ירח כדור הארץ- סיכום ממצאים חלק 4

פרק אחרון בסדרה המקיפה על הירח, לרבות ניתוח ממצאי המצאות קרח מים על פניו

ירח כדור הארץ סיכום ממצאים חלק 1
ירח כדור הארץ – סיכום ממצאים חלק 2
ירח כדור הארץ – סיכום ממצאים חלק 3

קרח מים

רמזים לנוכחות אפשרית של מים על הירח נמצאו במדגמי קרקע שהובאו על ידי טייסי אפולו. בגוש בזלת נמצא המינרל אפטיט (מינרל המכיל פוספט קלציום). מה שנמצא הוא מימן בצורה של הידרוקסיל בעל מטען שלילי (-1 OH) בתוך המבנה הסריגי של מינרל האפטיט (1). במדגמי הקרקע שהובאו על ידי טייסי אפולו 17 נמצאו מים יחד עם יסודות נדיפים בתוך מגמה כשהם עצמם לכודים בתוך גבישים המצויים עצמם בתוך חרוזים (beads) של זכוכית געשית (2).

הניסיון הראשון לבדוק אם אכן יש מים על הירח נעשה באמצעות חללית הקלמנטין.לא היתה זו תצפית ישירה על גופי מים, אלא עקיפה. באמצעות צלחת האנטנה של החללית שודרו אותות רדיו לאזורים שונים מסביב לקוטב הדרומי, מקומות בהם קרח מים יכול להיות מוסתר. לאחר מכן באמצעות אנטנות רדיו על כדור הארץ החלו לחפש השתקפויות של האותות בצלחת האנטנה של הקלמטין אשר שודרו לכדור הארץ. התברר שאכן הוחזרו מהירח השתקפויות של מים מעורבים באדמה. על פי ניתוח הממצאים הגיעו למסקנה שעומקו של הקרח 15 מטר והוא משתרע על שטח של 56 קמ”ר. בתוך המכתשים מצוי קרח שנפחו הוא לפחות 1.6 מיליון מטר מעוקב באזורים החשוכים. יכול להיות שמקורם של מים אלה הוא באלפי שביטים שפגעו בירח ב-3 מיליארד השנים האחרונות. שביט הפוגע בירח משחרר אדי מים המקיפים אותו מעל פני הקרקע, אך חלק מהם יורד לקרקע למקומות בהם הטמפרטורה היא C° 40 מעל לאפס המוחלט והם לא יכולים לצאת משם. במשך 3 מיליארד שנה הקרח הצטבר בכמות ממשמעותית (3). על פי סך החישובים שבוצעו מצויים במקומות אלה 11-300 מיליון טון של קרח מים (4). עדויות נוספות לנוכחות מים נמצאו גם על ידי ה-Lunar Prospector. העדויות למים נמצאו בשני הקטבים. על פי הערכה כמות קרח המים בקוטב הצפוני גדולה פי 2 מזו של הקוטב הדרומי (5). עדויות אלה קיבלו אישוש גם מהחללית ההודית Chandryaan (6).

במאמר שפורסם ב- Nature ביולי 2010 נמסר כי בתצלומים שנעשו על ידי החללית ההודית Chandryaan נמצא “טל ירחי” על פני השטח. התברר שהמים נפוצים יותר ממה שחשבו על פני השטח ובתוך הירח עם דמיון מסוים למים בתוך מערכות געשיות על כדור הארץ. מקורו של ” הטל הירחי ” הוא כנראה ברוח השמש אשר הביאה איתה מימן שבא במגע עם החמצן הירחי. המים עליהם דווח ב-Nature באים כנראה ממקור אחר לגמרי. יכול להיות שהם הובאו על ידי מטאוריטים שפגעו בירח שהכילו כנראה קרח מים. קיומם של הרי געש שהיו פעילים לפני 4 מיליארד שנה נותנים לחוקרים רמז לכך שמים היו פעם בתוך הירח. הסיבה היא שהדינמיקה של הרי געש על כדור הארץ והירח מונעת בעיקרה על ידי מים (7). החללית LRO זיהתה באזורים החשוכים של הקטבים צורות של כפור (8).

טמפרטורות

מדידת טמפרטורות שעל הירח הראתה הבדלים קיצוניים בין היום הלילה ולא קשה להבין למה. ביום הטמפרטורה יכולה להגיע ל- C ° 130 ובלילה ל-C ° 180 – (9). יש להביא בחשבון שישנם מקומות שגם במהלך היום יהיו בהם טמפרטורות נמוכות. הכוונה היא למקומות מוצלים (shadowed ). כל סלע וכל הר מטילים צל על סביבתם וכמו על כדור הארת אורך הצל מותנה במיקומה של השמש בשמים. המקומות הקרים ביותר באזורי הצל יהיו במרכזם (השערת הכותב-חיים מזר). ההתייחסות הראשונה לקשר בין טמפרטורה לגזים שונים על פני הירח התעוררה כאשר החלו לחשוב על התכנות מציאותו של גז הארגון בקטבים. במקומות אלה הריכוז שלו יהיה גדול יותר מאשר בכול מקום אחר על הירח. ממדידות שנעשו על ידי החלליתLRO התברר שהקטבים של הירח הם המקומות הקרים ביותר במערכת השמש ומסיבה זו הארגון במקומות אלה יהיה במצב מוצק (10). ללא אור השמש טווח הטמפרטורות יכול להיות C °173.9- C °238 – (K ° 100- K ° 35) (11).

אטמוספירה

למרבה ההפתעה במדידות שנעשו על ידי חלליות אפולו התברר שלירח יש אטמוספירה אם כי דקיקה מאוד. מסיבה זו ראוי יותר שהיא תיקרא אקוספירה. היא נוצרת בעקבות התאדות רציפה של חומרים על פני השטח. ואובדנם בחלל או שהם חוזרים לקרקע. תהליכים אלה מתרחשים על בסיס יומי למרות שקיימת באופן תמידי קצת אטמוספירה. הגזים השונים בה ממוחזרים ( recycled ) דרכה. אטמוספירה מסוג זה מוצאים על שביטים. תצפיות ארציות שנעשו -1998 הראו שבאטמוספירה זו מצויים אדים של נתרן וכי לירח ישנו זנב ארוך של גז הנתרן. ניתן לצפות בו עד למרחק של 800,000 ק”מ מהירח. התברר כי כאשר הירח נמצא במולדו, לאטומי הנתרן נדרשים יומיים כדי להגיע לכדור הארץ. הם נדחפים מהירח על ידי הלחץ המופעל עליהם על ידי אור השמש. הם נמשכים לכדור הארץ על ידי כוח המשיכה שלו וממוקדים לתוך זנב ארוך וצר (12).

למרבה ההפתעה התברר שלמרות דקיקותה, לאטמוספירה יש יונוספירה. העדויות הראשונות לכך הגיעו בשנות ה-70 של המאה ה-20 מהחלליות הרוסיות לונה 19 ולונה 20. מכשירי החלליות הבחינו בשכבה של חלקיקים טעונים המתנשאים לגובה של עשרות קילומטרים מעל הקרקע. בכל סמ”ק נמצאו 1000 אלקטרונים פי 1000 ממה שחשבו. עדות תומכת לתצפית זו נמצאה כאשר גלי רדיו הבאים ממקורות רחוקים בחלל חולפים בסמוך ל-limb של הירח. גורמים נוספים התורמים לאטמוספירה זו הם כמויות קטנות של גז הבאים מניוון רדיואקטיבי הדולפים מתוך פנימו של הירח. מקורות נוספים הם מטאורים ורוח השמש המתיזים אטומים מהקרקע. גם האבק שהוזכר בפרק קודם תורמים ליונוספירה (13).

החללית Chandrayan גילתה שטף של יונים בצד הלילה. התברר כי הירח הוא מקור גדול של אטומי מימן ניטרליים עתירי אנרגיה. % 20 – % 15 מהפרוטונים המצויים ברוח השמש הפוגעים בקרקע הירח מוחזרים לחלל כמימן ניטרלי (14). על פי ממצאי ה- LCROSS וה- Lunar Prospector ריכוז המימן הגדול ביותר נמצא בקטבים וכי בהשוואה בין הקטבים הריכוז הגדול ביותר מצוי בקוטב הצפוני. נראה שהמקור לכך הוא קרח המים במכתשים המוצלים (shadowed) שבקטבים (15).

קרום הירח

בהסתמך על ממצאיהן של חלליות אפולו התברר כי עובי הקרום לפחות באתרי הנחיתה של אפולו 12 ואפולו 14 הוא 55-70 ק”מ ויש בו כנראה שתי שכבות הניגוד בין בתכונות האלסטיות של הסלעים היוצרים שכבות אלה, גדול כמו זה הקיים בין הקרום למעטפת של כדור הארץ (16). עובי הקרום בצד הנסתר הוא 70 ק”מ (17). על פי ממצאי החללית LRO קיימים הבדלים בין רמות (מבחינה טופוגרפית) על פני הקרום וכי אושרה נוכחות מפתיעה של סיליקה ב-5 מקומות שונים (18). חלק ממכתשי הפגיעה חודרים לעומק הקרום וניתן ללמוד מהם על המבנה וההרכב של הירח. מכתשים ספורים שקוטרם קילומטרים ספורים חודרים לעומק של מאות מטרים ומכתשים גדולים יותר כמו מכתש טיכו שקוטרו 85 ק”מ חודרים לעומק של עשרות קילומטרים (17).

הגרעין

ה- Lunar Prospector סיפקה מידע גם ביחס לגרעין של הירח. על פי אחד המודלים קוטר הגרעין נע בין 220-450 ק”מ. באם גודל הגרעין הוא הקטן שבין ערכים אלה אזי הוא עשוי מברזל טהור. באם הגדול שבין ערכים אלה הוא הנכון אזי צפיפותו נמוכה יותר והוא עשוי מברזל גופריתי (iron sulfide). והמסה שלו היא בין 1%-4% ממסת הירח (19). על פי מחקר אחר, גודל הגרעין הוא בין 500-860 ק”מ. במקרה זה המסה שלו היא 2% ממסת הירח (20). קיים אמנם הבדל בין תוצאות שני המחקרים אבל אפשר לקבל מושג די טוב לגבי סדר הגודל של הגרעין.

מבדיקת מדגמי הקרקע שהובאו על ידי טייסי אפולו 11 התברר שבעבר הרחוק לירח היה גרעין נוזלי שפעל כמו דינמו במשך תקופה ארוכה יותר ממה שסברו. מה הניע דינמו זה לא ברור. על פי הסבר אחד הדינמו הירחי החזיק את עצמו בדומה לזה של כדור הארץ. כאשר כדור הארץ החל להתקרר, הגרעין הנוזלי שלו החל לנוע ותמך בדינמו ובשדה המגנטי שדינמו זה יצר. על כדור הארץ דינמו זה עדיין פעיל. לגבי הירח הועלתה השערה שדינמו זה הונע (powered) בעיקר כתוצאה מהתקררות פנימו של הירח וכי יכול היה להתקיים מספר מאות מיליוני שנים לאחר היווצרות הירח (21).

שדות מגנטיים

בדיקת מדגמי הקרקע שהובאו על ידי טייסי אפולו הראתה שחלק מהם ממוגנטים, מה שמעיד על כך שבעבר הם היו חשופים לשדות מגנטיים. בנוסף לכך, חלליות שנעו במסלולי הקפה סביבו הבחינו באזורי אנומליות מגנטיות, מקומות בהם שדות מגנטיים העולים מתוך הסלעים. ממצאים אלה הביאו לפיתוחה של השערה יוצאת דופן. לירח היה בעבר שדה מגנטי חזק משלו. עוצמתו של שדה מגנטי זה היתה גדולה פי 2 מהשדה המגנטי של כדור הארץ. כיום, הרושם שהתקבל על סמך ממצאים אלה הוא שלירח היה בעבר גרעין ברזלי קטן וכי השדה המגנטי בו נוצר לפני 3.2-3.6 מיליארד שנה, תקופה בה זרמי לבה פרצו החוצה אל הקרקע..בכדי לפתח שדה מגנטי הגרעין צריך להיות מותך. במצב זה מתפתחים בו זרמי קונבקציה אשר בעקבותיהם פורץ החוצה חום אל פני הקרקע. פני השטח של הגרעין מתקררים וחוזרים פנימה לירח בצורת עמוד צפוף יותר. צירקולציה זו של הברזל המותך פעלה כמו דינמו ויצרה שדה דיפול (field dipole ) כמו זה של כדור הארץ כיום (22). במאמר שפורסם ביולי 2012 ב- Science מוצגת גישה דומה המתבססת על ניתוח מדגמים שהובאו על ידי טייסי אפולו 11 ועל פיה גרעין מותך ובו זרמי קונבקציה יצר שדה מגנטי חזק לפני 3.7 מיליארד שנה, אם כי לא ברור מה הניע דינמו זה. יתכן שדינמו זו החזיק את עצמו כמו הגרעין של כדור הארץ. עם התקררותו של הירח, הגרעין המותך שלו החל לנוע ותמך בדינמו ובשדה המגנטי שהוא יצר. על פי מודלים שונים אם הדינמו הירחי היה מחזיק את עצמו רק על ידי קירור פנימי של הירח הוא יכול היה להתקיים רק מספר מיליוני שנים לאחר היווצרות הירח (21).

ממצאיה של החללית Lunar Prospector מורים על כך שהגרעין היה מותך לפחות לפני 3.6 מיליארד שנה, מועד בו הסתיימה פגיעת אסטרואידים ומטאורים עתירי ממדים בקרקע. המגנטומטר של החללית מצא עקבות של מגנטיזם כלוא בכתמים של הקרום. אותן פגיעות היו כנראה בעוצמה כה אדירה עד כדי הרעדת הסלעים בעוצמה כה חזקה שהשאירה בהם חתימה של השדה המגנטי. המשמעות היא שעוצמתו של שדה מגנטי זה באותו זמן היא שפעולת הדינמו של זרימת מתכת בקרום יצרה שדה מגנטי חזק כמו זה של כדור הארץ. אחד מכתמים אלה הוא בעל עוצמה מגנטית כה חזקה שהוא מטה מפני השטח חלקיקים טעונים מרוח השמש, באותה מידה כמו השדה המגנטי של כדור הארץ . תופעה זו הובחנה כבר על ידי החללית אקספלורר 35 שהקיפה את הירח ב-1967. גם ממצא זה יכול להעיד על כך שגרעין הירח בעבר היה ברזל מותך ובעל חותם חזק של שדה מגנטי (19).

ה- Lunar Prospector מיפתה את השדות המגנטיים של קרום הירח וצפתה גם באינטראקציה שבין רוח השמש לבין אזורים שונים על פני השטח שלהם שדות מגנטיים חזקים בקווי הרוחב S °80 – S°30 ובגובה 100 ק”מ מפני הקרקע. מפות של הטייתה אלקטרונים (electron reflection) שבאזורים הנמצאים בצד הנגדי (antipode)עד לאגנים Imbrium Serentatis, המגיעים עד לקו רוחב S ° 80 מראים ששדות מגנטיים בקרום ממלאים את רוב אזורי ה- antipode של אגנים אלה . מממצאים אלה מאששים את ההשערה שהפגיעות יוצרות האגנים יוצרות שדות מגנטיים בקרום הירח באזורי ה- antipode. השדות המגנטיים באגן Imbrium חזקים מספיק כדי להטות (deflect) את רוח השמש וליצור מגנטוספירה זעירה, כיסים מגנטיים עד לאורך של מאות קילומטרים ומערכת של גלי הלם (23) החללית ההודית Chandrayan אכן גילתה שלירח יש מגנטוספירה משלו, אם כי קטנה מאוד (24).

נדידת קטבים

נראה שבזמנים שונים במהלך ההיסטוריה של הירח, השדה המגנטי היה בכיוונים שונים ביחס לקרום. חישוב עוצמת וכיוון המגנטיזם של הירח הוביל למספר מסקנות שלהן נגיעה להיסטוריה של כדור הארץ והירח כמערכת אחת ולירח עצמו. נראה שגוף הירח שינה את מיקומו ביחס לציר הסיבוב שלו סביב עצמו. הציר שמר על מיקומו בחלל, אך הירח סבב סביב עצמו כך שאזורים שבעבר היו בקטבים קרובים היום יותר לקו המשווה תופעה זו קרויה נדידת קטבים. זאת מכיון שמנקודת המבט של מי שנמצא על הקרקע, נראה לו שהקטבים הם.שמשתנים. שילוב בין מסקנה זו לבין מיקומם של מספר מכתשים הביא למסקנה נוספת שעל פיה מספר גופים גדולים הקיפו את הירח נשברו, כל אחד מהם הגיע לקרקע והשאיר את חותמו בצורה של שרשרת של מכתשים סמוך למה שהיה באותה תקופה קו המשווה של הירח. נראה שפגיעות אלה הן שגרמו לנדידת הקטבים (22).

רוח השמש

ממצאים של השנים האחרונות גילו סוג חדש של אינטראקציה בין רוח השמש לגופים חסרי אטמוספירה במערכת השמש. אזורים הנקראים אנומליות מגנטיות (magnetic anomalies ) בעיקר בצד בנסתר מטים (deflect) את רוח השמש בצד הנסתר של הירח ובכך מגינים על הקרקע. ההנחה המקובלת היתה שרוח השמש נספגת בקרקע, אולם ממצאים שהגיעו מהחללית הסינית 1 Chang’e , מהחללית היפנית Kaguya, ומהחללית ההודית Chandryaan הראו שאינטראקציה זו מורכבת יותר ממה שחשבו. נצפה שטף משמעותי ורב עוצמה על קרקע הירח, כנראה בשל רוח השמש המוחזרת מהרגוליט שעל הקרקע.

מיפוי האטומים עתירי האנרגיה הבאים מהירח הראה שכחמישית מהפוטונים של רוח השמש המגיעים לירח מוחזרים בחזרה לחלל. תופעה דומה נצפתה על פובוס ירחו הזעיר של המאדים על ידי החלליתMars Express. בניתוח פרטני של אזורים שונים על הירח התברר שהסטה זו של רוח השמש נעשית על ידי צבר של אנומליות מגנטיות בחצי הכדור הדרומי בצד הנסתר של הירח (25).

התגלה גם שטף של יונים בצד הלילי של הירח, שהוא מקור גדול של אטומי מימן ניטרליים ורבי עוצמה . 20% – 15% של פרוטונים מרוח השמש מוחזרים לחלל ובמצב ניטרלי. כמות קטנה של המימן נספגת בקרקע ( (14.

מקורות

1. “Caltech team finds evidence of water in moon minerals” 23.7.2010
http://www.space-travel.com/reports/Caltech_Team_Finds_Evidence_Of_Water_Iin_ Moon_ Minerals_999.html

2. “Parts of moon interior as wet as Earth’s upper mantle” 30.5.2011
http://www.space-travel.com/reports/ Parts _Of_ Moon_ Interior_ As _Wet _As _Earth’s _Upper_ Mantle_999.html

3. “Clementine’s icy moon” Astronomy March 1997 p. 26

4. Harwood W. – Prospector finds ice on the moon” Astronomynow April 1998 p. 22

5. “Water ice found at the moon’s poles” Astronomy June 1998 p. 20

6. “India over the moon with water discovery” 25.9.2009
http://www.moondaily.com/report/India_Over_The_Moon_With_Water_Discovery_ _999.html

7. “Water on the moon is widespread” 23.7.2010
http://www.space-travel.com/report/ Water _On_ The_ Moon_ Is_ Widespread_999.html

8. “Lunar orbiter spots moisture location” 13.1.2012
http://www.space-travel.com/report/ Lunar_ Orbiter_ Spots_ Moisture Location_ 999.html

9. “Giant underground chamber found on the moon by Indian’s Chandryaan -1 spacecraft”
http://www.dailyspacegalaxy.com/my-webblog/2011/23/ giant- underground -chamber –found- on- the- moon- by Indian’s- Chandryaan -1 spacecraft-spacecraft.html

10. Joses M.—“Argon on the moon” 23.9.2009
http://www.moondaily.com/report/ Argon_ On _The_ Moon_999.html

11. “LRO detects surprising gases in LCROSS Lunar impact plume” 22.10.2010
http://www.space-travel.com/report/ Detects_ Surprising_ Gases_ In _ LCROSS_ Lunar _Impact_ Plume_999.html

12. “Lunar Sodium tail discovered” 1.6.1999
http://www.astronomynow.com/breaking/9906/15moontail/index-html

13. Phillips T. – “Mystery of the Lunar ionosphere” 17.11.2011
http://www.space-travel.com/reports/ Mystery _Of _The_ Lunar_ Ionosphere_999.html

14. “Chandryaan instruments finds magnetosphere around moon” 17.11..2009
http://www.moondaily.com/report/ Chandryaan _ Instruments_Finds _Magnetosphere _Around_ Moon_999.html

15. Binder Alan B.-“Lunar Prospector : Overview” Science 4.9.1998 Vol. 281 pp. 1475-1476

16. Latham Gary et al. –“Moonquakes and Lunar tectonism” The Moon Vol. 4 Nos 3/4 June-July 1972 pp. 373-382

17. Spudis Paul. A. –“The giant holes of the Moon” Astronomy May 1996 pp. 50-55

18. “New insights into the Moon’s rich geologic complexity” 20.9.2010
http://www.space-travel.com/reports/New_Insights_Iinto_The_Moon’s_Rich_Geologic _Complexity_999.html

19. Irion R..- “Lunar Prospector moon’s core mysteries “
http://sciencemag.org/cgi/contents/full/281/5382/1423

20. Irion R- “Raising Lunar prospects” Astronomy February 2000 p. 45-51

21. Chu J.- “What drove the lunar dynamo? Moon’s molten core was likely sustained by alternative power source”. 27.1.2012
http://www.physorg.com/news/2012-01.drove-lunar-dynamo-moon-molten.html

22.. Runcorn S.K.- “The moon’s ancient Magnetism” Scientific American 12/11987 p. 34-42

23. Lin R.P. et al. –“Lunar surface magnetic fields and their interaction with the solar wind : Results From Lunar Prospector. Science Vol. 281 p. 1480-1484 4.9.1998

24. Chandryaan instruments find magnethosphere around moon” 17.11.2009
http://moondaily.com/reports/Chandryaan_Instruments_Find_Magnethosphere _Around_ Moon-999.html

25. “Magnetic anomalies shield the moon” 27.9.2010
http://www.space-travel.com/reports/Magnetic_Anomalies_Shield_The_ Moon_999.html