چرا همه درحال سفر به قطب جنوب ماه هستند؟

فضاپیمای چاندرایان ۳ هند چهارشنبه‌ی گذشته به سلامت در نزدیکی قطب جنوب قمری فرود آمد. جدیدترین ماموریت قمری سازمان پژوهش‌های فضایی هند (ایسرو) نه‌تنها به دلیل به‌دست‌آوردن عنوان چهارمین کشور فاتح ماه برای هند پس از اتحاد جماهیر شوروی، ایالات متحده و چین تاریخ‌ساز است، بلکه به دلیل تبدیل هند به اولین کشور فرودآمده در قطب جنوب قمری، دستاوردی بی‌سابقه محسوب می‌شود.

اما هند تنها نیست و به‌نظر می‌آید این روزها همه درحال سفر به قطب جنوب ماه هستند. دو روز قبل از موفقیت چاندرایان ۳، روس‌ها حین تلاش برای فرود در قطب جنوب ماه، فضاپیمایشان به نام لونا ۲۵ را از دست دادند. اوایل امسال نیز ماه‌نشینی خصوصی از ژاپن در مسیر رسیدن به همان منطقه با ناکامی مواجه شد. این کشور تا چند روز دیگر با یک ماموریت قمری جدید به نام «اسلیم»، شانس خود را برای تبدیل‌شدن به پنجمین فاتح ماه امتحان خواهد کرد.

ماموریت سرنشین‌دار آرتمیس ۳ ناسا نیز که انتظار می‌رود تا اواخر دهه‌ی جاری نخستین انسان‌ها در نیم‌قرن گذشته را به ماه بازگرداند، قرار است در نزدیکی قطب جنوب قمری فرود آید. سازمان فضایی آمریکا قصد دارد پیش از آنکه انسان دوباره روی ماه قدم بگذارد، کاوشگرهای رباتیک را به آنجا بفرستد. انتظار می‌رود تا پیش از پایان سال، دو ماه‌نشین خصوصی آمریکایی با هدف کاوش منطقه قطب جنوب ماه پرتاب شوند. علاوه‌براین، ماه‌نوردی به نام وایپر نیز تا انتهای سال آینده به جمع کاوشگران قطب جنوب قمری اضافه خواهد شد.

از سوی دیگر، چین نیز با صنعت فضایی رو به‌رشد خود قصد ندارد از تب فتح قطب جنوب ماه جا بماند. سازمان فضایی این کشور درنظر دارد تا ماموریت چانگ‌ای ۷ را به‌همراه یک ماه‌نورد جدید در سال ۲۰۲۶ به آنجا بفرستد. پس از دهه‌ها فراموشی، ماه دوباره به مقصدی جذاب برای کاوشگران فضا تبدیل شده است. اما داستان چیست و چرا ماه و به‌ویژه قطب جنوب آن، چنین سطحی از علاقه را برانگیخته‌اند؟

علاقه به قطب جنوب ماه به‌عنوان محل فرود، عمدتا ناشی از این واقعیت است که دانشمندان به وجود آب به شکل یخ‌زده در این منطقه پی برده‌اند. البته آب همان‌طور که می‌دانیم برای حیات ضروری است، اما کاربردهای دیگری نیز دارد. به‌عنوان مثال، می‌تواند به‌عنوان خنک‌کننده برای تجهیزات به‌کار آید و حتی سوخت موشک‌ها را تامین کند. این کاربرد می‌تواند برای ماموریتی چندمرحله‌ای به مریخ که زمانی از روی ماه پرتاب خواهد شد، مفید باشد.

وجود آب در قطب جنوب ماه بدین معنا است که وقتی آژانس‌های فضایی به حضور پایدار در فضا و عصر بعدی ماموریت‌های سرنشین‌دار فکر کنند، توانایی استخراج آب از ماه برای نوشیدن، ساخت دستگاه‌های خنک‌کننده یا حتی تجزیه به هیدروژن و اکسیژن برای تامین هوای تنفس‌شدنی یا سوخت، ارزش بسیار زیادی خواهد داشت.

علاوه‌براین، آب روی ماه از ارزش علمی منحصربه‌فردی برخوردار است. آب قمری می‌تواند تاریخچه‌ی فعالیت‌های زمین‌شناسی روی ماه مانند آتشفشان‌های قمری را فاش کند و حتی به‌عنوان ردیاب برخورد سیارک‌ها به‌کار آید. هرچند آب در سرتاسر سطح ماه شناسایی شده است، اکثر سیگنال‌های آب یخ‌زده از جانب قطب‌ها می‌آیند.

در قطب جنوب قمری، تنها قله‌های مرتفع به‌وسیله‌ی خورشید روشن می‌شوند. این مسئله بدین دلیل است که خورشید به‌دلیل انحراف محوری ماه، همواره در اطراف افق قرار دارد. درنتیجه، نواحی کم‌ارتفاع عمدتا به‌طور دائم در سایه قرار می‌گیرند و به صورت رسمی، مناطق همیشه سایه‌دار (PSRs) نامیده می‌شوند. دما در این مناطق می‌تواند تا منفی ۲۵۰ درجه‌ی سانتی‌گراد کاهش یابد؛ بدین معنی که مناطق در سایه‌ی ماه حتی از پلوتو نیز سردتر هستند و درعین‌حال مکانی ایده‌آل برای حفظ آب یخ‌زده محسوب می‌شوند.

هر مولکول آبی که به مناطق همیشه سایه‌دار وارد شود، بلافاصله منجمد می‌شود و به دام می‌افتد؛ زیرا دمای محیط سردتر از آن است که امکان تبخیر وجود داشته باشد. این آب سپس روی سطح ماه سقوط می‌کند و در آنجا با خاک قمری مخلوط می‌شود. این فرایند به رشد توده‌های بزرگ آب و خاک در قطب جنوب ماه منجر می‌شود.

یک سال بعد در سال ۲۰۰۹، مدارگرد شناسایی ماه ناسا (LRO) فضاپیمایی به نام ماهواره مشاهده‌گر و حسگر دهانه‌های ماه (یا به اختصار ال‌کراس) را عمدا به دهانه‌ای تاریک در قطب جنوبی ماه کوبید. این برخورد به شکل‌گیری فواره‌ای از بقایای ماه منجر شد و ال‌کراس با نفوذ به درون آن توانست تایید کند که آب یخ‌زده در مناطق تاریک ماه پنهان شده است.

بااین‌حال، این نگرانی جزئی وجود داشت که مولکول‌های هیدروکسیل (OH) با مولکول‌های آب (H2O) اشتباه گرفته شده باشند. اما وقتی در سال ۲۰۲۰، داده‌های رصدخانه استراتوسفری اخترشناسی فروسرخ ناسا (سوفیا) اولین کشف قطعی آب در قطب جنوب ماه را ارائه داد، آن نگرانی برطرف شد. دانشمندان براساس داده‌های سوفیا تخمین زدند که به ازای هر متر مکعب خاک در قطب جنوب ماه، تقریبا ۳۵۴ میلی‌لیتر آب وجود دارد.

به‌نقل از انجمن سیاره‌ای، داده‌های چاندرایان ۱ و مدارگرد شناسایی ماه حاکی از آن است که دو قطب ماه بیش از ۶۰۰ میلیون تن یخ‌آب را در خود جای داده‌اند. این مقدار برای پر کردن ۲۴۰ هزار استخر المپیک کافی است و البته به‌گفته‌ی کارشناسان، تخمینی سطح‌پایین است.

درنتیجه، با وجود چنین منبع فوق‌العاده ارزشمندی که در اطراف قطب جنوب قمری قرار دارد، جای شگفتی است که چرا آژانس‌های فضایی مدت‌ها زودتر از فرود نرم اخیر چاندرایان ۳، کاوشگرهای فضایی را به آنجا نفرستاده بودند. برای این پرسش نیز پاسخ بسیار خوبی وجود دارد.

فرودآمدن در نزدیکی قطب جنوب ماه کار آسانی نیست و بخشی از دلیل این امر، به خصوصیتی بستگی دارد که آن مکان را به منطقه‌ای مطلوب برای کاوش تبدیل کرده است. ماهیت سایه‌دار قطب جنوب قمری که به حفظ آب یخ‌زده کمک می‌کند، بدین معنی است که فرود نرم در آنجا دشوارتر از مناطق روشن مثل نواحی استوایی است.

خطر تاریکی را در کنار این واقعیت قرار دهید که قطب جنوب ماه فاقد گستره‌ی وسیعی از زمین‌های همواری است که در نواحی استوایی یافت می‌شوند. زمین در هر دو قطب ماه به‌شدت دهانه‌دار و احتمال وجود سطح شیب‌دار و سنگلاخی بیشتر است. علاوه‌بر تمام این‌ها، قطب جنوب ماه حتی از روی زمین مشاهده‌پذیر نیست. فقدان دید مستقیم بدین معنا است که شناخت دانشمندان از آن منطقه به‌طور کامل از فضاپیماهای درحال گردش در مدار ماه مانند LRO به‌دست می‌آید.

هر فضاپیمایی که به‌دنبال فرود در قطب جنوب ماه است، باید بتواند در برابر دمای فوق‌العاده سرد حاکم بر آنجا مقاومت کند. علاوه‌براین، فقدان نور خورشید که موجب کاهش دما تا سطوح بسیار پایین می‌شود، مشکل دیگری را به‌وجود می‌آورد. ماه‌نوردی که در مناطق همیشه سایه‌دار قطب جنوب ماه پرسه می‌زند، تماس با خورشید را از دست می‌دهد و نمی‌تواند برای تامین انرژی به آن اتکا کند. درنتیجه برای آنکه از کار نیفتد، باید منبع انرژی هسته‌ای داشته باشد.

معضلات کاوش قطب جنوب به همین‌جا ختم نمی‌شود. مناطق همیشه سایه‌دار نیز خارج از دید زمین هستند؛ بدین معنی که انتقال پیام بین کاوشگر پرسه‌زن در آن مناطق و کنترل ماموریت روی زمین دست‌کم چالش‌برانگیز است.

برای آنکه تصوری از خطرات یادشده پیدا کنید، باید درنظر بگیرید که از بین چندین فضاپیمایی که در سال‌های اخیر برای فرود روی قطب جنوب قمری تلاش کردند، فقط یکی (چاندرایان ۳) تاکنون به موفقیت دست یافته است. درواقع، هندی‌ها اولین‌بار چهار سال پیش با چاندرایان ۲ به سراغ کاوش قطب جنوب ماه رفتند؛ اما فرجام آن ماموریت مثل لونا ۲۵ روسیه فرود سخت و ازبین‌رفتن فضاپیما بود. این شکست‌ها نشان می‌دهد که فرود روی ماه هنوز هم کار راحتی نیست.