כל חובב אסטרונומיה יודע שמאדים אדום פשוט כי הוא חלוד: ברזל על פני השטח שלו נחשף בעבר לחמצן ולמים – והתוצאה היא מינרל בשם מגנטיט, או חלודה, שהעניק לכוכב הלכת את צבעו ואת שמו. כעת, מדענים גילו חלודה גם על הירח שלנו – זאת למרות שהוא יבש וחסר אוויר.
המחקר החדש, שפורסם בכתב העת Science Advances, מנתח נתונים שאספה המקפת ההודית צ'אנדריאן-1, ששוגרה ב-2008 ומיפתה את פני השטח של הירח, כימית ומינרלית. המיפוי המינרלי של המקפת נעשה באמצעות חיישן בשם Moon Mineralogy Mapper, או M3, שיוצר על ידי המעבדה להנעה סילונית (JPL) של נאס"א. ככלל, מים שבאים במגע עם סלעים יוצרים מינרלים שונים, והחיישן של המעבדה להנעה סילונית מיפה את המינרלים בירח לפי ספקטרום האור שהשתקף מהם. בין היתר, המקפת צ'אנדריאן-1 גילתה שלקטבים, וליתר דיוק לשולי הקטבים, יש הרכב מינרלי שונה מאוד מזה של שאר הירח.
הממצא הזה סקרן את שואי לי, מדען פלנטרי מאוניברסיטת הוואי. לי החליט לבחון את החתימה הספקטרלית של הסלעים האלה, והופתע לגלות סלעים בקטבים שהם בעלי חתימה ספקטרלית דומה מאוד לזו של מינרל בשם המטיט. המטיט הוא סוג של תחמוצת ברזל, או חלודה.
5664h.jpg
אמנם הירח מלא בסלעים עשירים בברזל, אלא שחלודה נוצרת אך ורק כאשר ברזל נחשף לחמצן ולמים – ובירח שלנו אין לא חמצן ולא מים נוזלים. זאת ועוד, כדי שברזל יחליד, עליו לבוא במגע עם חמצן שיסיר ממנו אלקטרונים. בהיעדר אטמוספרה שתגן עליו, הירח מופצץ ברוח סולארית מהשמש – זרם של חלקיקי מימן טעונים, והמימן דווקא מוסיף אלקטרונים לחומרים שהוא בא איתם במגע. במילים אחרות, הירח הוא סביבה רעה מאוד להיווצרות של המטיט: אין בו חמצן, אין בו מים נוזלים והוא נשטף דרך קבע במימן טעון שמשמש כחומר נוגד-חלודה. אם כן כיצד הוא מחליד?
האם חמצן מכדור הארץ מחמצן את הירח?
בשלב זה חבר לי לצוות ה-M3 של המעבדה להנעה סילונית, בניסיון לפתור את התעלומה. לאחר שעברו בקפידה על הנתונים, החוקרים חושבים שמצאו את האשם בחלודה על הירח: אנחנו. כלומר, כדור הארץ.
ראשית, למרות שלירח אין אטמוספרה, בכל זאת יש בו שיירי חמצן. המקור של אותו חמצן הוא כדור הארץ. מאחר שהשדה המגנטי של כדור הארץ מזדנב מאחוריו כמו זנב בהקיפו את השמש, מולקולות חמצן מהאטמוספרה של העליונה של הארץ יכולות להיסחף מגנטית במעלה הזנב. בהקיפו את הארץ, הירח חוצה את הזנב המגנטי וקולט את מולקולות החמצן שמקורן באטמוספרה שלנו – במרחק ממוצע של 385,000 ק"מ.
הרעיון הזה עולה בקנה אחד עם המידע מהמקפת ההודית, שמצאה יותר המטיט בצד הירח שפונה לארץ. יתרה מכך, הירח שלנו מתרחק מאיתנו בקצב של 3.8 ס"מ בשנה. זה אולי נשמע מעט מאוד, אבל פירושו של דבר שלפני מיליארדי שנים הירח היה קרוב בהרבה לארץ – ולכן גם "גנב" לנו יותר חמצן.
אותו זנב מגנטי גם מספק לירח הגנה חלקית מפני רוח השמש. בנקודות מסוימות של מסלול הירח סביב כדור הארץ – כאשר הירח מלא – הזנב המגנטי של הארץ חוסם 99% מחלקיקי המימן הטעונים. זה מספק חלון הזדמנויות להיווצרות חלודה על הירח.
643px-Moon_Crescent_-_False_Color_Mosaic.jpg
אלא שעדיין נותרה שאלת המים. אפילו אם כדור הארץ מחמצן את הירח, ובמקביל מסנן את האלקטרונים משטף השמש, עדיין צריך מים נוזלים כדי לקבל תחמוצת ברזל. למעט כיסים של מי קרח בתחתיתם החשוכה של מכתשים, הירח שלנו הוא מדבר ציה.
עם זאת, על פני הירח יש מולקולות בודדות של מים. לי ועמיתיו סבורים שחלקיקי האבק המהירים ש"חורשים" את הירח לעיתים קרובות משחררים את מולקולות המים מהקרקע ומטיחים אותן בסלעים הברזליים. החום מההתנגשויות המזעריות הללו יכול להגביר את קצב ההחלדה – מה שמאפשר לירח להחליד בתקופות הקצרות שבהן הוא נמצא מאחורי הזנב המגנטי של הארץ, עם הגנה מפני השמש ועם אספקה שוטפת של מעט חמצן.
מחכים לארטמיס
"כבר בעבר ידעו שהחתימה הספקטרלית משתנה בשולי הקטבים של הירח", מסביר פרופ' עודד אהרונסון, ראש המרכז למדעים פלנטריים במכון ויצמן למדע ועמיתם של לי וצוותו במקפת הירחית LRO של נאס"א. "אבל עד כה, איש לא ניחש שזה קשור להמטיט. זה כמובן מפתיע מאוד, כי המטיט הוא ברזל מחומצן. כאן בכדור הארץ אנחנו מוצאים המטיט ליד מקורות מים שבאים במגע עם הסלע לאורך זמן. וכאן בכדור הארץ יש חמצן. מפתיע לא פחות היה לגלות שההמטיט מרוכז בשיפועים שפונים לכיוון קו המשווה ויותר לכיוון מזרח. אם יש הר על הירח, ולהר יש שיפוע מערבי ושיפוע מזרחי, בצד המזרחי יהיה יותר המטיט מאשר בצלע השני. זה סיפק לחוקרים רמז למקור החמצן – כדור הארץ".
לדברי פרופ' אהרונסון, המודל שהציעו החוקרים הוא מודל ראשוני מאוד. "המודל הזה הוא בגדר ניחוש. הם מנחשים שאטומים מהאטמוספרה של כדור הארץ הגיעו לירח, טיפין טיפין ובקצב איטי מאוד. הדרך הטובה ביותר לבדוק את התיאוריה שלהם תהיה לדגום את החמצן באזורים ליד הקוטב ולבדוק את ההרכב האיזוטופי שלו. אם נראה שהחמצן זהה או דומה לחמצן בכדור הארץ – נדע שאכן מתרחשת העברה כזאת, שיכולה להסביר את הימצאותו של ההמטיט. ונאס"א אכן מתכוונת לדגום את האזורים הללו בשנים הקרובות, במסגרת תוכנית ארטמיס להנחתת אדם על הירח".