أخبار العلوم للطلاب تحتفل بالذكرى الخمسين للهبوط على القمر ، والتي مرت في تموز (يوليو) ، بسلسلة من ثلاثة أجزاء عن قمر الأرض. في الجزء الأول أخبار العلوم زارت المراسلة ليزا غروسمان صخورًا تم إحضارها من القمر. يستكشف الجزء الثاني ما تركه رواد الفضاء على القمر. ابحث عن الجزء الثالث في نوفمبر ، وتحقق من أرشيفنا لهذه القصة عن نيل أرمسترونج ورائده في السير على سطح القمر عام 1969.
قبل خمسين عامًا ، سار رواد الفضاء على سطح القمر لأول مرة. كجزء من برنامج أبولو التابع لوكالة ناسا ، بدأوا ست بعثات لزيارة القمر المجاور للأرض. بمجرد وصول رواد فضاء أبولو إلى القمر ، كان لديهم هدفان رئيسيان:الحصول على أنفسهم وصخور القمر التي جمعوها إلى المنزل بأمان.
وهذا يعني توفير مساحة على وحدات قمرية ضيقة لحوالي 360 كيلوجرامًا (حوالي 800 رطل) من عينات القمر. تم إلقاء أي شيء لم يكونوا بحاجة إليه في رحلة العودة إلى المنزل - الكاميرات ، والأراجيح ، والأحذية ، والقمامة. حتى أنهم تخلوا عن أشياء كبيرة مثل عربات القمر ووحدات الإطلاق.
لكن رواد الفضاء تركوا أكثر من مجرد رمي القمامة. تميز الطاقم بزياراتهم بستة أعلام أمريكية والكثير من التذكارات. كما تركوا وراءهم حوالي اثنتي عشرة تجربة لمراقبة القمر. لا يزال أحد يعمل حتى اليوم.
يقول نوح بيترو إن هذه التجارب كانت أجزاء مهمة من أبولو. يعمل في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. وهناك يعمل كعالم مشروع في مهمة المركبة المدارية لاستطلاع القمر. كان هدفها رسم خريطة القمر.
بالعودة إلى عصر أبولو ، لم تحظ التجارب بالكثير من الاهتمام ، كما يشير بيترو. ذلك لأن القصة الكبيرة كانت ترسل البشر إلى سطح القمر.
عندما نفكر في إرث أبولو الممتد على مدى 50 عامًا ، فإن معظمنا لا نتخيل خردة رواد الفضاء وهم يجمعون الغبار الفضائي. لكن الدول تخطط لمشاريع جديدة للقمر. لذلك يفكر الباحثون الآن في كيفية منع زوار القمر في المستقبل من محو علامات خطى البشر الأولى خارج الأرض.
إنشاء معمل قمري
استمرت الرحلات القمرية الست من عام 1969 إلى عام 1972. أمضت أطقم أبولو ما يقرب من 80 ساعة في استكشاف سطح القمر. لقد جمعوا الصخور والتقطوا صورًا لسطح القمر وأجروا أنواعًا عديدة من التجارب. التقط رواد الفضاء جزيئات من الرياح الشمسية برقائق معدنية. حتى أنهم قاموا بتفجير متفجرات لقياس الهزات الناتجة.
الحفاظ على بقايا "الثقافة" البشرية على القمر
زرعت أول مهمة إلى القمر ، أبولو 11 ، أجهزة قياس الزلازل التي تعمل بالطاقة الشمسية. تكتشف هذه الأجهزة وقياس الزلازل القمرية - الهزات التي تمر عبر القمر. كما ترك رواد الفضاء وراءهم المرايا. عند إقرانها بأشعة الليزر على الأرض ، يمكن استخدام المرايا لقياس المسافة بين الأرض والقمر بدقة.
ترك رواد الفضاء إعدادات أكثر تفصيلاً خلال بعثات أبولو الأخرى. جمعت بعض الأجهزة التي تعمل بالطاقة النووية البيانات حتى عام 1977. نظرًا لأن وكالة ناسا قررت التركيز على مشاريع أخرى ، فقد أوقفت العملية بأكملها.
يقول بيترو إن البيانات ظلت دون دراسة لسنوات. لكن خلال العقد الماضي ، تولى جيل جديد من العلماء الشعلة. إنهم يحللون ملاحظات أبولو للإجابة على بعض الأسئلة العالقة.
حل الألغاز القديمة
هذه المهمة ليست بسيطة مثل المتابعة من حيث توقف علماء السبعينيات. هذا ما اكتشفه Seiichi Nagihara. عالم جيوفيزيائي في جامعة تكساس التقنية في لوبوك ، شرع في حل لغز مضى عليه عقود حول درجة حرارة القمر.
في أبولو 15 و 17 ، قام رواد الفضاء بتركيب موازين حرارة على سطح القمر. أخذ هؤلاء درجة حرارة القمر على أعماق مختلفة وأرسلوا تلك البيانات إلى الأرض. قام علماء عصر أبولو بمراجعة البيانات التي تم جمعها خلال عام 1974. وأظهرت النتائج شيئًا غريبًا. كانت درجة حرارة القمر تحت السطح ترتفع ببطء.
"نحن نتحدث عن ارتفاع طفيف للغاية ،" بضع درجات فقط ، يقول ناجيهارا. لكن الباحثين في ذلك الوقت لم يتمكنوا من معرفة سبب حدوث ذلك. لذلك قرر Nagihara فحص جميع بيانات درجة الحرارة التي تم جمعها خلال عام 1977. وللأسف ، كانت الأشرطة التي سجلت هذه القياسات مفقودة. هذه مشكلة شائعة. خلال عصر أبولو ، تم تخزين البيانات في مختبرات العلماء الفردية. لم يتم أرشفة العديد من القياسات بشكل صحيح.
يقول ناجيهارا:"قررت مجموعة منا ... محاولة تعقب الأشرطة". قاموا بمسح آلاف الوثائق في مركز جونسون لرحلات الفضاء التابع لناسا في هيوستن ، تكساس. وتتبع الباحثون 440 شريطًا محفوظًا في أرشيف بولاية ماريلاند. لكن تلك التي غطت حوالي ثلاثة أشهر فقط من الملاحظات.
الشرح:كيف تتحرك الحرارة
لحسن الحظ ، اكتشف فريق Nagihara المذكرات الأسبوعية التي تشير إلى المزيد من بيانات درجة الحرارة. تم أرشفة هذه في معهد القمر والكواكب في هيوستن. استخدم الفريق هذه البيانات لتجميع صورة لدرجة حرارة القمر من عام 1971 حتى عام 1977.
كان السطح لا يزال يسخن ببطء عندما انتهى جمع البيانات. بحثًا عن مصدر للحرارة ، لجأ الباحثون إلى الصور التي التقطتها المركبة المدارية الاستطلاعية القمرية.
تدور هذه المركبة الفضائية حول القمر منذ عام 2009. وأظهرت صورها أن التربة التي أثارها رواد الفضاء كانت أغمق قليلاً من التضاريس القمرية الأخرى. ربما كان الظلام كافياً لامتصاص المزيد من ضوء الشمس وتدفئة الأرض تحتها.
الشرح:ما هو نموذج الكمبيوتر؟
نماذج الكمبيوتر تؤكد أن القمر لم يكن يسخن من الداخل إلى الخارج.
ربما تسبب رواد الفضاء الذين قاموا برحلات حول سطح القمر في ارتفاع درجة حرارته بنحو 2 إلى 3 درجات مئوية (حوالي 4.5 إلى 5.5 درجة فهرنهايت). وانتشرت الحرارة الزائدة ببطء أكثر من متر (3 أقدام) في الأرض. تسبب ذلك في الاحترار الذي اكتشفته أجهزة أبولو. تبين أن تلك الخطوات قد تركت علامات على القمر أعمق بكثير من آثار الحذاء الأيقونية.
أبلغ الباحثون عن النتائج في أبريل 2018 في Journal of Geophysical Research:Planets .
السهر على الجاذبية
نجح ناجيهارا وباحثون آخرون في البحث عن بيانات أبولو القديمة وتحليلها. لكن مشروعًا واحدًا لا يزال على قدم وساق:مقياس ليزر لقياس المسافة بين الأرض والقمر.
يطلق عليه تجربة عاكس المدى بالليزر. وهي تعتمد على تلك المرايا الخاصة التي وضعها رواد الفضاء على القمر من قبل رواد الفضاء في بعثات أبولو 11 و 14 و 15. كل مرآة لها ثلاثة جوانب على شكل زاوية مكعب. عندما يضرب الضوء الزاوية ، فإنه سينعكس دائمًا في الاتجاه الدقيق الذي أتى منه. يطلق الباحثون شعاع ليزر على هذه المرايا من تلسكوب على الأرض. ثم يقومون بتسجيل الوقت الذي يستغرقه الضوء للعودة.
قدمت هذه القياسات العديد من الأفكار. على سبيل المثال ، أظهروا أن القمر يبتعد عن الأرض بحوالي 3.8 سم (1.5 بوصة) في السنة. وتشير الاختلافات الطفيفة في دوران القمر إلى أن هذا الجسم له نواة صغيرة نسبيًا.
يستخدم الفيزيائي توم مورفي المرايا للإجابة على سؤال أكبر بكثير من القمر. إنه يختبر مبدأ التكافؤ - وهو جزء أساسي من نظرية أينشتاين في الجاذبية.
ينص مبدأ التكافؤ هذا على أن أي جسمين في نفس مجال الجاذبية يجب أن يسقطوا بنفس المعدل. يجب أن تضرب كرة البولينج وكرة البينج بونج الأرض في نفس الوقت (على الأقل إذا سقطتا في الفراغ). ويجب أن يدور القمر والأرض حول الشمس بنفس المعدل تمامًا. إذا كان المعدل المداري يخالف هذا المبدأ ، فإن ذلك سيكشف عن خلل في النظرية.
يقول العلماء:الكم
لا تتوافق نظرية أينشتاين مع ميكانيكا الكم. هذه هي فيزياء الأجسام الصغيرة جدًا. شيء يجب أن يعطيه. قد يكون هذا المبدأ أحد تلك الأشياء ، كما يقول مورفي ، من جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو. إذا تمكن العلماء من إثبات خطأ أينشتاين ، فقد يؤدي ذلك إلى نظرية جديدة توحده مع ميكانيكا الكم.
حتى الآن ، يدور القمر والأرض حول الشمس بنفس المعدل. ولكن في عام 2006 ، بدأ مورفي في جمع البيانات بمزيد من الدقة. يقول مورفي إن الأمر سيستغرق سنوات أكثر للحصول على بيانات كافية ونماذج حاسوبية أفضل لتحليلها. لحسن الحظ ، لا تتطلب المرايا الموجودة على القمر أي قوة ، لذلك يمكنه جمع البيانات في المستقبل المنظور. في النهاية ، يمكن أن تكشف تلك الملاحظات الدقيقة عن صدع في المبدأ.
مهملات رائد فضاء
تم تثبيت حوالي عشرة أنواع من الأدوات على القمر. قاس البعض مجالها المغناطيسي. اكتشف آخرون التركيب الكيميائي لجوها الهش. يستعيد مشروع بيانات القمر التابع لوكالة ناسا البيانات من هذه التجارب وتجارب أبولو الأخرى. وبهذه الطريقة ، يمكن للعلماء الاستمرار في البحث في الملاحظات لسنوات قادمة.
"عندما يكون لديك هذا المورد النادر بشكل لا يصدق ، فلا يمكنك لا يقول عالم الكواكب رينيه ويبر:"استمروا في العمل عليها". تدرس البيانات السيزمية القمرية في مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا في هانتسفيل ، آلا. "هناك دائمًا تقنيات جديدة يجب تجربتها" وأجهزة كمبيوتر أفضل لاستكشاف الإشارات المفقودة.
تشير الزلازل التي تم استشعارها بواسطة مقاييس الزلازل في أبولو إلى أن القمر ربما لا يزال نشطًا تكتونيًا. وأفاد فريق ويبر في مايو / أيار أن الأخطاء الصغيرة على سطح القمر تدعم هذه الفكرة. يقول ويبر إن فهم الزلازل القمرية يمكن أن يساعد وكالة ناسا والوكالات الأخرى على تحديد مكان هبوط المركبات الفضائية المستقبلية. أو مكان تشييد المباني على سطح القمر. وتضيف أنه إذا كانت هذه الصدوع الصغيرة تشير إلى مواقع نشاط اهتزاز الأرض ، فقد يرغب زوار القمر في المستقبل في تجنبها.
هناك أيضًا الكثير لنتعلمه من خلال اختبار مدى جودة أداء أدوات أبولو وبقايا رواد الفضاء. كل تلك الأشياء تعرضت للعناصر القمرية لعقود. يمكن للبعثات المستقبلية أن تأخذ عينات من الحطام للتعرف على كيفية قيام المجتمعات البشرية يومًا ما بتحليق القمر.
أسئلة الفصل الدراسي
يقول عالم الكواكب فيليب ميتزجر إن كل شيء في هذه المواقع لا يقدر بثمن للبحث. يعمل في جامعة سنترال فلوريدا في أورلاندو. إنه يتخيل التحقيق في تأثيرات الإشعاع والرياح الشمسية على أشياء مثل البطاريات وعدسات الكاميرا والمناشف وسدادات الأذن.
حتى أن هناك قيمة في أكياس فضلات رواد الفضاء. تشير الدراسات إلى أن الميكروبات يمكن أن تعيش في الفضاء خلال فترات زمنية قصيرة جدًا ، كما يقول ميتزجر. يمكن للعلماء اختبار ما إذا كانت الميكروبات في فضلات رواد الفضاء قد نجت أو تحورت على مدار الخمسين عامًا الماضية. يمكن أن يساعد ذلك في تحديد ما إذا كانت الحياة يمكن أن تقفز بين الكواكب أو حتى بين الأنظمة الشمسية. يقول إن هذه "أسئلة مهمة حقًا" ، "حول موقع الحياة في الكون."
