المزيد من المهمات القمرية يعني المزيد من النفايات الفضائية حول القمر – يقوم عالمان فلكان ببناء كتالوج لتتبع القمامة

كان العلماء والوكالات الحكومية قلقين بشأن النفايات الفضائية المحيطة بالأرض لعقود. لكن طموحات البشرية حول النجوم هي أبعد من الفضاء المحيط بالأرض. منذ الستينيات مع إطلاق برنامج أبولو وظهور سباق الفضاء بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي ، ترك الناس القمامة حول القمر أيضًا.

اليوم ، يقدر الخبراء أن هناك بضع عشرات من الخردة الفضائية مثل الأجسام الصاروخية المستهلكة والأقمار الصناعية البائدة والحطام المرتبط بالمهمة التي تدور في الفضاء القمري – الفضاء بين الأرض والقمر والمنطقة المحيطة بالقمر. على الرغم من أن هذه ليست كمية كبيرة من النفايات غير المرغوب فيها ، إلا أن علماء الفلك لديهم القليل جدًا من المعلومات حول مكان وجود هذه القطع من الحطام الفضائي ، ناهيك عن ماهيتها وكيف وصلت إلى هناك.

أنا عالم كواكب وأدير أيضًا مركز سلامة وأمن واستدامة الفضاء في جامعة أريزونا. مع تحول تركيز الأنشطة الفضائية إلى القمر ، مع كل مهمة مستقبلية ، سيتم ترك المزيد من النفايات غير المرغوب فيها في الفضاء القمري القمري. هذه الخردة مشكلة ناشئة يمكن أن تخلق ظروفًا خطرة لرواد الفضاء والمركبات الفضائية في المستقبل.

نأمل أنا وزميلي روبرتو فورفارو في المساعدة في منع هذه المشكلة من الخروج عن نطاق السيطرة. معًا ، نستخدم التلسكوبات وقواعد البيانات الموجودة في المهمات القمرية للعثور على الحطام الفضائي القمري ووصفه وتعقبه وإنشاء أول كتالوج في العالم للأجسام الفضائية القمرية.

مهجور ويحتمل أن يكون خطيرا

تاريخيًا ، لم تتعقب ناسا والجيش الأمريكي عن كثب الحطام الفضائي من العشرات من المهمات المأهولة والروبوتية إلى القمر. لا توجد وكالة دولية لمراقبة الأجسام القمرية أيضًا. هذا النقص في الإشراف هو سبب عدم معرفة العلماء بموقع أو مدار الغالبية العظمى من حطام الفضاء القمري. وهذه الأجسام لن تختفي ببساطة – في الفراغ شبه الكامل للفضاء ، من المرجح أن يبقى أي شيء في المدار حول القمر أو في الفضاء القمري هناك لعقود على الأقل.

هذا النقص في المعلومات حول الأجسام من صنع الإنسان التي تدور حول القمر يشكل العديد من المخاطر للبعثات القمرية.

الأول هو خطر الاصطدام. إن الإنسانية في بداية موجة جديدة من استكشاف القمر. على مدى السنوات العشر القادمة ، ست دول والعديد من الشركات التجارية لديها خطط لأكثر من 100 مهمة. مع كل مهمة ، يزداد خطر الاصطدام بالحطام الموجود وكذلك يزداد أيضًا الحجم الإجمالي للحطام حيث تترك البعثات القمامة وراءها.

تشكل حوادث الهبوط على سطح القمر أيضًا خطرًا حقيقيًا لأن القمر لا يمتلك غلافًا جويًا كثيفًا يمكنه حرق النفايات الفضائية المتساقطة. وقد تجلى هذا بشكل كبير من خلال تأثير الصاروخ الصيني المستهلك على الجانب البعيد من القمر في مارس 2022. لقد كنت أنا وفريقي هم الذين حددنا أخيرًا هذا الجسم على أنه من أصل صيني باستخدام التلسكوبات التي بنيناها لتتبع الأجسام في الفضاء القمري فضاء. مع تخطيط كل من الولايات المتحدة والصين لبناء قواعد قمرية في السنوات القادمة ، يمكن أن يصبح سقوط الحطام تهديدًا حقيقيًا لحياة البشر والبنية التحتية على القمر.

من الصعب تتبعها

إذا كنت ترغب في منع القمر من أن يصبح مكب نفايات كوني ، فأنت بحاجة إلى أن تكون قادرًا على تتبع خردة الفضاء القمري. لكن القيام بذلك يمثل تحديًا حتى في يوم جيد لسببين رئيسيين: المسافة والضوء.

يمتد الفضاء Cislunar على بعد حوالي 2.66 مليون ميل من الأرض – بعيدًا عن المسافة التي تتبعها الحكومة الأمريكية حاليًا الأجسام في الفضاء. لكن الفضاء ليس ثنائي الأبعاد فقط. الحجم ثلاثي الأبعاد للفضاء القمري ضخم ، وأي أجسام بداخله صغيرة بالمقارنة.

يمثل الضوء تحديًا آخر. تمامًا مثل القمر نفسه ، يعتمد سطوع أي جسم في الفضاء القمري على مقدار ضوء الشمس الذي يعكسه الجسم. أثناء ظهور الهلال ، يظهر حطام القمر خافتًا ومنخفضًا في سماء المساء ، مما يجعل من الصعب العثور عليه. أثناء اكتمال القمر ، تكون نفس الأجسام عالية في السماء وأكثر سطوعًا بسبب زيادة ضوء الشمس عليها ، ولكنها تمتزج مع الوهج الساطع الذي يحيط بالقمر المكتمل. إن اكتشاف الأشياء أثناء اكتمال القمر يشبه محاولة العثور على توهج خافت لذبابة اليراع بجانب ضوء البحث الساطع. داخل وهج القمر يوجد مخروط العار ، وقد سمي بهذا الاسم بسبب صعوبة تتبع الأشياء بداخله.

تنسيق الكتالوج

بسبب صعوبة ونقص الموارد الكافية لتتبع الأجسام بالقرب من القمر ، لا توجد مجموعة أو منظمة تفعل ذلك باستمرار اليوم. لذلك ، في عام 2020 ، خاضت أنا وفيرفارو التحدي لاكتشاف وتتبع وتصنيف الحطام من صنع الإنسان في الفضاء القمري.

أولاً ، قمنا بربط الملاحظات التاريخية من التلسكوبات وقواعد البيانات المختلفة ببعضنا البعض لتحديد وتأكيد الأشياء التي كانت معروفة بالفعل. بعد ذلك ، بعد أن أدركت عدم وجود تلسكوبات مخصصة لمسح سماء الليل بحثًا عن أجسام تحت سطح القمر ، قمت أنا وطلابي في جامعة أريزونا ببناء واحدة. في أواخر عام 2020 ، انتهينا من بناء تلسكوب قطره 24 بوصة (قطره 0.6 متر) ، وهو موجود في مرصد المحيط الحيوي 2 بالقرب من توكسون.

كان أول جسم قمنا بتتبعه هو Chang’e 5 ، أول مهمة إعادة عينة قمرية في الصين. الصاروخ الكبير الذي تم إطلاقه في 23 نوفمبر 2020 ، اتجه نحو القمر. على الرغم من الوهج القمري القوي ، تمكنت أنا وطلابي من تتبع Chang’e 5 إلى مسافة 12354 ميلًا من القمر ، في عمق مخروط العار. مع هذا النجاح ، بدأنا في تتبع الحمولات الفضائية التي تم إطلاقها حديثًا وإضافتها إلى كتالوجنا الناشئ. مع هذا النجاح ، بدأنا في تتبع الحمولات الفضائية التي تم إطلاقها حديثًا حتى نتمكن من حساب مداراتها والتنبؤ بها لمنع ضياعها.

لتوصيف كل من الحطام الفضائي القديم والجديد ، بمجرد معرفة مكان وجود الجسم ، نستخدم التلسكوبات البصرية والأشعة تحت الحمراء القريبة على الأرض لالتقاط التوقيع الطيفي للكائن – الأطوال الموجية المحددة للضوء التي ترتد عن سطح الجسم. من خلال القيام بذلك ، يمكننا معرفة المادة التي يتكون منها الكائن وتحديدها. هذه هي الطريقة التي حددنا بها معزز الصاروخ الغامض الذي اصطدم بالقمر في عام 2022. يمكننا أيضًا قياس التغيرات في الضوء المرتد عن الجسم بمرور الوقت لتحديد مدى سرعة دوران هذا الجسم ، والذي يمكن أن يساعد أيضًا في تحديد الهوية.

على مدى العامين الماضيين ، أصبحنا أفضل وأفضل في العثور على الأشياء والتعرف عليها في الفضاء القمري. بينما كنا سعداء في البداية للتعرف على مركبة الفضاء Chang’e 5 بحجم حافلة المدرسة ، أصبحنا الآن قادرين على تتبع CubeSats ليس أكبر من صندوق الحبوب – مثل مصباح Lunar Flashlight التابع لناسا.

حتى الآن ، تمكن فريقي من تحديد بضع عشرات من قطع الحطام في الفضاء القمري القمري ويستمرون في إضافتها إلى كتالوجنا الآخذ في التوسع باستمرار. تشتمل الغالبية العظمى من العمل المقبل على ملاحظات مستمرة ومطابقة الأشياء مع المهام المعروفة لتأكيد ما هي الأشياء الموجودة هناك ومن أين أتت.

على الرغم من أنه لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه ، فقد تم تصميم هذه الجهود لتشكيل الأساس في نهاية المطاف لفهرس من شأنه أن يساعد على استخدام أكثر أمانًا واستدامة للفضاء المداري القمري بينما تبدأ البشرية في التوسع بعيدًا عن الأرض.