تربة القمر

التربة القمرية هي المادة غير المتماسكة الموجودة على سطح القمر وفي غلافه الجوي الرقيق . يشير مصطلح "التربة القمرية" عادةً إلى الجزء الأدق من التربة القمرية ، والذي يتكون من حبيبات قطرها 1 سم أو أقل، ولكن غالبًا ما يُستخدم المصطلحان بشكل متبادل. ^{[ 1 ]} تختلف التربة القمرية اختلافًا كبيرًا في خصائصها عن التربة الأرضية . أما الغبار القمري فهو تربة قمرية أدق من التربة القمرية ، حيث يقل حجم حبيباته عن مليمتر واحد. ^{[ 2 ]} 

يُعدّ غبار القمر في المقام الأول نتاجًا للتجوية الميكانيكية . فقد أدّت الاصطدامات النيزكية المتواصلة والقصف بجزيئات ذرية مشحونة من الشمس والفضاء بين النجوم على سطح القمر على مدى مليارات السنين إلى طحن صخور البازلت والأنورثوزيت ، وهي غبار القمر، إلى مواد أدقّ تدريجيًا. ويتناقض هذا الوضع اختلافًا جوهريًا مع تكوين التربة الأرضية، الذي يتوسطه وجود الأكسجين الجزيئي (O₂ ₎ والرطوبة والرياح الجوية ومجموعة واسعة من العمليات البيولوجية المساهمة.

تُعدّ التربة القمرية، وهي الطبقة السطحية الرقيقة للقمر، عرضة للتأثر حتى بأضعف الظواهر الطبيعية التي تحدث على سطحه، مما يجعلها جزءًا من غلافه الجوي الرقيق. وهي سهلة التفتيت، وتشكل خطرًا كبيرًا على المعدات المكشوفة وصحة الإنسان. تتكون هذه التربة من جزيئات حادة شديدة الالتصاق، ولها رائحة وطعم يشبهان البارود. ومن المحتمل أن تُستغلّ التربة القمرية كمورد قمري ، لا سيما للاستخدامات المحلية على سطح القمر ، مثل استخدامها كمادة بناء أو لزراعة النباتات .

العمليات الرئيسية التي تدخل في تكوين التربة القمرية هي: ^{[ 3 ]}

• التفتيت : التكسير الميكانيكي للصخور والمعادن إلى جزيئات أصغر بفعل اصطدامات النيازك والنيازك الدقيقة ؛
• التكتل : لحام شظايا المعادن والصخور معًا بواسطة الزجاج الناتج عن اصطدام النيازك الدقيقة؛
• التناثر الناتج عن الرياح الشمسية والتفتت الناتج عن الأشعة الكونية بسبب اصطدامات الأيونات والجسيمات عالية الطاقة.

تستمر هذه العمليات في تغيير الخصائص الفيزيائية والبصرية للغبار بمرور الوقت، وهذا ما يُعرف باسم التجوية الفضائية .

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تُشكّل ظاهرة نوافير الحمم البركانية، حيث تُقذف الحمم البركانية وتبرد لتتحول إلى حبيبات زجاجية صغيرة قبل أن تسقط عائدةً إلى السطح، رواسب صغيرة ولكنها مهمة في بعض المواقع، مثل التربة البرتقالية التي عُثر عليها في فوهة شورتي في وادي تاوروس-ليترو بواسطة مهمة أبولو 17 ، والزجاج الأخضر الذي عُثر عليه في هادلي-أبينين بواسطة مهمة أبولو 15. ويُعتقد أيضًا أن رواسب الحبيبات البركانية هي أصل رواسب الوشاح الداكن في مواقع أخرى حول القمر. ^{[ 4 ]}

تشير بعض الأدلة إلى وجود طبقة رقيقة من جزيئات الغبار المتحركة على سطح القمر، تقفز باستمرار من سطحه وتسقط عائدةً إليه، مما يُشكّل ما يُشبه "غلافًا جويًا غباريًا" يبدو ثابتًا ظاهريًا، ولكنه في الواقع مُكوّن من جزيئات غبار في حركة دائمة. وقد استُخدم مصطلح "نافورة القمر" لوصف هذه الظاهرة، تشبيهًا بتدفق جزيئات الماء في نافورة، حيث تسير في مسار مقذوف، بينما تبدو ثابتةً بسبب ثبات تدفقها. ووفقًا لنموذج اقترحه مختبر الفيزياء خارج الأرض في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا عام 2005 ، ^{[ 5 ]} فإن هذه الظاهرة ناتجة عن الرفع الكهروستاتيكي . فعلى الجانب المُضاء من القمر، تكون الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية الشمسية ذات طاقة كافية لإخراج الإلكترونات من الذرات والجزيئات في تربة القمر. تتراكم الشحنات الموجبة حتى تُدفع أصغر جزيئات غبار القمر (التي يبلغ قياسها ميكرومترًا واحدًا أو أقل) بعيدًا عن السطح، وتُقذف في الهواء من أمتار إلى كيلومترات، حيث تصل أصغر الجزيئات إلى أعلى الارتفاعات. وفي النهاية، تسقط هذه الجزيئات عائدةً إلى السطح حيث تتكرر العملية. أما في الجانب المظلم، فيُشحن الغبار بشحنة سالبة بفعل الإلكترونات القادمة من الرياح الشمسية . في الواقع، يشير نموذج النافورة إلى أن الجانب المظلم سيشهد فروقًا أكبر في الجهد الكهربائي مقارنةً بالجانب المضيء، مما قد يؤدي إلى قذف جزيئات الغبار إلى ارتفاعات أعلى. ^{[ 6 ]} وقد يتعزز هذا التأثير خلال الجزء من مدار القمر الذي يمر فيه عبر ذيل الغلاف المغناطيسي للأرض ، وهو جزء من المجال المغناطيسي للقمر . ^{[ 7 ]} وعلى خط الفصل بين الليل والنهار، قد تتشكل مجالات كهربائية أفقية كبيرة بين منطقتي النهار والليل، مما يؤدي إلى نقل الغبار أفقيًا - وهو شكل من أشكال "عاصفة القمر". ^{[ 6 ] [ 8 ]}

وقد تم التنبؤ بهذا التأثير في عام 1956 من قبل مؤلف الخيال العلمي هال كليمنت في قصته القصيرة "Dust Rag"، التي نُشرت في مجلة Astounding Science Fiction . ^{[ 6 ]}

توجد بعض الأدلة على هذا التأثير. ففي أوائل الستينيات، التقطت المركبة الفضائية "سيرفيور 7 " ^{[ 9 ]} ، بالإضافة إلى العديد من المركبات الفضائية السابقة من طراز "سيرفيور" التي هبطت بسلام على سطح القمر، صورًا تُظهر توهجًا شفقياً واضحًا منخفضًا فوق الأفق القمري، يستمر حتى بعد غروب الشمس. ^{[ 6 ]} علاوة على ذلك، وخلافًا للتوقعات السائدة بوجود ظروف خالية من الهواء والضباب الجوي، لم يكن الأفق البعيد بين الأرض والسماء حادًا للغاية. فقد شاهد رواد فضاء أبولو 17، الذين كانوا يدورون حول القمر عام 1972، مرارًا وتكرارًا ما أطلقوا عليه أسماءً مختلفة مثل "أشرطة" أو "خيوط" أو "أشعة شفقية" لمدة عشر ثوانٍ تقريبًا قبل شروق الشمس القمرية أو غروبها، وقاموا برسمها. كما أبلغ رواد فضاء على متن أبولو 8 و10 و15 عن رؤية أشعة مماثلة. وقد تكون هذه الأشعة مشابهة لأشعة الشفق على الأرض. ^{[ 6 ]}

وضعت مركبة أبولو 17 تجربةً على سطح القمر تُدعى LEAM ، اختصارًا لـ "المقذوفات والنيازك القمرية". صُممت هذه التجربة لرصد الغبار المتطاير من النيازك الصغيرة التي تصطدم بسطح القمر. احتوت على ثلاثة مجسات قادرة على تسجيل سرعة وطاقة واتجاه الجسيمات الدقيقة: واحد يشير إلى الأعلى، وآخر إلى الشرق، وثالث إلى الغرب. رصدت LEAM عددًا كبيرًا من الجسيمات كل صباح، معظمها قادم من الشرق أو الغرب - وليس من الأعلى أو الأسفل - وكانت سرعاتها في الغالب أبطأ من السرعات المتوقعة للمقذوفات القمرية. إضافةً إلى ذلك، ارتفعت درجة حرارة التجربة إلى ما يقارب 100 درجة مئوية بعد ساعات قليلة من كل شروق شمس قمري، ما استدعى إيقاف تشغيلها مؤقتًا بسبب ارتفاع درجة حرارتها. يُعتقد أن هذا قد يكون ناتجًا عن التصاق غبار القمر المشحون كهربائيًا بـ LEAM، ما أدى إلى تعتيم سطحها، فامتصت التجربة ضوء الشمس بدلًا من عكسه. ^{[ 8 ]} ومع ذلك، لم يتمكن العلماء من تحديد مصدر المشكلة بشكل قاطع، حيث أن نظام LEAM لم يعمل إلا لفترة وجيزة قبل انتهاء برنامج أبولو. ^{[ 10 ]}

من المحتمل أن تكون هذه العواصف قد رُصدت من الأرض: فعلى مرّ القرون، وردت تقارير عن أضواء متوهجة غريبة على سطح القمر، تُعرف باسم " الظواهر القمرية العابرة " أو TLPs. وقد لوحظت بعض هذه الظواهر على شكل ومضات لحظية، والتي يُعتبر الآن دليلاً مرئياً على اصطدام النيازك بسطح القمر. لكن بعضها الآخر ظهر على شكل توهجات حمراء أو بيضاء غير منتظمة، أو حتى على شكل مناطق ضبابية داكنة تتغير أشكالها أو تختفي خلال ثوانٍ أو دقائق. وقد يكون هذا نتيجة انعكاس ضوء الشمس عن الغبار القمري العالق. ^{[ 8 ]}

نتيجةً لعدد لا يحصى من اصطدامات النيازك (بسرعات تصل إلى 20  كم/ث)، يُغطى سطح القمر بطبقة رقيقة من الغبار. هذا الغبار مشحون كهربائياً ويلتصق بأي سطح يلامسه.

تبلغ كثافة التربة القمرية حوالي 1.5  جم/سم ³ وتزداد مع العمق. ^{[ 12 ]}

تشمل العوامل الأخرى التي قد تؤثر على خصائص التربة القمرية الفروق الكبيرة في درجات الحرارة ، ووجود فراغ شديد ، وغياب مجال مغناطيسي قمري كبير، مما يسمح لجزيئات الرياح الشمسية المشحونة بالاصطدام بسطح القمر باستمرار.

تتكون 98-99% من صخور وتربة القمر من سبعة عناصر: الأكسجين (41-45%)، والسيليكون (Si)، والألومنيوم (Al)، والكالسيوم (Ca)، والحديد (Fe)، والمغنيسيوم (Mg)، والتيتانيوم (Ti). أما النسبة المتبقية التي تتراوح بين 1-2% فتتكون بالكامل تقريبًا من المنغنيز (Mn)، والصوديوم (Na)، والبوتاسيوم (K)، والفوسفور (P). ^{[ 13 ]}

يعكس تركيب تربة القمر تركيب الصخور الأم التي تعلوها. وبمرور الزمن، تختلط المواد رأسيًا وأفقيًا (وهي عملية تُعرف باسم " الترسيخ ") بفعل عمليات الاصطدام. ورغم اختلاف تركيب تربة البحار القمرية وتربة المرتفعات، فإن مخزونها المعدني متشابه جدًا، ويعكس اختلافًا في نسب الأطوار المعدنية. تشمل المعادن الأساسية الموجودة في تربة القمر: بلاجيوكلاز ، وأوليفين ، وأوجيت ، وأورثوبيروكسين ، وبيجونيت ، وإلمنيت ، وكروميت ، وكوارتز ، وكريستوباليت ، وويتلوكايت . ^{[ 14 ]} يُعد الزجاج وفيرًا في تربة القمر، ويتشكل نتيجةً لانصهار الاصطدام. ويُعتبر الجليد معدنًا مهمًا في الفوهات المظللة بشكل دائم. ^{[ 15 ]} تُقسم تربة القمر إلى تربة مرتفعات وتربة بحار قمرية بناءً على تركيبها، وتُقسم بدورها إلى تربة غنية بالتيتانيوم، وتربة فقيرة بالتيتانيوم، وتربة فقيرة جدًا بالتيتانيوم بناءً على محتواها من الإلمنيت. ^{[ 16 ]}

تُعدّ مساهمة المواد من مصادر خارجية ضئيلة نسبيًا (خارج نطاق أنظمة الأشعة )، بحيث يعكس تركيب التربة في أي موقع معين إلى حد كبير تركيب الصخور الأساسية المحلية. ويُقال إن تربة القمر لها طعم ورائحة البارود المستهلك . ^{[ 17 ]}

يتكون غبار القمر من أنواع مختلفة من الجسيمات، بما في ذلك شظايا الصخور، وشظايا المعادن الأحادية، وأنواع مختلفة من الزجاج، بما في ذلك الجسيمات المتكتلة، والكرات البركانية، والكرات الناتجة عن الاصطدامات. ^{[ 18 ]} تتشكل الجسيمات المتكتلة على سطح القمر نتيجة اصطدامات النيازك الدقيقة التي تُسبب انصهارًا على نطاق صغير، مما يؤدي إلى دمج المواد المتجاورة معًا، مع وجود بقع صغيرة من الحديد العنصري مُضمنة في الغلاف الزجاجي لكل جسيم من جسيمات الغبار. ^{[ 19 ]}

There are two primary differences in the chemistry of lunar regolith and dirt from terrestrial materials. The first is that the Moon is very dry. As a result, those minerals with water as part of their structure (mineral hydration) such as clay, mica, and amphiboles are absent from the Moon's surface.^[20] The second difference is that lunar regolith and crust are chemically reduced, rather than being significantly oxidized like the Earth's crust. In the case of the regolith, this is due in part to the constant bombardment of the lunar surface with protons from the solar wind. One consequence is that iron on the Moon is found in the elemental (0) and cationic (+2) oxidation states,^[21] whereas on Earth iron is found primarily in the +2 and +3 oxidation states.

A 2005 NASA study listed 20 risks that required further study before humans should commit to a human Mars expedition, and ranked "dust" as the number one challenge. The report urged study of its mechanical properties, corrosiveness, grittiness, and effect on electrical systems. Most scientists think the only way to answer the questions definitively is by returning samples of Martian dirt and rock to Earth well before launching any astronauts.^[10]

Although that report addressed Martian dust, the concerns are equally valid concerning lunar dust. The dust found on the lunar surface could cause harmful effects on any human outpost technology and crew members:^[23][24][25]

• Darkening of surfaces, leading to a considerable increase in radiative heat transfer;
• Abrasive nature of the dust particles may rub and abrade surfaces through friction;
• Negative effect on coatings used on gaskets to seal equipment from space, optical lenses, solar panels, and windows as well as wiring;
• Possible damage to an astronaut's lungs, nervous, and cardiovascular systems;
• Possible increased risk of spacesuit arcing due to small dust grains' exposure to the space environment.

ينبغي تطبيق مبادئ النظافة الخاصة برواد الفضاء لتقييم مخاطر التعرض لغبار القمر أثناء استكشاف سطحه، ومن ثم تحديد أنسب التدابير للسيطرة على هذا التعرض. قد تشمل هذه التدابير خلع بدلة الفضاء في غرفة معادلة ضغط ثلاثية المراحل، وتنظيف البدلة بمغناطيس ^{[ 26 ]} قبل خلعها، واستخدام نظام تهوية موضعي مزود بمرشح جسيمات عالي الكفاءة لإزالة الغبار من غلاف المركبة الفضائية الجوي. ^{[ 27 ]}

لا تزال الخصائص الضارة لغبار القمر غير معروفة بشكل كامل. واستنادًا إلى دراسات أجريت على الغبار الموجود على الأرض، يُتوقع أن يؤدي التعرض لغبار القمر إلى مخاطر صحية أكبر، سواءً كان التعرض حادًا أو مزمنًا. ويعود ذلك إلى أن غبار القمر أكثر تفاعلًا كيميائيًا، وله مساحات سطحية أكبر ذات حواف حادة مسننة مقارنةً بغبار الأرض. ^{[ 28 ]} إذا ترسبت الجزيئات المتفاعلة كيميائيًا في الرئتين، فقد تُسبب أمراضًا تنفسية. وقد يُسبب التعرض طويل الأمد للغبار أمراضًا تنفسية أكثر خطورة، مثل داء السيليكوز . خلال استكشاف القمر، ستتلوث بدلات رواد الفضاء بغبار القمر، وسينطلق هذا الغبار إلى الغلاف الجوي عند خلع البدلات. تشمل طرق الحد من التعرض توفير معدلات عالية لإعادة تدوير الهواء في غرفة معادلة الضغط، واستخدام بدلة فضاء مزدوجة الطبقات، واستخدام دروع واقية من الغبار، واستخدام الفصل المغناطيسي عالي الجودة، واستخدام الطاقة الشمسية لتلبيد وصهر التربة القمرية. ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]}

لقد طُرحت إمكانية استخدام تربة القمر في بناء المنشآت منذ اقتراح الخرسانة القمرية على الأقل ، وجرى اختبارها بشكل متزايد. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

تُؤدي الاختلافات بين تربة الأرض والقمر إلى صعوبة نمو النباتات. ^{[ 35 ] [ 36 ]} ونتيجةً لذلك، قد تتطلب مهمات الفضاء طويلة الأمد جهودًا معقدة ومكلفة لتوفير الغذاء، مثل استيراد تربة الأرض ، ومعالجة تربة القمر كيميائيًا لإزالة المعادن الثقيلة وأكسدة ذرات الحديد، واستنباط سلالات نباتية مُتكيفة مع تربة القمر القاسية. ^{[ 35 ] [ 36 ]} وقد تم اختبار تربة القمر وثبتت قدرتها على دعم نمو النباتات على الأرض. ^{[ 37 ]}

أحضر رواد فضاء أبولو نحو 360 كيلوغرامًا (790 رطلًا) من صخور القمر من ستة مواقع هبوط. ورغم عزل هذه المواد في زجاجات مفرغة من الهواء، إلا أنها أصبحت غير صالحة لإجراء تحليلات كيميائية أو ميكانيكية دقيقة، إذ أدت الجزيئات الخشنة إلى تآكل أغطية الإنديوم الحادة للزجاجات، وتسرب الهواء ببطء إلى داخلها. وقد تلوثت جميع العينات التي جُلبت من القمر بهواء الأرض ورطوبتها. واكتسب الغبار طبقة من الصدأ، وبسبب ارتباطه بجزيئات الماء والأكسجين الأرضية، فقد تفاعله الكيميائي. ولم تعد الخصائص الكيميائية والكهروستاتيكية للغبار تتطابق مع ما سيواجهه رواد الفضاء في المستقبل على سطح القمر. ^{[ 10 ]} 

أصبحت القطع الملوثة بغبار القمر متاحة للجمهور أخيرًا في عام 2014، عندما وافقت الحكومة الأمريكية ^{[ 38 ]} على بيع مقتنيات خاصة يملكها رواد الفضاء ويجمعونها. ومنذ ذلك الحين، لم يُنتج للبيع سوى قطعة واحدة مصنوعة من غبار قمري حقيقي جُمع بعد قضاء أكثر من 32 ساعة على سطح القمر. وقد بيع حزام حقيبة سفر، تعرض لعوامل القمر لمدة 32 ساعة، وهو جزء من بدلة الفضاء الخاصة بتشارلز "بيت" كونراد في مهمة أبولو 12، من قبل ورثته إلى مشترٍ خاص في مزاد علني. ^{[ 39 ]} وفي عام 2017، عُرضت عينة من تربة القمر التي جمعها نيل أرمسترونغ عام 1969 في مزاد علني. ^{[ 40 ]} وبينما يدّعي العديد من صانعي المجوهرات والساعات أن منتجاتهم تحتوي على "غبار قمري"، فإن هذه المنتجات لا تحتوي إلا على قطع أو غبار من نيازك يُعتقد أنها قادمة من القمر. في 11 سبتمبر 2020، أعلنت وكالة ناسا عن استعدادها لإنشاء سوق لتربة القمر من خلال دعوة الموردين التجاريين لتقديم عروض لشرائها. ^{[ 41 ]} وفي مايو 2022، نجح العلماء في زراعة نباتات باستخدام تربة القمر. وكان نبات الرشاد ( Arabidopsis thaliana ) أول نبات ينبت وينمو على الأرض في تربة قمرية من جرم سماوي آخر. ^{[ 42 ]}

مشروع تشانغ إي 5/6

في 16 ديسمبر 2020، عادت مركبة تشانغ إي 5 الصينية إلى الأرض حاملةً معها حوالي كيلوغرامين من الصخور والتراب الذي جمعته من القمر. وهي أول عينة من تربة القمر تعود إلى الأرض منذ عام 1972. وتُعدّ الصين ثالث دولة في العالم تُعيد مثل هذه المواد إلى الأرض. ^{[ 43 ]}

تُعدّ مركبة تشانغ إي-5 جزءًا من المرحلة الأولى من برنامج استكشاف القمر الصيني . وقد جمعت مركبة تشانغ إي-6 عينات من الجانب البعيد للقمر وأعادتها في عام 2024. ^{[ 44 ] [ 45 ]} ولا يزال هناك مشروعان متبقيان في هذه المرحلة من البرنامج (تشانغ إي-7 في عام 2026 وتشانغ إي-8 في عام 2027). أما المرحلة الثانية من البرنامج فتتمثل في إنزال رواد فضاء صينيين على سطح القمر بين عامي 2030 و2039.

• الموارد القمرية
• التضاريس القمرية
• التصوير السيلينوغرافي
• ذيل الصوديوم للقمر

• الخصائص الجيوتقنية للتربة القمرية
• معايير التربة القمرية - معهد القمر والكواكب
• اكتشاف بعد 40 عاماً: خطر غبار القمر يتأثر بارتفاع الشمس