حقایقی در مورد ماه: رمز و رازهای خواندنی همدم زمین

ماه همراه همیشگی زمین و ساده‌ترین شیء آسمانی برای شناسایی در آسمان شب است.

ریتم فازهای ماه بشر را برای هزاران سال راهنمایی کرده؛ برای مثال، ماه‌های تقویم تقریبا برابر با زمان بین دو ماه کامل هستند. اما چرخش ماه و فازهای آن می‌تواند رازآلود به نظر برسد. برای مثال، همیشه یک طرف ماه به سمت ما است، اما بسته به موقعیت ماه نسبت به زمین و خورشید، اندازه‌ای از آن که برای ما قابل دیدن است همواره تغییر می‌کند.

ماه با این که قمر زمین است و قطری حدودا ۳٫۴۷۵ کیلومتری دارد، از پلوتو بزرگ‌تر است. (و چهار قمر بزرگتر از ماه ما در منظومه خورشیدی وجود دارد.)

چگونه ماه شکل گرفت؟

نظریه‌های مختلفی درباره چگونگی به وجود آمدن ماه وجود دارند، اما شواهد تازه‌تر نشان می‌دهند که ماه زمانی شکل گرفت که یک برخورد عظیم، قسمتی از زمین مذاب اولیه را جدا کرد و آن‌ها را به عنوان مواد اولیه ماه به مدار زمین فرستاد.

دانشمندان می‌گویند که شیء برخوردکننده احتمالا ۱۰٪ زمین جرم داشته و تقریبا اندازه مریخ بوده است. چون زمین و ماه از لحاظ ترکیب بسیار به هم شباهت دارند، پژوهشگران به این نتیجه رسیده‌اند که این برخورد حدود ۹۵ میلیون سال بعد از شکل‌گیری منظومه خورشیدی رخ داده ــ البته ۳۲ میلیون سال کمتر یا بیشتر. (منظومه خورشیدی تقریبا ۴/۶ میلیارد سال عمر دارد.)

در سال ۲۰۱۵، پژوهش جدیدی به این نظریه وزن بیشتری داد؛ با استفاده از شبیه‌سازی گردش سیارات در منظومه خورشیدی اولیه و همچنین تفاوت کشف شده جدید در فراوانی عنصر تنگستن-۱۸۲ در زمین و ماه.

در حالی که این نظریه، که عموما با نام نظریه برخورد بزرگ شناخته می‌شود، نظریه غالب در جامعه علمی است، چندین ایده دیگر نیز در مورد شکل‌گیری ماه وجود دارند. از جمله این ایده که زمین ماه را به دام انداخته، یا ماه از دل زمین خارج شده، یا حتی این که زمین ماه را از زهره دزدیده است.

ماه از چه ساخته شده؟

ماه به احتمال زیاد یک هسته بسیار کوچک، در حد تنها ۱ تا ۲ درصد جرم ماه و با قطر تقریبا ۶۸۰ کیلومتر، دارد. احتمالا اغلب این هسته از آهن باشد، اما می‌تواند مقادیر زیادی گوگرد و عناصر دیگر نیز داشته باشد.

گوشته سنگی ماه حدود ۱۳۳۰ کیلومتر ضخامت دارد و از سنگ‌های متراکم مملو از آهن و منیزیم ساخته شده است ماگماهای موجود در گوشته در گذشته راه خود را به سطح ماه پیدا کردند و برای بیش از یک میلیارد سال به طور آتشفشانی منفجر شده‌اند ــ تقریبا از چهار تا سه میلیارد سال پیش.

پوسته، شامل سطح ماه، به طور میانگین ۷۰ کیلومتر عمق دارد. قسمت بیرونی پوسته به خاطر برخوردهای بزرگی که ماه تحت تاثیر آن‌ها بوده شکسته و راه را برای دسترسی به مواد دست‌نخورده در عمق تقریبا ۹/۶ کیلومتری باز کرده است.

مثل چهار سیاره داخلی منظومه خورشیدی، ماه نیز سنگی است. سطح ماه با دهانه‌های ناشی از برخورد سیارک‌ها در میلیون‌ها سال پیش آبله‌گون شده، و چون آب و هوایی روی ماه وجود ندارد، دهانه‌های آن فرسوده نشده‌اند.

ترکیب میانگین سطح ماه از لحاظ وزن تقریبا ۴۳٪ اکسیژن، ۲۰٪ سیلیسیوم، ۱۹٪ منیزیم، ۱۰٪ آهن، ۳٪ کلسیوم، ۳٪ آلومینیوم، ۰/۴۲٪ کرومیوم، ۰/۱۸٪ تیتانیوم و ۰/۱۲٪ منگنز است.

فضاپیماهای مدار ماه روی سطح این قمر رد آب پیدا کرده‌اند که احتمالا از اعماق آن سرچشمه گرفته است. آن‌ها همچنین صدها چاله یافته‌اند که احتمالا می‌توانند در آینده میزبان کاوشگرانی باشند که برای مدت طولانی به ماه می‌روند.

مشاهدات «مدارگرد شناسایی ماه» (LRO) نشان داده‌اند که آب در شیب‌های به طرف قطب جنوب ماه فراوانی بیشتری دارد، هرچند که دانشمندان هشدار می‌دهند که مقادیر آب در این نواحی با یک بیایان بسیار خشک قابل مقایسه است. با این حال، یک پژوهش در سال ۲۰۱۷ پیشنهاد می‌کند که داخل ماه می‌تواند آب فراوانی داشته باشد.

آیا ماه اتمسفر دارد؟

ماه فقط یک اتمسفر خیلی نازک دارد، در نتیجه یک لایه گرد و غبار ــ یا یک رد پا ــ می‌تواند برای قرن‌ها دست نخورده سر جای خود باقی بماند. و بدون اتمسفر زیاد، گرما نزدیک سطح نمی‌ماند، پس تغییرات دما بسیار شدید است. دمای روز در سمت آفتابی ماه به ۱۳۴ درجه سلسیوس می‌رسد؛ در سمتی که شب است، هوا به اندازه منفی ۱۵۳ درجه سرد می‌شود.

ماه چگونه دور زمین می‌گردد و جزر و مد ایجاد می‌کند؟

چند آمار درباره ماه از ناسا:

میانگین فاصله از زمین: ۳۸۴٫۴۰۰ کیلومتر
حضیض (نزدیک‌ترین فاصله از زمین): ۳۶۳٫۳۰۰ کیلومتر
اوج (دورترین فاصله از زمین): ۴۰۵٫۵۰۰ کیلومتر
محیط گردش: ۲٫۴۱۳٫۴۰۲ کیلومتر
میانگین سرعت گردش: ۳٫۶۸۰/۵ کیلومتر بر ساعت

گرانش ماه زمین را به طرف خود می‌کشد و به این خاطر فراز و فرودهای قابل پیش‌بینی در سطح دریاها به وجود می‌آید. در یک مقیاس بسیار کوچک‌تر، پدیده جزر و مد در دریاچه‌ها، اتمسفر و درون پوسته زمین نیز رخ می‌دهد.

مد زمانی است که آب روی سطح زمین بالا می‌آید و جزر زمانی است که سطح آب پایین می‌رود. مد در آن سمت از زمین که به ماه نزدیک‌تر است به خاطر گرانش، و در سمتی که از ماه دورتر است به خاطر اینرسی آب رخ می‌دهد. جزر نیز بین این دو ناحیه به وجود می‌آید.

کشش ماه گردش زمین را نیز کند می‌کند؛ پدیده‌ای که با نام شتاب جزر و مدی شناخته می‌شود و طول روز را ۲/۳ میلی ثانیه در هر قرن افزایش می‌دهد. انرژی‌ای که زمین از دست می‌دهد به ماه منتقل می‌شود و فاصله آن را از زمین بیشتر می‌کند. به این ترتیب، ماه هر سال ۳/۸ سانتی متر از زمین دورتر می‌شود.

کشش گرانشی ماه احتمالا یکی از عوامل کلیدی در قابل سکونت شدن زمین بوده است. این کشش مقدار نوسان در انحراف محوری زمین را تعدیل کرده و در نتیجه در طول میلیاردها سال یک اقلیم پایدار روی سیاره ایجاد شده که حیات در آن توسعه یافته است.

ماه نیز در این فعل و انفعال بی‌آسیب نبوده است. یک پژوهش جدید نشان می‌دهد که گرانش زمین در اوایل شکل‌گیری ماه باعث شده تا این قمر به این صورت کج و کوله باشد.

ماه‌گرفتگی و خورشیدگرفتگی چیستند؟

در طول گرفتگی‌ها، ماه، زمین و خورشید در یک خط قرار دارند ــ یا تقریبا در یک خط. ماه‌گرفتگی زمانی رخ می‌دهد که زمین مستقیما بین ماه و خورشید قرار می‌گیرد و سایه آن روی ماه می‌افتد. ماه‌گرفتگی تنها می‌تواند در زمان ماه کامل رخ دهد.

در طول ماه‌گرفتگی کامل، از آنجا که ماه زیر سایه است، رنگش می‌تواند در آسمان شب به رنگ قرمز در آید.

خورشیدگرفتگی زمانی رخ می‌دهد که ماه از بین زمین و خورشید می‌گذرد و سایه آن روی زمین می‌افتد. خورشیدگرفتگی تنها می‌تواند در زمان ماه نو رخ دهد.

بسته به درجه‌ای که ماه در یک نقطه از زمین جلوی خورشید را می‌گیرد، خورشیدگرفتگی می‌تواند کامل، حلقه‌ای یا جزیی باشد. خورشیدگرفتگی‌های جزیی در یک مکان معین نادر هستند، چون سایه ماه روی زمین بسیار کوچک است.

آیا ماه فصل دارد؟

محور چرخش زمین دور خودش حدودا ۲۳/۵ درجه با صفحه دایرهالبروج زاویه دارد؛ یک صفحه خیالی که مدار چرخش زمین دور خورشید روی آن قرار دارد. این به این معنی است که نیمکره‌های شمالی و جنوبی بسته به زمان سال به خورشید نزدیک هستند یا از آن دور می‌شوند. در نتیجه، میزان تشعشعات خورشیدی دریافتی در نیمکره‌ها متغیر است و به این ترتیب فصل‌ها به وجود می‌آیند.

اما این زاویه برای محور گردش ماه تنها ۱/۵ درجه است و تغییر فصل محسوسی ندارد. این به این معنی است که بعضی از نواحی همیشه با نور خورشید روشن هستند و بعضی از مکان‌ها دائما در سایه فرو رفته‌اند.

کاوش ماه

اولین رصدها از روی زمین

برخی از جوامع باستانی باور داشتند که ماه کاسه‌ای از آتش است، و برخی دیگر فکر می‌کردند ماه آینه‌ای است که خشکی‌ها و دریاهای زمین را منعکس می‌کند. اما فیلسوفان یونان باستان می‌دانشتند که ماه کره‌ای است که دور زمین می‌چرخد و نور خورشید را انعکاس می‌دهد.

یونانیان باستان همچنین باور داشتند که نواحی تاریک ماه دریا و نواحی روشن خشکی هستند. این باور آن‌ها الهام‌بخش نام آن نواحی بوده است ــ maria و terrae، که به ترتیب کلمات لاتین برای دریاها و خشکی‌ها هستند.

اخترشناس رنسانس، گالیلئو گالیله، اولین کسی بود که از تلسکوپ برای رصد علمی ماه استفاده کرد. او در سال ۱۶۰۹ از یک سطح سخت و کوهستانی گزارش می‌دهد که کاملا با باورهای عامیانه زمان خودش، که ماه سطحی صاف و هموار دارد، متفاوت است.

مسابقه برای رسیدن به ماه

در سال ۱۹۵۹، اتحاد جماهیر شوروی اولین فضاپیما را برای برخورد به سطح ماه فرستاد و اولین عکس‌ها از آن سمت ماه را منتشر کرد. این واقعه مجموعه‌ای از ماموریت‌های فضایی بدون خدمه دوران جنگ سرد را آغاز کرد که شوروی و ایالات متحده برای مشاهده سطح ماه راهی فضا می‌کردند.

بسیاری از این کاوشگرهای اولیه شکست خوردند و تنها اندکی از آن‌ها موفقیت‌آمیز بودند. با این حال، رفته رفته این ماموریت‌ها اطلاعاتی را در مورد سطح و تاریخ ژئولوژسکس ماه به زمین باز گرداندند. ایالات متحده ماموریت‌هایی تحت عنوان پایونیر (Pioneer)، رنجر (Ranger) و سورویور (Surveyor)، و شوروی کاوشگرهایی با نام‌های لونا (Luna) و زوند (Zond) راهی ماه کردند.

ایالات متحده در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ فضانوردانی را به مدار و سطح ماه فرستاد. اولین ماموریت خدمه‌ای به ماه در سال ۱۹۶۸ عازم فضا شد، زمانی که فضانوردان آپولو ۸ در مدار ماه قرار گرفتند.

در سال ۱۹۶۹، آپولو ۱۱ اولین فضانوردان را روی ماه فرود آورد، و سپس پنج ماموریت موفقیت‌آمیز دیگر برای فرود روی سطح ماه نیز اجرا شدند (و یکی دیگر، آپولو ۱۳، که نتوانست به ماه برسد، اما در ایمنی کامل به زمین باز گشت). ت به امروز، ماه تنها شیء فضایی باقی مانده که انسان‌ها تا به حال از آن دیدن کرده‌اند.

تلاش‌های برنامه آپولو ۳۸۲ کیلوگرم سنگ و خاک را به منظور پژوهش از ماه به زمین آورد. دانشمندان به مطالعه این سنگ‌ها ادامه می‌دهند و با پیشرفت تکنولوژی به یافته‌های جدیدی دست می‌یابند. برای مثال، در سال ۲۰۱۳، در نمونه‌های آپولو ۱۵، ۱۶ و ۱۷ آب پیدا شد ــ یک کشف جالب، با توجه به این که آنالیزهای قبلی نشان می‌دادند این سنگ‌ها کاملا خشک هستند.

شوروی فعالیت خود را در کاوش رباتیک ماه در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ ادامه داد. اولین ماموریت باز گرداندن نمونه‌های رباتیک از ماه در ۱۶ سپتامبر ۱۹۷۰ (۲۵ شهریور ۱۳۴۹) و پس از چندین ماموریت شکست‌خورده، با لونا ۱۶ انجام شد.

شوروی همچنین دو ماه بعد اولین مریخ‌نورد رباتیک را، با نام لونوخود ۱ (Lunokhod 1)، به کار گرفت. لونوخود ۲، که در سال ۱۹۷۳ استفاده شد، به مدت ۴۰ سال رکورد طولانی‌ترین مسافت رانندگی خارج از زمین را در اختیار داشت، تا این که مریخ‌نورد آپورچونیتی (Opportunity rover) ناسا، در سال ۲۰۱۴ و پس از چندین سال رانندگی از این رکورد عبور کرد.

ماموریت‌های مدرن

بعد از پایان یافتن برنامه آپولوی ناسا و وقفه‌ای که بیش از یک دهه به طول انجامید، کاوش ماه توسط ایالات متحده در دهه ۱۹۹۰ از سر گرفته شد.

از آن زمان، گروهی از آژانس‌های فضایی دولتی دیگر، از جمله ژاپن، آژانس فضایی اروپا، چین و هند، به تب ماه پیوسته‌اند. با این حال، چین تنها کشوری است که توانسته با موفقیت روی سطح ماه عملیات اجرا کند.

از باقی کشورها، روسیه، ژاپن و امارات متحده عربی، در حال تصمیم‌گیری برای ماموریت‌های آینده روی ماه هستند.

در همین حین، در سال ۲۰۱۹، حکمی از جانب دانلد ترامپ ناسا را ملزم کرد که روی باز گرداندن انسان‌ها به ماه تا سال ۲۰۲۴ کار کند. این پروژه، با نام برنامه آرتمیس (Artemis program)، روی شرکای تجاری و بین‌المللی تکیه دارد تا با استفاده از راکت سنگین وزن ناسا، سامانه پرتاب فضایی (Space Launch System)، کاوش پایدار انسان‌ها در ماه را عملی کند.