הירח, הלוויין הטבעי שלנו, תמיד היה מושא לסקרנות, מחקר ושירה. אבל מעבר לפסוקים ולתצלומים מכדור הארץ, המדע ממשיך לפענח את תעלומותיו. אחד ההיבטים המיוחדים ביותר הוא האווירה שלו, או ליתר דיוק, מה שמכונה מבחינה טכנית אקסוספירת הירח. בניגוד לכדור הארץ, לירח אין אטמוספרה עבה ונושם, ומה שיש לו זו שכבה דקה במיוחד של גזים שבקושי אפשר להתייחס אליה. אולם רובד זה מרתק בשל מקורו והאינטראקציה שלו עם החלל. בנוסף, מידע על סקרנות של הירח זה גם עוזר להבין טוב יותר את ההקשר שלו.
במאמר זה אנו הולכים לצלול לתוך העולם של האקסוספירה הזו: איך הוא נוצר, ממה הוא עשוי, אילו תהליכים שומרים עליו ואפילו אילו קוריוזים גילו לנו משימות חלל. בואו נסתכל על הכל, בקפדנות מדעית אבל גם בשפה נגישה כדי שכל אחד יוכל להבין מה באמת קורה סביב הירח.
האם לירח יש אטמוספירה?
אם נבין באטמוספירה שכבה צפופה של גזים כמו זו של כדור הארץ, אז לירח חסרה אווירה במובן הקלאסי הזה. עם זאת, יש סביבו שכבה דקה מאוד של אטומים ומולקולות, כל כך קלות ומפוזרות עד שהם רק לעתים רחוקות מתנגשים זה בזה. שכבה זו נקראת אקסוספירה והוא שונה במידה ניכרת מהאטמוספירה של כדור הארץ, שהיא הרבה יותר צפופה. ההשוואה בין השניים מעניינת, כפי שמפורט ב הירח כלוויין.
כדי לתת לנו מושג, בסנטימטר מעוקב אחד מהאטמוספרה של כדור הארץ יש בערך 100 מיליארד מיליארד מולקולות. באטמוספירה של הירח, המספר הזה יורד לכדי 100 מולקולות. כלומר, הוא כל כך ריק שהוא כמעט חלל ריק, אם כי מבחינה טכנית יש לו הרכב גזי הניתן לזיהוי.
זה נובע בעיקר מה כוח משיכה נמוך של הירח. מהירות הבריחה שלו - המהירות המינימלית שחלקיק צריך כדי לברוח לחלל - היא רק 2.400 מ"ש (לעומת 11.200 מ"ש בכדור הארץ). עם כוח הכבידה כל כך חלש, חלקיקים גזים בורחים בקלות לחלל, מניעת היווצרות אטמוספירה צפופה ויציבה. הדינמיקה של תופעה זו יכולה להיות קשורה למידע על נחשולי סערה אשר משפיעים גם על גרמי השמיים.
למרות שזה נראה כאילו אין כלום, יש לאווירה הדקה הזו מסה כוללת המוערכת בסביבות 25.000 ק"ג, בערך בגודל של משאית מלאה. בנוסף, הוא משתנה ללא הרף: במהלך היום, חום השמש מרחיב אותו לכיוון פני השטח, ובלילה החלקיקים מתקררים ונופלים חזרה למטה.
מקור אקסוספירת הירח
מקורה של האקסוספירה הזו נתון במחלוקת במשך עשרות שנים. עם זאת, מחקר שנערך לאחרונה על ידי מדענים ב- MIT ואוניברסיטת שיקגו, במקביל למחקרים קודמים ומקבילים של גופים כמו נאס"א, אישרו שהאשם העיקרי הוא תופעה הידועה בשם אידוי השפעה. הקשר בין ההשפעות לאטמוספירת הירח חיוני להבנת האבולוציה שלה.
מה זה אומר? בעיקרון, פני הירח נמצאים כל הזמן מופגז על ידי מיקרומטאוריטים. הם קטנים כמו גרגרי אבק, אבל כשהם פוגעים, הם יוצרים טמפרטורות שמגיעות ביניהן 2000 ו-6000 מעלות צלזיוס. הטמפרטורות הקיצוניות האלה הם אידו אטומים של הקרקע, אשר משתחררים ונשארים צפים סביב הירח לזמן מה.
תהליך שני נקרא ריסוס יונים או התזת יונים גם תורם. זה מתרחש כאשר חלקיקים טעונים של רוח השמש, בעיקר פרוטונים, מתנגשים במשטח הירח ותולשים אטומים, שהופכים לאחר מכן לחלק מהאקסוספירה. בניגוד למיקרומטאוריטים, רוח השמש לא מאדה כל כך הרבה חומר כבד, כך שהתרומה שלו קטנה יותר. תופעה זו קשורה להקשר של משימות לירח.
המחקרים העדכניים ביותר מצביעים על כך שבערך 70% מהאקסוספירה של הירח מגיעות מפגיעות מטאוריטיםבעוד 30% נובע מרוח שמש. שני התהליכים הצליחו להיחקר בפירוט רב בזכות דוגמאות מתוכנית אפולו ושימוש באיזוטופים של יסודות כמו אשלגן ורובידיום.
מה מרכיב את אווירת הירח?
למרות שאטמוספירת הירח זעירה בהשוואה לזו של כדור הארץ, כן, זוהו בו כמה גזים ואטומים. הודות לספקטרומטרים קרקעיים, בדיקות חלל וניסויים עם דגימות אפולו, הרכיבים הבאים זוהו. הרכב הגזים הללו יכול לספק מידע רב ערך על אירועים בשמיים.
- הליום וארגון: הם האלמנטים הנפוצים ביותר, שזוהו על ידי תוכנית אפולו ומשימות אחרות.
- נתרן ואשלגן: זוהו הודות לתצפיות קרקעיות שלאחר מכן.
- חמצן, חנקן, מתאן, פחמן חד חמצני ופחמן דו חמצני: נוכח עקבות, כנראה כתוצאה מהשפעות.
- איזוטופים רדיואקטיביים של ראדון ופולוניום: שהתגלה על ידי הגשושית של הלואר פרוספקטור, יכול להגיע מפנים הירח.
- מולקולות מים בצורת קרח: מאמינים שהם קיימים בכמה מכתשי קוטב מוצלים לצמיתות.
נוכחותם של תרכובות אלו מצביעה על כך שהירח אינו מת לחלוטין מבחינה כימית. למעשה, ידוע שאפילו כמה מולקולות מים יכולים לשרוד על פני השטח שלו אם הם נמצאים באזורים קרים המוגנים מהשמש. למחקר על מולקולות המים הללו יש השלכות על ההבנה ירחים שונים של מערכת השמש.
השפעת משימות חלל
משימות אפולו מילאו תפקיד מהותי בהבנתנו את אטמוספירת הירח. לא רק בגלל שהם הביאו דגימות של אדמת הירח, אלא בגלל המכשירים והאסטרונאוטים עצמם שינו את האווירה הסמוכה על ידי שחרור גזים בנשיפות שלהם או במהלך יציאות מחוץ למכוניות (EVA). ההערכה היא ש מודולי הירח יכלו לזהם באופן מקומי את אטמוספירת הירח עם גזים שווים למסה הכוללת שלו, אם כי רובם כבר נעלמו.
בנוסף, משימות עדכניות יותר כגון LADEE (סייר סביבת ירח ואבק) המשיך בחקר האקסוספירה הזו. בדיקה זו, שהושקה ב-2013, אספה מידע רב ערך כדי לאשר את החשיבות של השפעות וקרטוט כתהליכי מפתח. זה גם איפשר לצפות בשינויים בצפיפות במהלך תופעות כמו ליקוי חמה y מטר מטאורים, המאשר את הדינמיקה הפעילה של אטמוספירת הירח. דינמיקה זו חיונית להבנת תופעות כגון מטר מטאורים אוריונידים.
גם בשנים האחרונות, נאס"א השיקה משימות כמו Minotaur 5, שמטרתן לחקור אבק ירח וגזים סמוכים באמצעות מערכות לייזר אופטיות. כל זאת במטרה להמשיך ציור תמונה ברורה יותר של סביבת הירח, משהו חיוני אם אי פעם נרצה להקים שם בסיסי קבע. תכנון הבסיסים הללו קשור למחקר על קולוניזציה של מאדים.
מדוע חשוב להבין את אטמוספירת הירח?
לימוד שכבת הגזים הקלושה הזו אולי נראה לא רלוונטי, אבל זה לא. ראשית, כי זה עוזר לנו להבין ההיסטוריה הדינמית והגיאולוגית של הירח. הידיעה כיצד מיקרומטאוריטים ורוח השמש עיצבו את פני השטח שלה נותנת לנו רמזים לגבי התפתחותם של גופים אחרים ללא אטמוספרות, כמו אסטרואידים וירחי מאדים. ניתוח זה הוא יסודי גם להבנת תופעות כגון מקור הירח.
שנית, זה המפתח משימות אנושיות עתידיות. הקמת בסיס על הירח ידרוש הבנה בדיוק אילו אלמנטים נמצאים בסביבתו, כיצד הם מגיבים לאורך זמן וכיצד הם עלולים להפריע למכשירים. זה גם יכול, כמובן, לעזור להגן על אסטרונאוטים מפני קרינת שמש וקוסמית בהיעדר אווירה מגוננת.
מחקר זה תורם לידע הרחב יותר אודות תהליכי בליה בחלל במערכת השמש הפנימית. ניתן ליישם את מה שנלמד על הירח לחקר יעדים אחרים כגון הירח של מאדים פובוס, או אפילו אסטרואידים קרובים לכדור הארץ.
אקסוספירת הירח, למרות שהיא קלושה ביותר, מייצגת מעבדה טבעית לחקר תהליכים קוסמולוגיים בסיסיים. רחוק ממה שחשבו בעבר, הירח הוא לא רק סלע מת. זה גוף שממשיך לקיים אינטראקציה עם הסביבה המרחבית שלו, ועדיין יש לו הרבה מה ללמד אותנו אם נמשיך לשים לב.
