با استفاده تنها از خاک ماه و یک مادهی اولیه ساده از خورشید — که همواره هیدروژن به بیرون میفرستد — امکان تولید آب وجود دارد.
این تحقیق نشان میدهد که خورشید ممکن است به طور مداوم این منبع ارزشمند را روی سطح ماه تجدید کند.
از آنجا که ماه برخلاف زمین فاقد میدان مغناطیسی است، سطح خشک و بیجان آن همواره در معرض بمباران ذرات پرانرژی خورشیدی قرار دارد؛ این ذرات را باد خورشیدی تشکیل میدهد. دانشمندان مدتها بر اساس شبیهسازیهای کامپیوتری حدس میزدند که باد خورشیدی به ساخت مواد اولیهی آب روی سطح ماه کمک میکند.
ذرات پرسرعت باد خورشیدی که عمدتاً شامل یونهای هیدروژن مثبت هستند، الکترونهای ماه را جذب کرده و به اتمهای هیدروژن تبدیل میشوند. سپس این اتمهای هیدروژن تازه شکلگرفته در میان خاک سنگلاخی و غبارآلود ماه مهاجرت میکنند و با اکسیژن پیوند برقرار کرده، مولکولهای هیدروکسیل و آب را تشکیل میدهند؛ این فرآیند بیشتر در مناطق قطبی همیشه در سایه تجمع مییابد.
با این حال، چرخهی طبیعی و امکان تجدید این مواد اولیه تاکنون روشن نبود. به همین منظور، “لی شیا یو”، دانشمند سیارهای در مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا در مریلند، آزمایشی آزمایشگاهی را برای بررسی اثرات باد خورشیدی شبیهسازیشده بر روی دو نمونه از خاکهای سست ماه که توسط مأموریت آپولو ۱۷ به زمین آورده شده بودند، هدایت کرد.
یکی از این نمونهها از گودالی زخمیشکل به نام “وسکس کلفت” برداشت شده بود و دیگری از لبهی یک دهانهی جوان در “جنوب ماسیف”. برای حذف هرگونه آب زمینی که نمونههای ۵۰ ساله از زمان بازگشت به زمین جذب کرده بودند، یو و تیمش این نمونهها را یک شب در کورهی خلأ پختند.
برای شبیهسازی شرایط ماه، پژوهشگران دستگاه ویژهای ساختند که شامل یک محفظهی خلأ برای قرار دادن نمونهها و یک شتابدهندهی ذرات کوچک بود که با آن نمونهها را برای چند روز با یونهای هیدروژن بمباران کردند.
“جیسون مکلین”، دانشمند پژوهشی ناسا که در کنار یو این آزمایش را هدایت کرد، در بیانیهای گفت:
«طراحی اجزای این دستگاه و جا دادن همهی آنها در فضای محدود، زمان و تلاش زیادی برد، اما ارزشش را داشت، چون وقتی تمام منابع احتمالی آلودگی را حذف کردیم، متوجه شدیم که این ایدهی دههها پیش دربارهی باد خورشیدی درست بوده است.»
تحلیل تغییرات ترکیب شیمیایی نمونهها در طول زمان، کاهش سیگنال نوری در ناحیهی مادون قرمز (نزدیک به سه میکرون) را نشان داد؛ همان جایی که آب انرژی را جذب میکند. این کاهش نشاندهندهی شکلگیری مولکولهای هیدروکسیل و آب در اثر باد خورشیدی شبیهسازیشده بود و نظریهی دیرینهی دانشمندان را تأیید کرد.
تیم پژوهشی همچنین دریافت که گرم کردن نمونهها به دمای معمولی سطح روزِ ماه — حدود ۲۶۰ درجه فارنهایت (۱۲۶ درجه سانتیگراد) — برای ۲۴ ساعت، منجر به کاهش این مولکولهای مرتبط با آب میشود. اما وقتی نمونهها برای ۲۴ ساعت خنک شدند و مجدداً در معرض باد خورشیدی شبیهسازیشده قرار گرفتند، نشانههای آب دوباره ظاهر شد. این چرخه نشان میدهد که باد خورشیدی به طور مداوم مقدار کمی آب را روی سطح ماه تجدید میکند.
یو در بیانیهای گفت:
«چیز هیجانانگیز اینجاست که با داشتن تنها خاک ماه و یک مادهی اولیهی ساده از خورشید — که همیشه هیدروژن پرتاب میکند — امکان تولید آب وجود دارد. تصور این موضوع فوقالعاده است.»
این ایده با مشاهدات پیشین از مأموریتهای ماه نیز پشتیبانی میشود که فراوانی گاز هیدروژن را در جو کمچگال ماه نشان دادهاند. دانشمندان گمان دارند که گرمایش ناشی از باد خورشیدی باعث میشود اتمهای هیدروژن روی سطح با یکدیگر ترکیب شده و گاز هیدروژن ایجاد کنند که سپس به فضا میگریزد.
مطالعهی جدید نشان میدهد که این فرآیند یک نکتهی مثبت غیرمنتظره هم دارد: اتمهای اکسیژن باقیمانده میتوانند با اتمهای هیدروژن تازهای که از برخوردهای بعدی باد خورشیدی به دست میآیند، پیوند برقرار کنند و به آمادهسازی ماه برای تولید مداوم آب کمک کنند.
این یافتهها میتوانند به ارزیابی پایداری منابع آب روی ماه کمک کنند؛ منبعی حیاتی هم برای پشتیبانی حیات و هم برای سوخترسانی به موشکها.
این پژوهش در اسفند در مجلهی JGR Planets منتشر شده است.
