ردیابی آب یخ زده در ماه با گوش دادن به لرزش ها

تصور کنید به صدای ماه گوش می‌دهید و ناگهان به یک مخزن یخ‌زده می‌رسید. عجیب به نظر می‌رسد، نه؟ با این حال، این دقیقا همان روشی است که گروهی از ژئوفیزیک‌دانان پیشنهاد کرده‌اند: به نحوه لرزش زمین گوش دهید و شاید بتوانید آب را در جایی پیدا کنید که تلسکوپ‌ها و رادارها از دیدنش ناتوان می‌مانند.

پژوهشگران دانشگاه مریلند، آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و دانشگاه هاوایی می‌گویند امواج لرزه‌ای، همان موج‌هایی که برای مطالعه زمین‌لرزه‌ها روی زمین به کار می‌بریم، هنگام عبور از خاک یخی ماه نشانه‌های مشخصی با خود حمل می‌کنند. نکته اصلی، سختی محیط است. یخ باعث می‌شود رگولیت یا خاک‌پوشه ماه سفت‌تر شود. همین موضوع مسیر حرکت ارتعاشات را تغییر می‌دهد: سرعت آن‌ها بیشتر می‌شود، بازتاب قوی‌تری پیدا می‌کنند و گاهی مانند پژواک صوتی از یک دیوار پنهان به عقب برمی‌گردند.

آن‌ها چگونه به این نتیجه رسیدند؟ با کنار هم گذاشتن سه مسیر کاملا متفاوت از شواهد، تا جایی که همه به یک الگوی مشترک رسیدند. در یک آزمایشگاه سنگ‌شناسی، پژوهشگری سنگ آتشفشانی آریزونا را خرد کرد و به غباری تبدیل کرد که شبیه خاک ماه است، سپس آن را منجمد کرد و با پرتو ایکس بررسی کرد که یخ در کدام بخش از فضاهای ریز میان ذرات جا گرفته است. هم‌زمان، مدل‌های حرارتی تله‌های سرد قطب جنوب ماه را نقشه‌برداری کردند؛ دهانه‌هایی که میلیاردها سال در سایه مانده‌اند و از بهترین گزینه‌ها برای حفظ یخ‌زدگی به شمار می‌روند. در نهایت، شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای ماه‌لرزه‌های فرضی را از میان لایه‌های مجازی زمین یخی عبور دادند تا مشخص شود ردپاهای لرزه‌ای چگونه تغییر می‌کنند.

تصویری از دهانه هاین ماه که فضاپیمای مدارگرد شناسایی ماه ناسا ثبت کرده است. یخ آب ممکن است در اعماق دهانه‌های مشابه ماه پنهان شده باشد. 

در آزمایش‌ها، مدل‌ها و شبیه‌سازی‌ها نتیجه یکسان بود: امواج لرزه‌ای در رسوبات سرشار از یخ با سرعتی آشکارا بیشتر حرکت می‌کنند و مرز میان لایه‌های خشک و یخ‌زده بازتاب‌های نیرومندی ایجاد می‌کند. به زبان ساده: اگر یک لرزه‌سنج حساس را در جای مناسب قرار دهید، نه‌تنها می‌توانید یخ مدفون را شناسایی کنید، بلکه می‌توانید برآورد کنید که این ذخیره تا چه اندازه ضخیم یا پیوسته است.

سیگنال‌های لرزه‌ای می‌توانند یخ را در عمقی دو تا سه برابر بیشتر از توان کاوش حسگرهای مداری آشکار کنند.

چرا این موضوع اهمیت دارد؟ چون سودمندترین آب در ماه ممکن است زیر لایه‌ای از غبار خشک محبوس شده و برای ابزارهای مستقر در مدار کاملا نامرئی باشد. برای کاوشگران آینده، این یخ مدفون فقط یک کنجکاوی علمی نیست. اگر ذوب و تصفیه شود، به آب آشامیدنی تبدیل می‌شود. اگر به هیدروژن و اکسیژن تجزیه شود، می‌تواند سوخت موشک و هوای قابل تنفس فراهم کند؛ در نتیجه نیاز به حمل محموله‌های سنگین از زمین کاهش می‌یابد و اکتشاف پایدار ماه بسیار عملی‌تر می‌شود.

دستاورد آرام‌تر اما مهم دیگری هم وجود دارد: کپسول‌های زمان. دهانه‌هایی که همیشه در سایه‌اند، مانند فریزرهای عمیق برای مولکول‌های فرار عمل می‌کنند. یخی که در آنجا به دام افتاده است می‌تواند اثر انگشت شیمیایی منظومه شمسی اولیه را در خود نگه داشته باشد، از جمله سرنخ‌هایی درباره این‌که آب چگونه به سیاره‌های درونی رسید. رمزگشایی از این پرونده‌ها می‌تواند بخش‌هایی از نقش ماه در آغاز آبی زمین را بازنویسی کند.

آزمایش‌های عملی شاید زودتر از آنچه فکر می‌کنید از راه برسند. ماموریت چانگ‌ئه-۷ چین، که قرار است نزدیک دهانه شکلتون فرود بیاید، احتمالا یک لرزه‌سنج با توانایی جست‌وجوی سیگنال‌های پیش‌بینی‌شده به همراه خواهد داشت. برنامه آرتمیس ناسا نیز که هدف آن انجام ماموریت‌های سرنشین‌دار به قطب جنوب ماه تا سال ۲۰۲۸ است، ابزارهایی مانند ایستگاه پایش محیطی ماه را حمل خواهد کرد که برای گوش دادن به ماه‌لرزه‌ها طراحی شده‌اند. ترکیب داده‌های میدانی فرودگرها با پیش‌بینی‌های لرزه‌ای دقیق‌تر می‌تواند نشان دهد که آیا این پژواک‌ها با مدل‌ها هم‌خوانی دارند یا نه.

پس اکنون در چه نقطه‌ای ایستاده‌ایم؟ یک راهبرد تازه مشاهده‌ای روی میز است: لرزه‌سنج‌های هدفمند را با نقشه‌های حرارتی ترکیب کنیم تا محل احتمالی ذخایر مشخص شود، سپس اجازه دهیم لرزش‌های خود ماه، چه طبیعی و چه القایی، آنچه را زیر سطح پنهان است آشکار کنند. این یک روش قدیمی در میدان تازه‌ای است و اگر نتیجه بدهد، سطح ماه را هم‌زمان به بایگانی و انبار تدارکات برای کاوشگران و دانشمندان تبدیل می‌کند.

در نهایت، به نظر می‌رسد گوش دادن شاید ساده‌ترین راه برای یافتن چیزی باشد که چشم نمی‌بیند: آب یخ‌زده‌ای که آرام و پنهان در شکاف‌های تاریک ماه انتظار می‌کشد.