ماه‌نشین چینی چانگ ای ۵، نخستین کاوشگری که در حین مأموریت موفق به شناسایی آب در ماه شد

چانگ‌ای ۵ با استفاده از ابزاری که آب را با اندازه‌گیری طیف بازتابی خاک و سنگ‌های ماه شناسایی می‌کند، موفق به پیدا کردن آن در نزدیکی محل فرود خود در اقیانوس طوفان‌ها در سمت نزدیک ماه شد.

شناسایی قطعی آب در ماه از مدار، پس از چندین نتیجه غیرقطعی توسط تلسکوپ‌ها و سایر مأموریت‌ها، نخستین‌بار توسط مأموریت چاندرایان-۱ هند با استفاده از ابزار نقشه‌بردار کانی‌شناسی ماه ناسا انجام شد. کشف چاندرایان-۱ در سپتامبر ۲۰۰۹ اعلام شد و پس از آن، آب در ماه توسط مدارگرد‌های دیگری چون مدارگرد شناسایی ماه ناسا که از سال ۲۰۰۹ مشغول به فعالیت است، به‌طور گسترده نقشه‌برداری شده است.

نقشه‌ای از فراوانی هیدروژن (نشانه‌ای از وجود آب) در قطب‌های ماه؛ بخش‌های روشن که بیانگر فراوانی بیشتر هیدروژن هستند، با قطب‌های فعلی ماه (نقاط مشکی) انطباق ندارند که احتمالاً مکان قطب‌های باستانی ماه (نقاط سفید) را نشان می‌دهند.

ولی پیش از چانگ‌ای ۵، هیچ مأموریت دیگری نتوانسته بود آب را در حین مأموریت بر سطح ماه، شناسایی کند. فضانوردان مأموریت‌های آپولو در دهه ۱۹۷۰، نمونه‌هایی حاوی آب را با خود به زمین بازگرداندند ولی وجود آب در آن‌ها تا دهه‌ها بعد که تجهیزات آزمایشگاهی تقویت شدند، تشخیص داده نشد.

از دلایل تأخیر در کشف آب در ماه، فاصله زمانی طولانی بین مأموریت‌های سطح‌نشین‌دار بوده است؛ به‌طوری‌که مأموریت چانگ‌ای‌۳ چین در سال ۲۰۱۳، نخستین مأموریت سطح‌نشین ماه پس از ۳۷ سال بود. پیش از آن مأموریت لونا۲۴ شوروی در سال ۱۹۷۶ آخرین کاوشگر بر سطح ماه بود.

با عملیاتی شدن طرح‌های جدیدی مانند «سرویس تجاری محموله‌های ماه ناسا» که شامل چندین مأموریت برنامه‌ریزی‌شده برای سال‌های پیش‌رو است، مأموریت‌های سطح‌نشین‌دار شتاب بیشتری خواهند گرفت. ناسا همچنین برای ارسال یک سطح‌نورد شکارچیِ یخ به نام «وایپر» در اواخر سال ۲۰۲۳ آماده می‌شود که در غرب دهانه نوبیل در نزدیکی قطب جنوب ماه فرود خواهد آمد.

آب دارای علامت طیفی متمایزی است که انتظار می‌رفت در اندازه گیری‌های طیف‌سنج کانی‌شناسیِ چانگ‌ای ۵ که برای شناسایی آب طراحی شده، ثبت شود. بنابر گفته سخنرانان نشست خبریِ تیم چینی این مأموریت در آکادمی علوم چین، چالش اصلی در این میان، گرمای شدید سطح ماه بود که در ابتدا، اندازه‌گیری‌ها را مخفی می‌کرد.

پژوهشگران به این منظور از یک «مدل تصحیح حرارتی» استفاده کردند و موفق شدند علامت طیفی آب در طول موج ۲٫۸۵ میکرومتر را شناسایی کنند. مقدار آب یافت‌شده بسیار اندک و حدود ۱۲۰ واحد در میلیون در خاک و ۱۸۰ واحد در میلیون در یک سنگ است.

تصویر A چشم‌انداز محدوده نمونه‌برداری را نشان می‌دهد. بخش بزرگنمایی‌شده، سنگی را نشان می‌دهد که مورد نمونه‌برداری طیفی قرار گرفته است. تصویر B مکان دقیق نمونه‌برداری‌های طیفی را با مستطیل‌های رنگی مشخص کرده است. مستطیل‌های با رنگ قرمز کمترین فراوانی آب و مستطیل‌های با رنگ آبی بیشترین فراوانی آب را دارند. تصاویر سه نمونه D9 و D11 و D14 در اطراف تصویر اصلی دیده می‌شوند.

این نتایج با استفاده از نمونه‌ای از خاک ماه که چانگ‌ای ۵ در دسامبر ۲۰۲۰ به زمین بازگرداند، تأیید شدند. این نخستین نمونه از مواد ماه بود که پس از مأموریت لونا‌۲۴ در سال ۱۹۷۶ به زمین بازگردانده می‌شد.

به گفته مسئولان در نشست خبری، نسبت آب در خاک ماه در بررسی اولیه نمونه‌های بازگردانده شده با یافته چانگ‌ای ۵ در سطح ماه یکسان است. آب سطحی در ماه به باد‌های خورشیدی نسبت داده می‌شود که جریانی دائمی از ذرات باردار هستند که از خورشید منتشر می‌شوند. ولی منشا آن در سنگ‌های ماه پیچیده‌تر به نظر می‌رسد و احتمالاً ریشه در درون ماه دارد.

بررسی ترکیب سنگ‌ها و مقایسه آن‌ها با نتایج سنجش از دور مداری نشان می‌دهد که احتمالاً سنگ‌ها از یک واحد بازالتی قدیمی‌تر جدا و به محل فرود چانگ‌ای ۵ منتقل شده‌اند.

در ادامه نشست خبری مطرح شد که «محتوای آب کمتر در خاک در مقایسه با سنگ‌های ماه، می‌تواند بیانگر خروج گاز از مخزن ماگمای گوشته‌ای در زیر محل فرود چانگ‌ای ۵ باشد.»

به گفته پژوهشگران، کشف آب سطحی در منطقه اقیانوس طوفان‌ها ممکن است ناشی از فوران‌های آتشفشانی باشد که می‌توانند آب را نیز با خود حمل کرده باشند. این مواد آتشفشانی حاوی پتاسیم (K در جدول تناوبی عناصر)، عناصر نادر خاکی (REE) و فسفر (P) هستند که به اختصار «KREEP» نامیده می‌شوند.

چانگ‌ای ۵ تلاش کرد تا سن فعالیت‌های آتشفشانی در ماه را با استفاده از مواد KREEP مشخص کند ولی نتایج جدیدی در این‌باره در نشست خبری اعلام نشد.

چین در سال‌های اخیر چندین مأموریت موفق را به مقصد ماه به انجام رسانده؛ از جمله چانگ‌ای ۴ که نخستین سطح‌نشین در سمت دور ماه بوده و بیش از ۱۰۰۰ روز را در آنجا سپری کرده است. این کشور قصد دارد با ارسال چانگ‌ای ۶ در سال ۲۰۲۴، نمونه‌هایی از سمت دور ماه را به زمین بازگرداند.

پژوهش جدید بر داده‌های چانگ‌ای ۵ توسط هونگلی لین و یانگتین لین از پژوهشگاه زمین‌شانسی و ژئوفیزیک در اکادمی علوم چین هدایت شده است. این پژوهش در نشریه Science Advances منتشر شده است.