القمر

لمحة سريعة

القمر هو التابع الطبيعي الوحيد للأرض، وتبلغ كتلته نحو 1/81 من كتلة الأرض. ولأنه يخلو من الصفائح التكتونية ويكاد يخلو من الغلاف الجوي ولا يتعرض إلا لقدر ضئيل جدًا من التعرية، يحفظ سطحه سجلًا لأول مليار سنة من عمر المجموعة الشمسية الداخلية، وهو سجل مُحي إلى حد كبير على الأرض.

القيم مأخوذة من صحيفة بيانات القمر من NASA NSSDCA (آخر تحديث للصفحة في 11 يناير 2024)، تم الاطلاع عليها في 29 أكتوبر 2026.

المصادر: [1]

النشأة: فرضية الاصطدام العملاق وبدائلها

التفسير السائد لنشأة القمر هو فرضية الاصطدام العملاق. فقبل نحو 4.5 مليار سنة، اصطدم جسم بحجم المريخ، يُسمّى عادةً ثيا (Theia)، بالأرض الفتية؛ ثم تجمّع الحطام المنصهر والمتبخر الذي قُذف إلى المدار ليكوّن القمر. وتشير الأعمار الإشعاعية لصخور القمر إلى أن ذلك حدث بعد نحو 60 مليون سنة من بدء تشكّل المجموعة الشمسية.

يأتي أقوى قيد من عينات أبولو (Apollo). إذ تتطابق نظائر الأكسجين وعناصر أخرى في صخور القمر مع نظيراتها على الأرض تطابقًا أوثق من أن يكون مصادفة، كما تشبه بازلتات الوشاح القمري إلى حد كبير بازلتات وشاح الأرض. وقد استبعدت هذه النتائج فكرتين أقدم: أسر جسم تشكّل في مكان آخر، وتشكّل الأرض والقمر جنبًا إلى جنب من المادة نفسها. لكن هذا التشابه ذاته يطرح لغزًا: فنماذج الاصطدام البسيطة تتنبأ بقمر مبني أساسًا من مادة الجسم الصادم، التي ينبغي أن تحمل بصمة نظائرية مختلفة. ومن البدائل التي لا تزال قيد النقاش نماذج بُني فيها القمر من عدة اصطدامات أصغر بدلًا من اصطدام واحد.

كان القمر حديث التكوّن منصهرًا إلى حد كبير ومغطى بمحيط عميق من الصهارة لعشرات إلى مئات الملايين من السنين. وطفت بلورات الأنورثوسيت الخفيفة إلى سطح هذا المحيط وشكّلت القشرة الأولى قبل نحو 4.4 مليار سنة.

المصادر: [2]

البنية الداخلية: القشرة والوشاح واللب

إن متوسط كثافة القمر (3,344 kg/m³) أقل بكثير من كثافة الأرض، ما يشير إلى لب معدني صغير. ويكشف عن الباطن خطّان رئيسيان من الأدلة: التسجيلات الزلزالية من بعثات أبولو، وحقل الجاذبية عالي الدقة من بعثة GRAIL التابعة لناسا.

تألفت تجربة أبولو الزلزالية السلبية من أربع محطات نشرتها على الجانب القريب بعثات أبولو 12 و14 و15 و16، وظلت تعمل حتى منتصف عام 1977. وفي إعادة تحليل لهذه البيانات عام 2011، جمع فيبر (Weber) وزملاؤه إشارات من مصادر متكررة للزلازل القمرية العميقة، وأفادوا بوجود لب داخلي صلب نصف قطره نحو 240 km، ولب خارجي مائع يمتد إلى نحو 330 km، وفوقه طبقة منصهرة جزئيًا تصل إلى نحو 480 km. وتتوافق السرعة الزلزالية في اللب الخارجي المائع مع سبيكة حديد سائلة، يُقدَّر محتواها من الكبريت بـ 6% وزنًا أو أقل. ويشير المؤلفون إلى أن أنصاف الأقطار هذه غير محددة بدقة.

رسمت GRAIL (أُطلقت عام 2011) خريطة حقل جاذبية القمر بمركبتين فضائيتين تطيران في تشكيل. وأعطت مقارنة حقل الجاذبية بالتضاريس كثافة إجمالية قدرها 2,550 kg/m³ لقشرة المرتفعات؛ وبمقارنتها بتركيبها المقيس عن بعد، يُستدل على مسامية متوسطة قدرها نحو 12%، أي قشرة شديدة التشقق بفعل الاصطدامات. وجاء متوسط سمك القشرة 34–43 km، أي أرقّ بـ 10–20 km من عدة تقديرات سابقة.

المصادر: [1] [3] [4]

السطح: البحار والمرتفعات والثرى والفوهات

بالعين المجردة ينقسم سطح القمر إلى وحدتين. ف المرتفعات الساطعة يغلب عليها الأنورثوسيت، وهي بقايا القشرة الأقدم. أما البحار (maria) الداكنة فهي أحواض اصطدامية كبيرة غمرتها الحمم لاحقًا؛ وتؤرخ ناسا هذا الملء بما بين 4.2 و1.2 مليار سنة مضت. وتسجّل الفوهات بكل أحجامها، من الفوهات الفتية الساطعة مثل تيخو (Tycho) البالغ قطرها 85 km إلى الأحواض القديمة، تاريخ الاصطدامات في المجموعة الشمسية؛ ويُستخدم عدّ الفوهات المعايَر بالعينات لتأريخ الأسطح.

يكاد السطح كله يكون مغطى ب الثرى (الريغوليث)، وهو طبقة مفككة من الغبار وشظايا الصخور نتجت عن اصطدامات متكررة. وتحته تقع صخور أساس متشققة تُسمّى الميغاريغوليث. وليس للقمر سوى غلاف خارجي (إكزوسفير) رقيق جدًا وحقل مغناطيسي ضعيف للغاية، لذا يتعرض السطح مباشرة للرياح الشمسية والأشعة الكونية والنيازك الدقيقة. وتتأرجح درجات الحرارة من نحو 127 °C في ضوء الشمس الكامل إلى نحو −173 °C في الظلام.

ركيزة التسلسل الزمني القمري هي العينات المُعادة. فبين عامي 1969 و1972، جمعت ست بعثات أبولو 382 kg من المواد في نحو 2,200 عينة منفصلة، وأعادت ثلاث مركبات Luna سوفيتية آلية نحو 300 g من ثلاثة مواقع أخرى.

المصادر: [5] [6]

المد والجزر والدوران المتزامن والتمايل والأطوار والخسوف والكسوف

لأن القمر يجذب الجانب القريب من الأرض بقوة أكبر من جانبها البعيد، تشكّل المحيطات انتفاخين مدّيين، أحدهما مواجه للقمر والآخر في الجهة المقابلة. ومع دوران الأرض تمر السواحل عبر هذين الانتفاخين، فتشهد معظم الشواطئ مدّين وجزرين في اليوم. وقوة المد التي تولدها الشمس أقل بقليل من نصف قوة القمر: فعندما يصطفان قرب المحاق والبدر يحدث المد الربيعي (العالي)، وقرب التربيعين يحدث المد المحاقي (المنخفض).

ويعمل التفاعل المدّي في الاتجاه الآخر أيضًا. فالقمر يدور حول محوره في المدة نفسها التي يستغرقها للدوران حول الأرض، لذا يواجهنا دائمًا نصف الكرة نفسه (الدوران المتزامن). كما ينقل الاحتكاك المدّي زخمًا زاويًا إلى مدار القمر، فيبتعد القمر عن الأرض بنحو 3.8 cm سنويًا. وبسبب المدار الإهليلجي وميل محور القمر البالغ نحو 6.7°، نرى في أوقات مختلفة قدرًا أكبر قليلًا من حوافه؛ وبفضل هذا التمايل (libration)، يمكن رؤية نحو 59% من السطح من الأرض بمرور الوقت (مرصد هونغ كونغ).

تتكرر دورة الأطوار كل 29.53 يومًا (الشهر الاقتراني). ولأن مدار القمر يميل بمقدار 5.145° على دائرة البروج، لا يقع الكسوف والخسوف كل شهر: فالكسوف الشمسي يتطلب محاقًا، والخسوف القمري يتطلب بدرًا، قرب النقطتين اللتين يتقاطع فيهما المدار مع دائرة البروج.

المصادر: [1] [5] [7]

مختبر تفاعلي: القمر والشمس وقوة المد

يُفتح المختبر على الإعداد المسبق القمر ← الأرض: التسارع المدّي للقمر عند سطح الأرض يبلغ نحو جزء من عشرة ملايين من جاذبية السطح. انتقل إلى الشمس ← الأرض فتنخفض النسبة إلى مد القمر إلى 0.46، أي إن التأثير المدّي للشمس أقل بقليل من نصف تأثير القمر. ثم اختر المشتري ← آيو (Io): يدور آيو حول المشتري على مسافة تقارب مسافة القمر من الأرض، ومع ذلك يتعرض لمطّ أشد بآلاف المرات.

المواد المتطايرة القطبية والجليد المائي

قرب قطبي القمر تبقى الشمس قريبة من الأفق، ولا ترى قيعان بعض الفوهات ضوء الشمس أبدًا. وهذه المناطق المظللة بشكل دائم باردة بما يكفي لاحتجاز الجليد المائي لفترات طويلة، في حين يتبخر الماء سريعًا على الأسطح المضاءة.

تراكمت الأدلة خطوة بخطوة. ففي عام 2009 أرسلت بعثة LCROSS التابعة لناسا مقذوفًا إلى فوهة مظللة ورصدت حبيبات من الجليد المائي في العمود المقذوف. وحدد التحليل الكامل لبيانات جهاز M³ على متن المسبار الهندي Chandrayaan-1، الذي نُشر عام 2018، مواقع متعددة لجليد مائي مكشوف في المناطق المظللة بشكل دائم. وفي عام 2020 رصد المرصد الجوي المحمول SOFIA الماء الجزيئي (H₂O) حتى على السطح المضاء في فوهة كلافيوس (Clavius)، بكمية تعادل تقريبًا قارورة سعتها 355 ml لكل متر مكعب من التربة. ويواصل المستكشف القمري المداري (Lunar Reconnaissance Orbiter – LRO)، الموجود في المدار منذ عام 2009، رسم خرائط الهيدروجين والموارد الأخرى.

لا تزال كمية الجليد القطبي ونقاوته وتوزعه مع العمق ومصدره (المذنبات أو الكويكبات أو الرياح الشمسية أو الانبعاثات البركانية) غير مؤكدة.

المصادر: [8]

تاريخ الاستكشاف: من Luna إلى Artemis

اصطدم المسبار السوفيتي Luna 2 بالقمر عام 1959، وفي وقت لاحق من ذلك العام أرسل Luna 3 أولى صور الجانب البعيد. وحقق Luna 9 أول هبوط سلس عام 1966. وأنزلت Apollo 11 أول طاقم في يوليو 1969؛ وانتهى البرنامج بـ Apollo 17 في ديسمبر 1972. وأعادت Luna 16 و20 و24 عينات آلية بين عامي 1970 و1976. وفي القرن الحادي والعشرين تصدّر برنامج Chang’e الصيني المشهد: فقد حقق Chang’e-4، الذي أُطلق في ديسمبر 2018، أول هبوط سلس على الجانب البعيد، وأعاد Chang’e-5 (أُطلق عام 2020) عينات من الجانب القريب.

أُطلق Chang’e-6 في 3 مايو 2024، وهبط في 1 يونيو 2024 في حوض أبولو داخل حوض القطب الجنوبي–أيتكن (جمعية الكواكب (The Planetary Society)) وفي 25 يونيو 2024 أعاد 1,935.3 g من المواد، وهي أول عينة تُعاد على الإطلاق من الجانب البعيد. وفي دراسة نُشرت في مجلة Nature في نوفمبر 2024، أُرِّخت 107 من أصل 108 شظايا بازلتية حُلّلت بنحو 2.8 مليار سنة وواحدة بنحو 4.2 مليار سنة، ما يدل على نشاط بركاني في الجانب البعيد امتد 1.4 مليار سنة على الأقل؛ وأفادت دراسة موازية في مجلة Science بعمر يبلغ نحو 2.83 مليار سنة للبازلتات منخفضة التيتانيوم.

هبط المسبار الهندي Chandrayaan-3 هبوطًا سلسًا في 23 أغسطس 2023 في خطوط العرض الجنوبية العليا، عند 69.37° جنوبًا (ISRO). وهبط المسبار الياباني SLIM في 20 يناير 2024 على بعد نحو 10 m من نقطة هدفه، محققًا أول «هبوط دقيق»؛ وأنهت JAXA عملياته في 23 أغسطس 2024. وعلى الصعيد التجاري، هبطت المركبة Odysseus التابعة لشركة Intuitive Machines قرب فوهة Malapert A في 22 فبراير 2024، لتصبح أول هبوط سلس ناجح ضمن برنامج CLPS التابع لناسا (NASA); وحطّت المركبة Blue Ghost التابعة لشركة Firefly قرب جبل لاتريل (Mons Latreille) في بحر الأزمات (Mare Crisium) في 2 مارس 2025، حاملةً 10 أجهزة لناسا (NASA).

في برنامج Artemis، انطلقت Artemis II في 1 أبريل 2026 وعلى متنها ريد وايزمان (Reid Wiseman) وفيكتور غلوفر (Victor Glover) وكريستينا كوك (Christina Koch) وجيريمي هانسن (Jeremy Hansen) (CSA)، وهبطت في البحر قبالة سان دييغو في 10 أبريل 2026 (بتوقيت المحيط الهادئ الأمريكي). وحلّق الطاقم على بعد نحو 6,545 km من سطح القمر وبلغ نحو 406,770 km من الأرض، محطمًا الرقم القياسي للمسافة الذي سجلته Apollo 13. وفي فبراير 2026 أعادت ناسا تعريف Artemis III لتكون رحلة تجريبية في مدار أرضي منخفض (NASA). وحتى أكتوبر 2026، من المخطط أن تُنفَّذ هذه البعثة التي تستغرق نحو 14 يومًا، مع راندي بريسنيك (Randy Bresnik) وفرانك روبيو (Frank Rubio) وأندريه دوغلاس (Andre Douglas) ولوكا بارميتانو (Luca Parmitano) من ESA، في عام 2027 للتدرب على الالتقاء والالتحام بنسخ تجريبية من مركبتي الهبوط من SpaceX وBlue Origin؛ ومن المستهدف أن تبدأ عمليات الهبوط المأهولة قرب القطب الجنوبي عام 2028.

المصادر: [9] [10] [11] [12] [13] [14]

أرشيفات البيانات للباحثين

البوابة الرئيسية لبيانات القمر المدارية هي نظام البيانات الكوكبية (PDS) التابع لناسا. إذ تستضيف عقدة علوم الأرض في PDS (PDS Geosciences Node) أرشيفات LRO Diviner وLEND وLOLA وMini-RF والعلوم الراديوية، إضافةً إلى صفحات لـ GRAIL وLunar Prospector وClementine وKaguya وApollo. ويوفر مستكشف البيانات القمرية المدارية (Lunar Orbital Data Explorer) بحثًا وتنزيلًا قائمين على الخرائط لبيانات LRO وGRAIL وClementine وLunar Prospector وLunar Orbiter وChandrayaan-1.

وللصور عالية الدقة، يوفر موقع فريق LROC في جامعة ولاية أريزونا بوابة بيانات وأرشيف PDS وأداة Lunar QuickMap ونظامًا لطلب تصوير الأهداف. ويمكن للباحثين الساعين إلى عينات مادية اللجوء إلى قسم حفظ العينات القمرية التابع لناسا في مركز جونسون للفضاء، الذي يوزّع نحو 400 عينة سنويًا للبحث والتعليم.

بيانات الوكالات الأخرى متاحة أيضًا: فقد أصدرت ISRO البيانات العلمية لـ Chandrayaan-3 في 23 أغسطس 2024 عبر بوابة PRADAN (يلزم التسجيل)، وينشر نظام إصدار البيانات القمرية والكوكبية الصيني بيانات Chang’e-4 وChang’e-5 والبعثات السابقة بعد انتهاء فترات حمايتها.

المصادر: [6] [11]

المعروف مقابل الأسئلة المفتوحة

ما هو ثابت

• تكوّن القمر قبل نحو 4.5 مليار سنة، وتركيبه النظائري شديد الشبه بتركيب الأرض؛ وقد استُبعدت نماذج الأسر والتشكّل المشترك.
• كان للقمر المبكر محيط من الصهارة؛ وتكوّنت قشرة المرتفعات الأنورثوسيتية قبل نحو 4.4 مليار سنة.
• للقمر لب صغير غني بالحديد؛ وتشير البيانات الزلزالية إلى لب داخلي صلب ولب خارجي مائع.
• يبلغ متوسط سمك قشرة المرتفعات 34–43 km ومساميتها نحو 12%.
• يوجد جليد مائي في الفوهات القطبية المظللة بشكل دائم؛ ويوجد الماء الجزيئي حتى على الأسطح المضاءة.
• استمر النشاط البركاني في الجانب البعيد حتى ما لا يقل عن نحو 2.8 مليار سنة مضت.

أسئلة مفتوحة

• كيف يمكن التوفيق بين التشابه النظائري بين الأرض والقمر واصطدام عملاق واحد؟ ما حجم ثيا وتركيبها، أم كانت هناك اصطدامات متعددة؟
• ما الذي يفسر التباين الحاد بين الجانبين القريب والبعيد في سمك القشرة وانتشار البحار والتاريخ البركاني؟
• ما الحجم الدقيق للب وتركيبه وحالته، وكم من الوقت عمل الدينامو المغناطيسي القديم؟
• ما كمية الجليد القطبي، وكيف يتوزع مع العمق، ومن أين جاء، وهل يمكن استخدامه موردًا؟
• هل تغير معدل الاصطدامات تغيرًا حادًا في بدايات تاريخ القمر، وما مدى موثوقية التسلسل الزمني للفوهات المعايَر بالعينات؟

المصادر: [2] [3] [4] [8] [10]