سطح ماه فضانوردان را با خطر برق گرفتگی مواجه می‌کند

تصور کنید روزی به‌عنوان یک فضانورد در حال راه رفتن روی سطح خاکستری رنگ کره‌ی ماه هستید. همینطور که آرام آرام به سمت یک دستگاه آنالیز خاک ماه می‌روید تا آن را بررسی کنید، یک لحظه به خود آمده می‌بینید که ستاره‌ها بیش از حد شفاف هستند و شما واقعا در حال انجام کارهای علمی روی سطح ماه هستید. ناگهان یک جرقه از دست شما زده می‌شود و بوی سوختگی از لباس فضانواردی بلند می‌شود. ابتدا فورا میزان آسیب دیدگی لباس را بررسی می‌کنید و سپس از کارکرد صحیح دستگاه‌ها مطمئن می‌شوید. خوشبختانه همه‌ چیز درست کار می‌کند و مشکلی پیدا نشده است. خطر بسیار نزدیک بود.

سناریویی که خوانید کاملا فرضی است اما برخی از دانشمندان به‌طور جدی نگران سطح گرد و خاکی ماه هستند؛ چون به‌گفته‌ی آن‌ها این سطح از نظر الکتریکی به‌شدت باردار بوده و می‌تواند باعث بروز جرقه و قوس الکتریکی در تماس با دستگاه‌ها و لباس‌های فضانوردان شود. درست مانند زمانی‌که روی فرش راه رفته باشد و سپس به دستگیره‌ی فلزی در دست بزنید. این در حالی است که در سطح ماه حتی نیازی به تماس نیز وجود ندارد و این تخلیه‌ی الکتریکی می‌تواند خطرناک باشد.

سطح ماه بار الکتریکی زیادی دارد که ناشی از بادهای خورشیدی هستند که ماه در معرض آن‌ها قرار دارد. جریان ذرات باردار شده شامل الکترون‌های منفی باردار و یون‌های مثبت باردار هستند و منشا اصلی آن‌ها خورشید است. در کره‌ی زمین، میدان مغناطیسی زمین از ماه در برابر این ذرات به‌شدت باردار شده محافظت می‌کند اما ماه دارای میدان مغناطیسی چندانی نیست و به همین دلیل این جریان دائمی از ذرات باردار باعث باردار شدن سطح ماه می‌شوند.

به‌گفته‌ی جوزف ونگ، فیزیکدان پلاسمایی در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، در کنار این بار الکتریکی، سطح ماه نیز از گرد و خاک تشکیل شده و همین باعث می‌شود این ذرات باردار به‌سادگی در سطح این کره پخش شوند. هنگامی که گرد و خاک سطح ماه روی لباس فضانوردان می‌نشیند می‌تواند به‌عنوان یک مسیر برای عبور الکترون‌ها عمل کرده و به این ترتیب فضانورد در معرض خطر شوک الکتریکی قرار می‌گیرد.


به‌گفته‌ی وی زمانی‌که ماه در سال ۲۰۲۴ یا بعد از آن به ماه فضانورد ارسال کنیم گرد و خاک روی هر چیزی می‌تواند بنشیند و فرقی هم نمی‌کند که این سطح چه باشد. ونگ و همکارانش به‌دنبال پیدا کردن پاسخ این سؤال هستند که آیا گرد و خاک ماه می‌تواند باعث خطر شوک الکتریکی به فضانوردان شود یا نه؟ چون انسان قبل از این نیز تحت مأموریت آپولو چند باری به ماه رفته و چند روزی را در آنجا مانده است. به کفته‌ی جیم رایس، از دانشمندان ارشد مؤسسه‌ی علوم فضایی آریزونا، فضانوردانی که به ماه رفتند هیچ وقت گزارشی در مورد مشاهده‌ی شوک الکتریکی نسبت به دستگاه‌ها یا افراد ندادند.

اما ونگ می‌گوید دلیل مشاهده نشدن شوک الکتریکی توسط فضانوردان آپولو این است که آن‌ها مأموریت خود را در مناطقی انجام دادند که در هنگام روز به‌شدت در معرض نور خورشید قرار داشت. نور خورشید بار الکتریکی مثبتی حمل نمی‌کند اما زمانی‌که فوتون‌ها به سطح ماه می‌رسند می‌توانند باعث پراکنده شدن الکترون‌ها شوند که این فرایند آلودگی فتوالکتریکی نام دارد و به این ترتیب این الکترون‌های به‌شدت باردار در مناطق که بار مثبت دارند باقی می‌مانند  توسط الکترون‌های دارای بار منفی که از طرف بادهای خورشیدی می‌آیند بالانس می‌شوند. هنگامی هم که بالانس برقرار باشد خطر شوک الکتریکی کم‌تر است.


ناسا قصد دارد تا این بار تعدادی انسان را به قطب جنوب ماه بفرستد جایی که نور خورشید با زاویه‌ای بسیار کم به آنجا می‌رسد. در این بخش که بیشتر تاریک است احتمال پیدا شدن یخ وجود دارد. در این منطقه مقدار زیادی الکترون‌های ناشی از بادهای خورشیدی قرار دارند و نور خورشید بسیار کمی برای شارژ مثبت وجود دارد. ونگ تحقیقات تیم خود را در همایش سالانه‌ی ژئوفیزیکی آمریکا در سانفرانسیسکو ارائه کرده و گفته که مناطقی که در تاریکی قرار دارند می‌توانند حامل بار منفی بسیار زیادی به میزان صدها تا هزاران ولت باشند.

از سوی دیگر رایس فکر می‌کند که شوک الکتریکی به فضانوردان باتوجه به تجربه‌ی قبلی آن‌ها در مأموریت‌های ماه، مسئله‌ی چندان مهمی نیست. با این وجود او می‌گوید که ما نمی‌دانیم در آینده چه اتفاقی می‌افتد و اگر فضانوردان با بولدوزر به مناطقی به‌شدت باردار شده بروند چه می‌شود.

تیم ونگ برای اینکه نقش لباس فضانوردان در وارد شدن شوک الکتریکی به آن‌ها را نیز بررسی کنند از یک نمونه‌ از ماده‌ی ساخت لباس فضانوردی یعنی گورتک (Gore0Tex) استفاده کردند. آن‌ها ماده را در یک محفظه‌ی خلا حاوی خاک ماه گذاشتند و شرایطی درست مانند سطح ماه را پدید آوردند. در این حالت بخشی یک نمونه به گرد و خاک ماه آغشته شد و نمونه‌ی دیگر تمیز بود. آن‌ها سپس نمونه‌ها را با استفاده از پلاسما میزان آسیب پذیری نمونه‌ها در برابر قوس  الکتریکی را بررسی کردند.

همان‌طور که ونگ پیش‌بینی کرده بود سطح آغشته به گرد و خاک ماه بیشتر در خطر قوس الکتریکی قرار گرفت چون ذرات خاکی، روی سطح لباس فضانوردی اثر می‌گذارند و در عملکرد آن اختلال ایجاد می‌کنند. این اختلال به الکترون‌ها اجازه‌ی تخلیه شدن را می‌دهد. اگر بخواهیم این مسئله را راحت‌تر توضیح دهیم می‌شود یک پیست اسکی را مثال زد. یک پیست صاف و صیقلی به‌راحتی اجازه‌ی حرکت را به اسکی باز می‌دهد ولی یک پیست پر دست انداز مانند لباس فضانوردی است که خاکی شده باشد و احتمال برخورد اسکی باز با دست اندازها بالاتر می‌رود.

هنوز ونگ در مورد اینکه در آینده چه اتفاقی خواهد افتاد مطمئن نیست. وی می‌گوید: ما نشان دادیم که قوس الکتریکی می‌تواند روی لباس فضانوردی اتفاق بیفتد اما سؤال اصلی اینجا است که آیا قوس الکتریکی می‌تواند به لباس آسیب زده یا وسایل و ابزارآلات فضانوردان را خراب کرده یا حتی به خود آن‌ها آسیب بزند؟