در زیر دهانه‌های قطبی ماه که در سایه دائمی قرار دارند، ممکن است یخ آب دور از دسترس ابزارهای مداری پنهان شده باشد. محققان اکنون بر این باورند که این ذخایر مدفون را می‌توان با گوش دادن به تغییراتِ ارتعاشاتی که از میان خاک ماه عبور می‌کنند، مکان‌یابی کرد.
زمین‌شناسان دانشگاه مریلند، آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و دانشگاه هاوایی دریافتند که امواج لرزه‌ای (همان ارتعاشاتی که در طول زلزله ثبت می‌شوند) می‌توانند یخ‌های زیر سطح ماه را آشکار کرده و نقشه‌برداری کنند.
این یافته‌ها که در مجله Science Advances منتشر شده، در شرایطی به دست آمده که ناسا در حال آماده شدن برای اعزام فضانوردان به منطقه قطب جنوب ماه از طریق برنامه «آرتمیس» است و فرودهای سرنشین‌دار برای سال ۲۰۲۸ برنامه‌ریزی شده‌اند. یخ‌های حفظ‌شده در سایه‌های عمیق دهانه‌های قطبی می‌توانند به یکی از مفیدترین منابع محلیِ در دسترس برای کاوشگران آینده تبدیل شوند.
یخ ماه پس از ذوب و تصفیه، می‌تواند آب آشامیدنی را تامین کند. همچنین با استفاده از نیروی الکتریسیته می‌توان آن را به اکسیژن برای تنفس و هیدروژن برای سوخت موشک تجزیه کرد و از این طریق، مقدار موادی را که ماموریت‌های طولانی‌مدت و پایگاه‌های دائمی باید از زمین با خود حمل کنند، کاهش داد.
نیکلاس اشمر (Nicholas Schmerr)، دانشیار دپارتمان علوم زمین‌شناسی، محیط‌زیست و سیاره‌ای دانشگاه مریلند (UMD) و یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید:
شناسایی هر ماده‌ای در ماه که یک فضانورد بتواند در طول حضورش در آنجا استفاده کند، بسیار حیاتی است. از آنجایی‌که آن‌ها با منابع محدودی که از زمین آورده‌اند در مضیقه خواهند بود، هر چیزی که در ماه پیدا کنند اساساً به آن‌ها کمک می‌کند تا از منابع محلی برای بقا استفاده کنند؛ به‌ویژه برای ماموریت‌ها یا پایگاه‌های طولانی‌مدت.
امواج لرزه‌ای می‌توانند در اعماق بیشتری کاوش کنند
مقدار و پراکندگی یخ در ماه همچنان نامشخص است. ماهواره‌ها می‌توانند ماه را از مدار بررسی کنند، اما مشاهدات آن‌ها عمدتاً به کم‌عمق‌ترین لایه خاک محدود می‌شود. برخی از ذخایر ممکن است در اعماق بسیار بیشتری از سطح مدفون باشند، جایی که اندازه‌گیری‌های لرزه‌ای می‌توانند دید واضح‌تری ارائه دهند.
این اصل بر یک تفاوت قابل اندازه‌گیری بین خاک خشک و یخ‌زده استوار است. یخ باعث می‌شود مواد اطراف آن سفت‌تر شوند و این امر به ارتعاشات لرزه‌ای اجازه می‌دهد تا دو تا سه برابر سریع‌تر از زمانی که در خاک خشک حرکت می‌کنند، جابجا شوند. مناطق غنی از یخ نیز ممکن است انرژی لرزه‌ای را به جای اینکه اجازه دهند از میان زمین عبور کند، بازتاب دهند که این امر اثری مشابه پژواک صدا از یک دیوار را ایجاد می‌کند.
به گفته اشمر، یک لرزه‌سنج که به‌درستی روی ماه مستقر شده باشد، می‌تواند هر دو نشانه را ثبت کند.
او توضیح داد:
ما می‌توانیم از امواج لرزه‌ای نه‌تنها برای پی بردن به وجود یخ استفاده کنیم، بلکه می‌توانیم به طور تقریبی مقدار آن را نیز بسنجیم.
سه آزمایش یک سیگنال مشابه را تولید کردند
محققان این ایده را از طریق سه رویکرد مکمل آزمایش کردند. هریسون لیزابت (Harrison Lisabeth)، نویسنده اصلی مقاله (فارغ‌التحصیل دکترای زمین‌شناسی در سال ۲۰۱۶ از UMD) و فیزیک‌دان سنگ در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، کار خود را با سنگ‌های آتشفشانی آریزونا آغاز کرد که پس از خرد شدن، شباهت زیادی به غبار ماه دارند.
لیزابت این مواد را منجمد کرد و سپس با استفاده از اشعه ایکس مشاهده کرد که یخ چگونه در فضاهای میکروسکوپی بین دانه‌های آن جمع می‌شود. این آزمایش کمک کرد تا مشخص شود خاک یخ‌زده ماه در زیر سطح ممکن است چه ساختاری داشته باشد.
متیو سیگلر (Matthew Siegler)، نویسنده همکار از دانشگاه هاوایی، مدل‌های حرارتی دقیقی از منطقه قطب جنوب ماه تهیه کرد. این نقشه‌ها دهانه‌هایی را شناسایی کردند که به اندازه کافی سرد مانده‌اند تا یخ را برای میلیاردها سال حفظ کنند.
در دانشگاه مریلند، شمر ماه‌لرزه‌های کوچکی را شبیه‌سازی کرد که از میان ذخایر یخِ مدفون در ماه عبور می‌کردند. در سرتاسر کارهای آزمایشگاهی، مدل‌سازی‌های حرارتی و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، حضور یخ تغییرات واضح و قابل‌اندازه‌گیری را در سیگنال‌های لرزه‌ای ایجاد کرد.
یخ‌های ماه رکوردی باستانی را حفظ می‌کنند
یخ در ماه می‌تواند چیزی فراتر از تامین منابع برای فضانوردان باشد. دهانه‌هایی که دائماً در سایه هستند می‌توانند مواد فرار مانند آب را جذب و منجمد کرده و آن‌ها را با کمترین تغییر در طول بازه‌های زمانی بسیار طولانی حفظ کنند.
از آنجایی‌که قدمت برخی از سنگ‌های ماه به حدود چهار میلیارد سال می‌رسد، یخِ گیر افتاده در میان آن‌ها ممکن است شواهدی از تاریخ اولیه منظومه شمسی را در خود نگه داشته باشد. بررسی این ذخایر می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا چگونگی رسیدن آب به سیارات داخلی را بررسی کنند.
اشمر گفت:
ماه شاهد برخی از حیاتی‌ترین بخش‌های منظومه شمسیِ اولیه، از جمله نحوه انتقال آب بوده است. مطالعه یخِ ته‌نشین‌شده در آنجا می‌تواند نشان دهد که آب چگونه پخش شده و در نهایت اقیانوس‌های زمین چگونه شکل گرفته‌اند.
ماموریت‌های آینده می‌توانند این پیش‌بینی را آزمایش کنند
ماموریت‌های آینده به ماه ممکن است به‌زودی اولین فرصت را برای جستجوی الگوهای لرزه‌ای پیش‌بینی‌شده فراهم کنند. انتظار می‌رود ماموریت «چانگ ای ۷» (Chang’e-7) چین در اواخر سال ۲۰۲۶ با یک لرزه‌سنج در نزدیکی دهانه شکلتون (Shackleton) فرود بیاید. چندین کانون مشکوک به وجود ذخایر یخ در همان نزدیکی قرار دارند.
فضانوردان آرتمیس ناسا نیز ممکن است در سال ۲۰۲۸ با استقرار «ایستگاه نظارت محیطی ماه» (ابزاری که اشمر در توسعه آن نقش داشته)، این مسیر را ادامه دهند. داده‌های این ابزارها می‌تواند نشان دهد که آیا ارتعاشات طبیعی ماه یخ‌های مدفون را همان‌طور که محققان پیش‌بینی می‌کنند آشکار می‌سازد یا خیر.
اشمر افزود:
یافته‌های ما در حال زمینه‌سازی برای مشاهداتی است که در چند سال آینده به دست خواهیم آورد. هنوز هیچ‌کس یخ روی ماه را به صورت فیزیکی اندازه‌گیری نکرده است، اما ما اکنون پیش‌بینی کرده‌ایم که باید به دنبال چه چیزی باشیم. این یک قدم اول مهم است.
منبع: Scitechdaily
