اكتشاف جديد حول خصائص الصخور القمرية

سيتطلب بناء القواعد المستقبلية على القمر والمريخ مواد، ويقلل من الموارد التي نحتاجها لنقلها من الأرض لبناء هذه القواعد. ولهذا السبب من الضروري تطوير تقنيات التطبيق في الموقع الموارد (ISRU). ولكن لكي نعرف كيف ولماذا يمكننا استخدام هذه الموارد، علينا أن نعرف خصائصها. والآن، وبفضل دراسة جديدة، أصبحنا نعرف المزيد عن الصخور الموجودة على القمر.

يمكننا تحديد التركيب الكيميائي والمعدني للصخور على القمر والمريخ بدقة دراسة الشظايا التي تصل إلى الأرض على شكل نيازك تحليل الصخور القمرية التي جلبها رواد الفضاء من بعثات أبولو.

يمكننا في المختبر دراسة خواصه الميكانيكية: المرونة واللدونة والمرونة والليونة والصلابة والهشاشة.

كشفت دراستنا الجديدة للنيازك عن تفرد المعادن الأكثر شيوعًا داخل القمر وخارجه. الكويكب فيستا: الزبرجد الزيتوني، البيروكسينات، الفلسبار والإسبنيل.

تخضع لظروف الفضاء القاسية

صخور القمر وفيستا مختلفة الخصائص الميكانيكية لمن على الأرض.

على مر العصور يتم قصفها باستمرار بصخور طولها متر واحد تسمى النيازك. وقد حفرت الكويكبات التي يتجاوز قطرها هذا القطر حفرًا على سطح القمر وأرسلت بعض الصخور القمرية إلى مدار الشمس. كما تم تطوير هذه العمليات الديناميكية فترات التأثير في العديد من الصخور السطحية، تم خلط العناصر مع المقذوفات وتم تغييرها حرارياً أثناء عملية الاصطدام.

الأجسام التي ليس لها غلاف جوي، مثل القمر وفيستا، معرضة للرياح الشمسية والإشعاع الكوني الذي يؤثر على الصخور النانوية.

وتسمى جميع هذه العمليات “المعالجة المكانية” (باللغة الإنجليزية: مناخ الفضاء) ولها آثار عميقة على خصائص الصخور التي نأمل أن نستغلها يومًا ما كموارد على القمر.

الخواص الميكانيكية للصخور القمرية

تشير دراسة جديدة إلى أن هذا قد يكون هو الحال النيازك وعلوم الكواكب, تم نشره مسبقًا على ArXivلقد قمنا بتحليل التركيبة والخواص الميكانيكية للعديد من الصخور القمرية التي وصلت إلى الأرض على شكل نيازك. معهد علوم الفضاء (CSIC).

نحن بحاجة إلى معرفة خصائصه على مقياس النانومتر. لذلك تحولنا إلى تقنية تسمح بذلك، وهي تقنية النانو، والتي وقد استخدمناه منذ سنوات قليلة بطريقة رائدة لدراسة الخواص الميكانيكية للنيازك.

دراسة صخرة على مقياس النانو

Nanoindentation هي تقنية تستخدم طرفًا ماسيًا على شكل هرم للسماح بتطبيق دقيق للغاية للقوة على سطح نانومتر. يتم تطبيق القوة الخاضعة للرقابة على مناطق محلية محددة نعرف تكوينها.

يمارس طرف الماس ضغطًا على السطح حيث تزداد القوة تدريجيًا حتى تصل إلى قيمة قصوى محددة مسبقًا. وبعد ذلك، بعد مرحلة الشحن، يتم تخفيضه بشكل منهجي إلى الصفر. وينكمش إلى حد ما حسب مرونة السطح.

بهذه الطريقة، من خلال دراسة دورة التحميل والتفريغ هذه، يقيس الجهاز عمق الاختراق ويقلل من مرونة الصخور. من خلال الدراسة، يمكن استنتاج آليات التشوه (سواء المرنة أو البلاستيكية) والانتعاش المرن.

الاكتشاف في الصخور القمرية

وهكذا، كشف عملنا مع النيازك القمرية عن تنوع متأصل في الخواص الميكانيكية الرئيسية للمعادن الأكثر شيوعًا على القمر وفيستا: الزبرجد الزيتوني، والبيروكسينات، والفلسبار، والإسبنيل، على الرغم من أنها تظهر خواص ميكانيكية متشابهة.

ومن بين الاختلافات التي تم العثور عليها، الزبرجد الزيتوني الزبرجد الزيتوني من أصل جوفي أصعب بكثير من الزبرجد الزيتوني من أصل أرضي.

تشير دراساتنا أيضًا إلى أن القمر وفيستا يفتقران إلى الغلاف الجوي وأن تأثيرات النيازك المفاجئة والحيوية للغاية تخلق شظايا وفجوات وتزيد من المسامية الطبيعية للمعادن المكونة للصخور. هذه المعلمة مهمة لشرح الخواص الميكانيكية للصخور.

النتائج التي توصلنا إليها لها آثار مباشرة على تطوير تقنيات التطبيق الجديدة. في الموقع الموارد (ISRU). وهي بدورها ذات صلة بفهم أفضل للطريقة التي يتم بها حفر الحفر، ويتم دفع بعض هذه الصخور بسرعات عالية، متغلبة على جاذبية أجسامها.

تعد الخصائص الميكانيكية للصخور التي تشكل هذه الأجسام الكوكبية مفيدة لإجراء الأبحاث على القمر أو لمواجهة التحديات والفرص التي يفرضها التعدين الفضائي.

الاختلافات مع الأرض

الخواص الميكانيكية مهمة لعمليات الضغط تلبيد (تصنيع المواد باستخدام الحرارة) من شأنه أن يسمح، على سبيل المثال، بإنشاء مواد بناء أكثر قوة ومتانة في هذه البيئات القاسية. ولهذا السبب من المهم إجراء المزيد من الدراسات التي تبحث في كيفية تأثير المسامية والبنية البلورية للصخور على خواصها الميكانيكية.

ستكون هذه المواد ضرورية لإنشاء البنية التحتية المستدامة والطرق وغيرها من الهياكل الحيوية في المستقبل اللازمة لوجود بشري طويل الأمد على القمر أو المريخ، ويجب تحديد أفضلها قبل بدء الرحلة.

سوف تصبح التحديات الجديدة التي تواجه البشرية تدريجيًا متعددة الكواكب.

جوزيف م. تيريكو رودريجيزالباحث الرئيسي في مجموعة علوم النيازك والكويكبات والكواكب. معهد علوم الفضاء (ICE – CSIC)

تم نشر هذه المقالة في الأصل محادثة. ليقرأ إبداعي.