ما هي المميزات صغيرة الحجم للقمر؟

تمت دراسات عديدة على نطاق صغير إلى مجهري ووجد أن خصائص سطح القمر تحكمها مجموعة من الظواهر (تأثيرات التصادم بسبب وصول) بسرعات تصل إلى عشرات من الكيلو متر في الثانية، ومادة نيزكية تتراوح في الحجم إلى أجزاء من ميكرو متر القصف بالرياح الشمسية والأشعة الكونية وجسيمات التوهج الشمسي؛ أي إشعاعات أيونية ودرجات الحرارة القصوى.

ومع عدم وجود أي آثار للأرصاد الجوية وغير محمي بواسطة جو كبير يصل السطح العلوي إلى ما يقرب من 400 كيلو متر (260 درجة فهرنهايت أي 127 درجة مئوية) خلال النهار ويهبط إلى أقل من 100 كلفن (-279 درجة فهرنهايت أي -173 درجة مئوية) بالليل.

ومع ذلك فإن الطبقة العليا من الثرى تعمل كعازل فعال بسبب مساميتها العالية (عدد كبير من الفراغات أو مساحات المسام لكل وحدة حجم)، ونتيجة لذلك فإن تقلبات درجات الحرارة اليومية تخترق التربة إلى أقل من متر واحد (حوالي ثلاثة أقدام).

وقبل وقت طويل من تمكن البشر من مراقبة الثرى مباشرة استنتج علماء الفلك من الأرض من عدة أنواع من القياسات أن سطح القمر يجب أن يكون غريباً للغاية، الدليل من قياس الضوء (قياسات السطوع) مذهل بشكل خاص، ومن الأرض يكون سطوع القمر المضاء بالكامل 11 مرة مثل نصفه فقط مضاء ويبدو ساطعاً حتى حافة القرص.

تشير قياسات كمية ضوء الشمس المنعكس في اتجاه الإضاءة إلى السبب، حيث أنه على نطاق صغير يكون السطح خشناً للغاية ويظل الضوء المنعكس من داخل حبيبات معدنية وتجاويف عميقة مظللة حتى يصبح مصدر الإضاءة خلف المراقب مباشرة (أي حتى اكتمال القمر) في ذلك الوقت ينعكس الضوء فجأة من التجاويف، وتظهر خصائص الاستقطاب للضوء المنعكس أن السطح خشن حتى على نطاق مجهري.

وقبل هبوط المركبة الفضائية على سطح القمر لم يكن لدى الفلكيين أي وسيلة مباشرة لقياس عمق طبقة الثرى، ومع ذلك بعد أن سمح لهم تطوير كاشفات الأشعة تحت الحمراء بإجراء ملاحظات حرارية دقيقة من خلال التلسكوب ويمكنهم أخيراً استخلاص بعض الاستنتاجات المعقولة حول خصائص السطح الخارجي.

وعندما يسقط ظل الأرض عبر القمر أثناء خسوف القمر يبرد سطح القمر بسرعة، لكن التبريد غير متساوٍ، حيث يكون أبطأ بالقرب من الحفر الصغيرة نسبياً، حيث من المتوقع وجود حقول صخرية مكشوفة، ويمكن تفسير هذا السلوك لإظهار أن الطبقة شديدة العزل ضحلة إلى حد ما على بعد أمتار قليلة على الأكثر، وعلى الرغم من عدم قبول جميع علماء الفلك لهذا الاستنتاج في البداية إلا أنه تم تأكيده في منتصف الستينيات عندما هبطت أول مركبة فضائية آلية برفق وغرقت بضعة سنتيمترات فقط بدلاً من الاختفاء التام في الثرى.

ما هي الخصائص العامة لصخور القمر والتربة؟

كما هو مذكور أعلاه يتكون الثرى القمري من شظايا صخرية في توزيع مستمر لأحجام الجسيمات، وهي تشتمل على جزء دقيق (يشبه التراب في طبيعته) والذي يسمى التربة، ومع ذلك فإن المصطلح لا يعني مساهمة بيولوجية في أصله كما هو الحال على الأرض.

إن معظم الصخور الموجودة على سطح القمر هي صخور نارية (تشكلت من تبريد الحمم البركانية)، وعلى النقيض من ذلك فإن الصخور الرسوبية الأكثر انتشاراً والمكشوفة على سطح الأرض، والتي تتطلب عمل الماء أو الرياح لتكوينها، والنوعان الأكثر شيوعًا هما البازلت والأنورثوسيت.

وقد تم العثور على البازلت القمري الغني نسبياً بالحديد والعديد من التيتانيوم أيضاً في ماريا، وفي المرتفعات تكون الصخور إلى حد كبير أنورثوسيت وهي غنية نسبياً بالألمنيوم والكالسيوم والسيليكون، وبعض الصخور الموجودة في كل من ماريا والمرتفعات عبارة عن بريشيا؛ أي أنها تتكون من شظايا ناتجة عن تأثير أولي ثم تتجمع بواسطة تأثيرات لاحقة.

وتتراوح التكوينات الفيزيائية للبريكسيا القمرية من شظايا مكسورة ومتغيرة بالصدمات تسمى الصدمات إلى مصفوفة من المواد المنصهرة تماماً التي فقدت طابعها المعدني الأصلي، ويمكن أن يؤدي تاريخ الصدمة المتكرر لصخرة معينة إلى لحام بريشيا إما في كتلة قوية ومتماسكة أو في خليط ضعيف متفتت تتكون فيه المصفوفة من شظايا متجمعة بشكل سيئ أو متحولة، إن حجر الأساس الضخم (أي حجر الأساس الذي لم يتم حفره بواسطة عمليات طبيعية) غائب من العينات القمرية التي تم جمعها حتى الآن.

تُشتق تربة القمر من الصخور القمرية لكن لها طابع مميز، وهي تمثل النتيجة النهائية للقصف النيزكي الدقيق والبيئات الحرارية والجسيمية والإشعاعية على سطح القمر، وفي الماضي القديم كان تيار الأجسام المؤثرة التي كان بعضها كبيراً جداً (مقلوباً)، يصل سطح القمر إلى عمق غير معروف ولكن ربما كان يصل إلى عشرات الكيلومترات.

ومع انخفاض تواتر التأثيرات الكبيرة أصبح عمق البستنة ضحلاً، وتشير التقديرات إلى أن السنتيمتر العلوي من السطح في موقع معين لديه حالياً فرصة بنسبة 50 بالمائة للتقليب كل مليون سنة، بينما خلال نفس الفترة يتم قلب الملي متر العلوي بضع عشرات من المرات وأقصى عُشر من الملي متر الخارجي تتم زراعته مئات المرات.

تتمثل إحدى نتائج هذه العملية في وجود جزء كبير من الجزيئات الزجاجية في التربة التي تشكل تراصاً، وهي عبارة عن مجاميع من شظايا التربة القمرية الموضوعة في الأسمنت الزجاجي، وجزء التراص هو مقياس لنضج التربة؛ أي طول فترة تعرض عينة معينة للمطر المستمر للتأثيرات الصغيرة، وعلى الرغم من أن الخصائص الكيميائية والمعدنية لجزيئات التربة تُظهر أنها مشتقة من صخور القمر الأصلية، إلا أنها تحتوي أيضاً على كميات صغيرة من الحديد النيزكي ومواد أخرى من الأجسام المؤثرة.

ومن المتوقع أن تكون المواد المتطايرة من المذنبات مثل مركبات الكربون والماء مدفوعة في الغالب بالحرارة المتولدة عن التأثير، لكن الكميات الصغيرة من الكربون الموجودة في التربة القمرية قد تشمل ذرات من أصل مذنب، ومن الخصائص الرائعة والمهمة علمياً للتربة القمرية زرع جزيئات الرياح الشمسية، وبدون عوائق من التأثيرات الجوية أو الكهرومغناطيسية تصل البروتونات والإلكترونات والذرات بسرعات تصل إلى مئات الكيلو مترات في الثانية ويتم دفعها إلى الأسطح الخارجية لحبيبات التربة.

وبالتالي تحتوي التربة القمرية على مجموعة من المواد من الشمس، حيث أنه بسبب تاريخ البستنة تعرضت التربة التي تم الحصول عليها من أعماق مختلفة للرياح الشمسية على السطح في أوقات مختلفة، وبالتالي يمكن أن تكشف عن بعض جوانب السلوك الشمسي القديم، وبالإضافة إلى اهتمامها العلمي قد يكون لظاهرة الانغراس آثار على سكن الإنسان على المدى الطويل للقمر في المستقبل.

تحمل الخصائص الكيميائية والمعدنية للصخور والتربة القمرية أدلة على تاريخ القمر، وأصبحت دراسة العينات القمرية مجالاً واسعاً من العلوم، وحتى الآن حصل العلماء على مواد قمرية من ثلاثة مصادر، أولها ست بعثات أبولو أمريكية للهبوط على القمر (1969 إلى 1972) والتي جلبت مجتمعة ما يقرب من 382 كجم (842 رطلاً) من العينات.

بالإضافة إلى ثلاث بعثات سوفييتية (Luna) لأخذ العينات (من 1970 إلى 1976) والتي عادت حوالي 300 جرام (0.66 رطل) من المواد والبعثات العلمية إلى القارة القطبية الجنوبية والتي جمعت النيازك على الحقول الجليدية منذ عام 1969، فإن بعض هذه النيازك عبارة عن صخور انفجرت من القمر بفعل الاصطدامات ووجدت طريقها إلى الأرض، وتم التأكد من أنها قمرية في الأصل بالمقارنة مع العينات التي أعادتها المركبة الفضائية.

وتعكس المكونات المعدنية للصخرة تركيبها الكيميائي وتاريخها الحراري، حيث توفر القوام الصخري (أي أشكال وأحجام الحبيبات المعدنية وطبيعة واجهاتها) أدلة على الظروف التي في ظلها تبرد الصخر وتصلب من الذوبان.

إن أكثر المعادن شيوعاً في الصخور القمرية هي السيليكات (بما في ذلك البيروكسين والزبرجد الزيتوني والفلدسبار) والأكاسيد (بما في ذلك الإلمنيت والإسبنيل والمعادن المكتشفة في الصخور التي جمعها رواد فضاء أبولو 11 ويسمى (armalcolite)، وهي كلمة مصنوعة من الأحرف الأولى من ألقاب رواد الفضاء أرمسترونج وألدرين وكولينز)، وتعكس خصائص المعادن القمرية الاختلافات العديدة بين تاريخ القمر وتاريخ الأرض، كما يبدو أن الصخور القمرية قد تشكلت في حالة الغياب شبه التام للمياه.

وتعكس العديد من المكونات المعدنية الصغيرة في الصخور القمرية تاريخ تكوين الوشاح القمري والقشرة، وهي تؤكد الفرضية القائلة بأن معظم الصخور الموجودة الآن على سطح القمر تشكلت في ظل ظروف مختزلة أي تلك حيث كان الأكسجين نادراً.

ما هي نتائج القياسات الزلزالية على القمر؟

تشير نتائج القياسات الزلزالية وتدفق الحرارة إلى أن أي نشاط بركاني يستمر على القمر يكون طفيفاً بالمقارنة مع نشاط الأرض، وعلى مر السنين أفاد مراقبون موثوقون برؤية أحداث عابرة ذات طبيعة بركانية محتملة وهناك بعض الأدلة الطيفية عليها، ففي أواخر الثمانينيات لوحظت سحابة من ذرات الصوديوم والبوتاسيوم حول القمر، لكنها لم تكن بالضرورة نتيجة الانبعاثات البركانية.

ومن الممكن أن تكون التفاعلات بين سطح القمر والرياح الشمسية قد أنتجت السحابة، على أي حال فإن مسألة ما إذا كان القمر نشطاً بركانياً تظل مفتوحة، وقد بدأ المراقبون التلسكوبيون في القرن التاسع عشر بتطبيق مصطلح ريل على عدة أنواع من الخصائص القمرية الشبيهة بالخنادق.

وبالإضافة إلى الجداول المتعرجة توجد جداول مستقيمة ومتفرعة تبدو وكأنها شقوق توتر وبعض هذه الشقوق (مثل ريما هايجينوس والجدول حول أرضية الحفرة القديمة الكبيرة ألفونسوس) تتخللها فوهات انفجار بلا حواف.