آب روی ماه مدت‌هاست که دانشمندان را مجذوب خود کرده است. نه تنها به دلیل اهمیت آن برای ماموریت‌های آینده به ماه، بلکه به خاطر سوال بزرگی که مطرح می‌کند: این آب از کجا آمده است؟ از دهه ۱۹۶۰، پژوهشگران این ایده را مطرح کرده‌اند که خورشید ممکن است نقش مهمی در شکل‌گیری آب روی ماه داشته باشد.
آیا خورشید در حال ایجاد آب روی ماه است؟
تایید آزمایشگاهی یک نظریه قدیمی
پژوهشگران مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا و همکارانشان این فرآیند را در آزمایشگاه تایید کرده‌اند. آن‌ها از یکی از واقعی‌ترین شبیه‌سازی‌های برخورد باد خورشیدی با غبار ماه استفاده کردند.
این یافته‌ها می‌توانند تاثیر بزرگی بر برنامه‌ریزی ماموریت‌های آینده ناسا، به ویژه به قطب جنوب ماه، داشته باشند؛ جایی که ممکن است آب یخ‌زده در دهانه‌های سایه‌دار وجود داشته باشد و منبعی گرانبها برای اکتشافات آتی باشد.
«نکته هیجان‌انگیز اینجاست که فقط با خاک ماه و یک عنصر پایه‌ای از خورشید، یعنی هیدروژن که همیشه در حال انتشار است، امکان ایجاد آب وجود دارد. این واقعاً شگفت‌انگیز است.»
— لی هسیا یو، دانشمند پژوهشی در مرکز گادرد ناسا
باد خورشیدی و شکل‌گیری آب
ماه، بی‌دفاع در برابر باد خورشیدی
خورشید پیوسته ذراتی به نام باد خورشیدی را با سرعتی بیش از یک میلیون مایل در ساعت به سراسر منظومه شمسی می‌فرستد. این ذرات عمدتاً شامل پروتون‌های هیدروژن هستند.
زمین با داشتن میدان مغناطیسی و جو، در برابر این بمباران محافظت می‌شود، اما ماه فاقد این حفاظ‌ها است. سطح خاکی و غبارآلود ماه، که از ماده‌ای زبر و سنگی به نام رگولیت تشکیل شده، کاملاً در معرض این ذرات قرار دارد.
روند تشکیل آب در رگولیت
زمانی که پروتون‌های باد خورشیدی به رگولیت برخورد می‌کنند، الکترون دریافت کرده و به اتم‌های هیدروژن تبدیل می‌شوند. این اتم‌ها درون سطح ماه حرکت کرده و با اکسیژن موجود در کانی‌هایی چون سیلیکا پیوند برقرار می‌کنند.
نتیجه؟ تشکیل مولکول‌های هیدروکسیل (OH) و گاهی اوقات آب واقعی (H₂O). شواهد هر دوی این مولکول‌ها در لایه‌های بالایی سطح ماه، تنها در چند میلی‌متر ابتدایی، کشف شده است.
چالش در تشخیص آب از هیدروکسیل
دانشمندان این مولکول‌ها را از طریق «اثر انگشت شیمیایی» با استفاده از تحلیل نور شناسایی می‌کنند. با این حال، تشخیص دقیق بین هیدروکسیل و آب دشوار است؛ بنابراین اغلب اصطلاح «آب» به صورت کلی برای هر دو استفاده می‌شود.
امضای پویای آب روی ماه
تغییرات روزانه امضای آب
مشاهدات فضاپیماهای پیشین نشان داده‌اند که ممکن است باد خورشیدی به طور فعال در تولید این آب نقش داشته باشد. یکی از نشانه‌های اصلی این است که امضای آب روی ماه در طول شبانه‌روز تغییر می‌کند.
در برخی مناطق، این سیگنال در ساعات خنک صبح قوی‌تر و در گرمای بعدازظهر ضعیف‌تر می‌شود و سپس شب هنگام بازمی‌گردد. این الگو نشان می‌دهد که آب روی ماه پدیده‌ای ایستا نیست، بلکه دینامیک بوده و ممکن است به طور روزانه تولید و از دست برود.
بازآفرینی شرایط ماه در آزمایشگاه
طراحی یک آزمایش بی‌نظیر
برای آزمایش نظریه باد خورشیدی، یو و همکارش جیسون مک‌لین یک آزمایشگاه ویژه ساختند. این اولین باری بود که نمونه‌های ماه در طول آزمایش در خلأ نگه داشته شدند تا از آلودگی رطوبتی زمین جلوگیری شود.
«طراحی اجزای دستگاه و جا دادن همه قطعات داخل آن زمان زیادی برد، اما ارزشش را داشت؛ چون با حذف تمام منابع احتمالی آلودگی، توانستیم صحت این نظریه قدیمی را ثابت کنیم.»
— جیسون مک‌لین
شبیه‌سازی ۸۰ هزار سال قرارگیری در معرض باد خورشیدی
تیم تحقیقاتی از گردوغبار جمع‌آوری‌شده در ماموریت آپولو ۱۷ در سال ۱۹۷۲ استفاده کرد. این نمونه‌ها ابتدا حرارت داده شدند تا هرگونه آب احتمالی جذب‌شده حذف شود. سپس آن‌ها را با دوز بالایی از باد خورشیدی شبیه‌سازی شده با استفاده از یک شتاب‌دهنده ذرات کوچک بمباران کردند. این فرایند معادل حدود ۸۰ هزار سال قرارگیری طبیعی در معرض باد خورشیدی بود.
ردیابی سیگنال‌های مولکولی
تشخیص نشانه‌های تشکیل آب
برای بررسی تغییرات، پژوهشگران از طیف‌سنجی استفاده کردند؛ ابزاری که نحوه بازتاب نور از مواد را اندازه‌گیری می‌کند. آن‌ها افت خاصی در سیگنال نوری مشاهده کردند، درست در محدوده مادون قرمزی که آب معمولاً انرژی را در آن جذب می‌کند.
این افت نشانه قطعی تشکیل آب یا هیدروکسیل بود. اگرچه نمی‌توان با اطمینان گفت که دقیقاً آب یا هیدروکسیل تشکیل شده است، اما سیگنال قوی نشان‌دهنده تولید هر دو است.
خورشید، خالق آب روی ماه؟
این نتایج نظریه نقش خورشید در تشکیل آب روی ماه از طریق باد خورشیدی را تقویت می‌کند.
اهمیت درک فرآیند تشکیل آب
تاثیر بر ماموریت‌های آینده
درک این که آب چگونه و کجا روی ماه شکل می‌گیرد، تنها یک کنجکاوی علمی نیست. این دانش می‌تواند بر نحوه اکتشاف سطح ماه توسط فضانوردان تاثیرگذار باشد.
اگر واقعاً باد خورشیدی حتی در مقادیر ناچیز باعث تولید آب شود، خاک ماه می‌تواند به منبعی ارزشمند تبدیل شود؛ منبعی برای آب آشامیدنی، اکسیژن قابل تنفس یا حتی سوخت موشک.
و اکنون، به لطف یک محفظه مهر و موم شده دقیق و کمی گردوغبار از گذشته، این امکان بسیار واقعی‌تر به نظر می‌رسد.
این مطالعه کامل در ژورنال Journal of Geophysical Research: Planets منتشر شده است.
