رازهای همدم زمین: همه‌ چیزهایی که باید درباره‌ ماه بدانید

ماه درخشان‌ترین و بزرگ‌ترین جرم در آسمان شب است. این قمر با تعدیل لرزش سیاره‌ی ما در محور خود، زمین را به سیاره‌ای تبدیل می‌کند که بیشتر قابل سکونت است. تعدیل لرزش زمین باعث می‌شود که آب و هوای زمین پایدارتر شود. ماه جذر و مد را در زمین بوجود می‌آورد و ریتمی را ایجاد می کند که هزاران سال به انسان‌ها در پیدا کردن مسیر مناسب در دریاها کمک کرده است.

چند میلیارد سال پیش ماه شکل گرفته است، به این صورت که احتمالاً جسمی به اندازه مریخ با زمین برخورد کرده است. قمر زمین تنها مکانی به غیر از زمین است که انسان‌ها بر روی آن قدم گذاشته‌اند. این قمر پنجمین قمر بزرگ از بیش از 200 قمری است که در منظومه‌ی شمسی به دور سیاره‌هایشان می‌چرخند.

تنها قمر طبیعی زمین به سادگی "ماه" نامیده می‌شود زیرا مردم تا زمانی که گالیله چهار قمر مشتری را در سال 1610 میلادی/ 989 شمسی کشف کرد، نمی دانستند که قمرهای دیگری وجود دارند.

در لاتین، ماه را لونا (Luna) می نامند که صفت اصلی برای همه چیزهای مرتبط با ماه است: قمری.

ناسا در حال حاضر سه فضاپیمای رباتیک برای کاوش در این قمر دارد - مدارگرد شناسایی ماه (Lunar Reconnaissance Orbiter) و فضاپیمای دوقلوی آرتمیس (ARTEMIS).

اطلاعات اولیه‌ی نجومی

ویژگی‌ها	ماه	زمین
میانگین فاصله از زمین (شعاع مداری)	384,400 km	—
دوره مداری به دور زمین	27.3217 روز زمین	—
تمایل استوا به صفحه دایره البروج (صفحه مداری زمین)	1.53°	23.44°
تمایل استوا به صفحه مداری خود جسم (میل به مدار)	6.68°	23.44°
تمایل مدار به استوای زمین	18.28°−28.58°	—
گریز از مرکز مدار به زمین	0.0549	—
نرخ رکود از زمین	3.8 cm/year	—
دوره چرخش	همزمان با دوره مداری	23.9345 hr
شعاع متوسط	1,737 km	6,378 km
مساحت سطح	37,900,000 km2	510,000,000 km2
جرم	0.0735 × 1024 kg	5.976 × 1024 kg
میانگین چگالی	3.34 g/cm3	5.52 g/cm3
میانگین گرانش سطحی	162 cm/sec2	980 cm/sec2
سرعت فرار	2.38 km/sec	11.2 km/sec
میانگین دمای سطح	روز 224 °C ; شب −153 °C	15 °C
کمترین و بیشترین دما	123 °C به −233 °C	56.7 °C به −89.2 °C
فشار در سطح	3 × 10−15 bar	1 bar
چگالی مولکولی اتمسفر	104 molecules/cm3 در روز و  2 × 105 molecules/cm3 در شب	2.5 × 1019 molecules/cm3 (در حالت استاندارد)
متوسط جریان گرما	29 mW/m2	63 mW/m2

اندازه و فاصله ماه

شعاع ماه حدود 1740 کیلومتر، یعنی کمتر از یک سوم عرض زمین است. اگر زمین به اندازه یک نیکل (یک سکه‌ی پنج سنتی) بود، این قمر تقریباً به اندازه یک دانه قهوه بود.

ماه به طور متوسط 384400 کیلومتر از ما فاصله دارد. این یعنی 30 سیاره به اندازه زمین می توانند بین زمین و قمرش قرار بگیرند.

ماه به آرامی از زمین دور می‌شود و هر سال حدود یک اینچ (1.5 سانتی‌متر) دورتر می‌شود.

مدار و چرخش

ماه با همان سرعتی که به دور زمین می چرخد به دور خود نیز می‌چرخد که به آن چرخش همزمان می‌گویند، بنابراین همیشه نیمکره‌ای یکسان رو به زمین است. برخی از مردم سمت دور را - نیمکره‌ای که ما هرگز از زمین نمی‌بینیم - "سمت تاریک" می‌نامند، اما این گمراه کننده است. همانطور که ماه به دور زمین می چرخد، قسمت‌های مختلف در زمان‌های مختلف در برابر نور خورشید یا تاریکی قرار می‌گیرند. تغییر روشنایی باعث می‌شود که ناظر روی زمین، ماه را در مراحل (فازها) مختلف ببیند. در زمانی که ماه کامل است، نیمکره‌ای از آن که از زمین می‌بینیم کاملاً توسط خورشید روشن می‌شود. و "ماه نو" زمانی رخ می‌دهد که سمت دور آن دارای نور کامل خورشید است و سمت رو به ما شب خود را می‌گذراند.

این قمر به مدت 27 روز زمینی یک دور کامل به دور زمین می‌چرخد و با همان نرخ یا در همان زمان به دور خود می‌چرخد. از آنجایی که زمین نیز در حال حرکت است – در حین چرخش به دور خورشید، بر محور خود می چرخد – از دیدگاه ما، به نظر می رسد که هر 29 روز یک بار به دور ما می‌چرخد.

ساختار

قمر زمین دارای هسته، گوشته و پوسته است.

هسته‌ی این قمر نسبتا کوچکتر از هسته‌های دیگر اجرام زمین‌سان است. هسته داخلی جامد و غنی از آهن است و دارای شعاع 240 کیلومتری است. اطراف آن را یک پوسته آهن مایع به ضخامت 90 کیلومتر احاطه کرده است. و بعد از این پوسته، یک لایه‌ی نیمه مذاب با ضخامت 150 کیلومتر هسته آهنی را احاطه کرده است.

گوشته از بالای لایه‌ی نیمه مذاب تا پایین پوسته امتداد دارد. به احتمال زیاد از مواد معدنی مانند الیوین (olivine) و پیروکسن (pyroxene) ساخته شده است که از اتم‌های منیزیم، آهن، سیلیکون و اکسیژن تشکیل شده‌اند.

در قسمتی از نیمکره‌‌ی این قمر که نزدیک به ما است، ضخامت پوسته حدود 70 کیلومتر و در سمتی که ما نمی‌بینیم ضخامتی به اندازه‌ی 150 کیلومتر دارد. این هسته از اکسیژن، سیلیکون، منیزیم، آهن، کلسیم و آلومینیوم ساخته شده و مقادیر کمی تیتانیوم، اورانیوم، توریم، پتاسیم و هیدروژن دارد.

مدت‌ها پیش، ماه آتشفشان‌های فعالی داشت، اما امروزه همه آنها خاموش هستند و میلیون‌ها سال است که فوران نکرده‌اند.

نحوه‌ی شکل‌گیری ماه

نظریه اصلی نحوه‌ی شکل‌گیری این قمر این است که جرمی به اندازه مریخ حدود 4.5 میلیارد سال پیش با زمین برخورد کرده است. بقایای حاصل از برخورد زمین و جرم دیگر، جمع شده و قمر ما را در فاصله 384000 کیلومتری تشکیل دادند. وقتی این قمر تازه تشکیل شده بود در حالت مذاب قرار داشت، اما در عرض حدود 100 میلیون سال، بیشتر "اقیانوس ماگما" متبلور شد و سنگ‌هایی با چگالی کمتر به سمت بالا شناور شدند و در نهایت پوسته را تشکیل دادند.

سطح

جو این قمر بسیار پراکنده‌ای است که مانع از برخورد اجرام آسمانی به سطحش نمی‌شود. باران مداومی از سیارک‌ها، شهاب‌سنگ‌ها و دنباله‌دارها به سطح آن برخورد کردند و دهانه‌های متعددی را بوجود آوردند. دهانه تیکو (Tycho Crater) بیش از 85 کیلومتر عرض دارد.

طی میلیاردها سال، این ضربه‌ها سطح ماه را به تکه‌هایی به بزرگی سنگ‌های بزرگ تا پودر تبدیل کرده است. تقریباً تمام سطح آن توسط توده‌ای از خرده سنگ‌های خاکستری زغالی، گرد و غبار پودری و بقایای سنگی به نام سنگ‌پوشه قمری پوشیده شده است. در زیر آن ناحیه ای از سنگ بستر شکسته وجود دارد که به آن مگا رگولیت (megaregolith) می‌گویند.

مناطق نورانی ماه به عنوان ارتفاعات شناخته می شوند. قسمت تاریک آن که ماریا (در لاتین دریاها) نامیده می‌شود، حوضه‌های برخوردی هستند که بین 4.2 تا 1.2 میلیارد سال پیش با گدازه پر شده بودند. این نواحی روشن و تاریک سنگ‌هایی با ترکیبات و سن‌های مختلف دارند و این سنگ‌ها شواهدی برای چگونگی متبلور شدن پوسته اولیه از اقیانوس ماگمای قمری به ما ارائه می‌دهند. خود دهانه‌ها که میلیاردها سال است وجود دارند، تاریخچه‌ای از این قمر و سایر اجرام در منظومه شمسی داخلی ارائه می‌کنند.

اگر به مکان‌های خاصی روی ماه نگاه کنید، قطعات تجهیزات، پرچم آمریکا و حتی دوربینی را که فضانوردان پشت سر گذاشته‌اند می‌بینید. اگر بر روی سطح این قمر باشید، متوجه می‌شوید که گرانش روی سطح آن یک ششم گرانش زمین است، به همین دلیل است که در فیلم‌هایی از ماه‌پیمایی‌ها، فضانوردان تقریباً از سطح می‌پرند.

دمای تنها قمر زمین زمانی که دربرابر خورشید است به ۱۲۷ درجه سانتیگراد می‌رسد، اما در تاریکی، دما ۱۷۳- درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد.

آب در ماه

در طول اکتشاف اولیه ماه و تجزیه و تحلیل تمام نمونه های برگشتی از ماموریت های آپولو و لونا، ما فکر کردیم که سطح این قمر خشک است.

اولین بار که با قطعیت آب در این قمر کشف شد در سال 2008 میلادی/ 1387 شمسی توسط ماموریت هندی چاندریان-۱ (Chandrayaan-1) بود. در این ماموریت بود که مولکول‌های هیدروکسیل را در سطح ماه و متمرکز شده در قطب‌ها کشف شدند. ماموریت‌هایی مانند Lunar Prospector، LCROSS و Lunar Reconnaissance Orbiter، نه تنها نشان داده‌اند که سطح این قمر دارای هیدراتاسیون جهانی است، بلکه در واقع غلظت بالایی از آب یخ در مناطق دائماً سایه دار قطب‌های ماه وجود دارد.

دانشمندان همچنین متوجه شدند که زمانی که ماه توسط شهاب‌سنگ‌ها بمباران می‌شود، سطح آن آب خود را آزاد می‌کند. سطح آن توسط لایه‌ای چند سانتی‌متری از خاک خشک محافظت می‌شود که تنها توسط ریزشهاب‌های بزرگ قابل نفوذ است. هنگامی که ریزشهاب‌ها به سطح این قمر برخورد می‌کنند، بیشتر مواد موجود در دهانه‌ای که ایجاد می‌کنند، بخار می‌شوند.

در اکتبر سال 2020 میلادی/ آبان 1399، رصدخانه استراتوسفری ناسا اخترشناسی فروسرخ (SOFIA) برای اولین بار وجود آب در سطح ماه را تایید کرد. این کشف نشان می دهد که آب ممکن است در سراسر سطح این قمر توزیع شود و به مکان های سرد و سایه محدود نشود. SOFIA مولکول‌های آب را در دهانه کلویوس (Clavius Crater)، یکی از بزرگترین دهانه‌های قابل مشاهده از زمین، واقع در نیمکره جنوبی این قمر شناسایی کرد.

اتمسفر

جو تنها قمر زمین بسیار نازک و ضعیف است که به آن اگزوسفر می گویند. این جو هیچ گونه محافظتی در برابر تشعشعات خورشید یا برخورد شهاب سنگ‌ها ایجاد نمی‌کند.

مگنتوسفر

این امکان وجود دارد که در ابتدای بوجود آمدن این قمر، میدان مغناطیسی قوی‌ای داشته است. و این باعث شده بود که مکانیزمی برای تولید میدان‌های مغناطیسی جهانی برای سیارات زمین‌سان بوجود بیاید. اما امروز، این قمر یک میدان مغناطیسی بسیار ضعیف دارد. میدان مغناطیسی زمین هزاران بار قوی‌تر از میدان مغناطیسی ماه است.

امکان حیات در ماه

ماموریت‌های بسیاری که ماه را کاوش کرده‌اند، هیچ مدرکی دال بر وجود موجودات زنده مخصوص خود این قمر پیدا نکرده‌اند. با این حال، تنها قمر زمین می تواند محلی برای زندگی انسان‌ها در آینده باشد. کشف این که ماه دارای یخ آب است و بیشترین غلظت آن در دهانه‌های تاریک در قطب رخ می‌دهد، این قمر را مکانی مناسب‌تر برای زندگی آیندگان می‌کند.

ویژگی های اصلی سیستم زمین-ماه

ماه علاوه بر نزدیکی به زمین، در مقایسه با این سیاره نسبتاً بزرگ است - نسبت جرم زمین و قمرش بزرگتر از نسبت سایر قمرها و سیاراتشان است. در نتیجه ماه و زمین تأثیر گرانشی شدیدی بر یکدیگر اعمال می‌کنند و سیستمی را تشکیل می‌دهند که ویژگی‌ها و رفتار متمایز خود را دارد. 

اگرچه معمولاً گفته می‌شود که این قمر به دور زمین می‌چرخد، اما دقیق‌تر است که بگوییم این دو جسم حول یک مرکز جرم مشترک به دور یکدیگر می‌چرخند. این نقطه که مرکز سنگینی سراسری (barycentre) نامیده می‌شود، در داخل زمین حدود ۴۷۰۰ کیلومتر از مرکز آن قرار دارد. همچنین به طور دقیق‌تر، به جای مرکز زمین، مرکز سنگینی سراسری است که مسیری بیضوی را به دور خورشید مطابق با قوانین حرکت سیارات کپلر دنبال می‌کند. هندسه مداری این قمر، زمین و خورشید باعث ایجاد فازهای ماه و پدیده‌های ماه‌گرفتگی و خورشید گرفتگی می شود.

فازهای ماه

قمر زمین هشت فاز دارد: ماه نو، هلال در حال افزایش، ربع اول، غده در حال افزایش، ماه کامل، غده در حال کاهش، ربع آخر و هلال در حال کاهش.

ماه نو زمانی اتفاق می‌افتد که این قمر بین زمین و خورشید قرار می‌گیرد و در نتیجه آن طرف قمر که در سایه است رو به زمین است.

ماه کامل زمانی اتفاق می‌افتد که این قمر در سمت مخالف زمین از خورشید باشد و در نتیجه آن سمتی از قمر که روشن است رو به زمین است.

ربع اول و آخر، که در آن نیمی از این قمر روشن به نظر می‌رسد، زمانی اتفاق می‌افتد که وقتی ماه را از زمین نگاه می‌کنیم، این قمر در زاویه قائمه نسبت به خورشید باشد. فازهای هلالی در حال افزایش و کاهش زمانی اتفاق می‌افتند که حدود یک چهارم ماه روشن می‌شود، و فازهای غده در حال افزایش و کاهشی زمانی رخ می‌دهند که حدود سه چهارم ماه روشن باشد. (زمین، همانطور که از ماه مشاهده می شود، همان فازها را به ترتیب مخالف نشان می دهد؛ به عنوان مثال، زمانی که ماه جدید است، زمین کامل است.)

حقایق جالب درباره‌ی تنها قمر زمین

• ماه هم زلزله دارد.
• قمر زمین پنجمین قمر بزرگ منظومه‌ی شمسی است.
• ماه برخلاف زمین، فصلی ندارد.

سوالات متداول