمر وما إذا كان رواد الفضاء في المستقبل سيتمكنون من استخدامه.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: سيزار ليون جونيور، جامعة واشنطن في سانت لويس
اقرأ المزيد:
كان سيزار ليون منتسبًا سابقًا إلى معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في عام 2023 للحصول على زمالة بحثية صيفية للطلاب الجامعيين. لقد عمل في مختبر البروفيسور بيثاني إيلمان (الباحث الرئيسي في Lunar Trailblazer) في مشروع مختلف غير Lunar Trailblazer.