اكتشاف مادة الجرافين “المعجزة” على القمر
مصر:إيهاب محمد زايد
في عام 2004، قام العلماء في جامعة مانشستر لأول مرة بعزل ودراسة الجرافين، وهي مادة فائقة تتكون من ذرات كربون أحادية الطبقة مرتبة في شبكة سداسية على شكل قرص العسل.
ومنذ ذلك الحين، أصبح عجيبًا، بفضل خصائصه التي تجعله مفيدًا للغاية في العديد من التطبيقات. ويعتقد العلماء عمومًا أن حوالي 1.9% من الكربون الموجود في الوسط النجمي (ISM) موجود على شكل جرافين، ويتم تحديد شكله وبنيته من خلال عملية تكوينه.
وفي الواقع، من الممكن أن يكون هناك الكثير من هذه المادة الفائقة على سطح القمر. في دراسة حديثة، كشف باحثون من الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) عن وجود جرافين طبيعي الشكل ومرتب في بنية خاصة ذات طبقات رقيقة على القمر.
يمكن أن يكون لهذه النتائج آثار جذرية على فهمنا لكيفية تشكل القمر، وتؤدي إلى طرق جديدة لتصنيع الجرافين، مع تطبيقات تتراوح بين الإلكترونيات، وتخزين الطاقة، والبناء، والمواد الفائقة.
الجرافين على القمر
ويمكن أن تكون مفيدة أيضًا للمهمات المستقبلية التي ستنشئ بنية تحتية دائمة على سطح القمر.
ترأس الفريق البروفيسوران وي تشانغ ومنغ زو من المختبر الرئيسي للهندسة الإلكترونية والمختبر الرئيسي للتعاون الدولي لمقاطعة جيلين لمواد الطاقة النظيفة عالية الكفاءة في جامعة جيلين، والمهندس الكبير في جامعة جيلين شيوجوان لي، ووينكاي رين من الأكاديمية الصينية للعلوم. معهد بحوث المعادن (CAS-ISM).
وانضم إليهم زملاء من العديد من المختبرات الرئيسية في جامعة جيلين، وCAS-ISM، ومختبر استكشاف الفضاء السحيق، ومركز استكشاف القمر وهندسة الفضاء. ظهرت الورقة التي تصف النتائج التي توصلوا إليها في مجلة National Science Review.
لعقود من الزمن، تكهن العلماء بأن نظام الأرض والقمر قد تشكل من اصطدام هائل – فرضية التأثير العملاق – بين جسم بحجم المريخ (ثيا) والأرض منذ حوالي 4.4 مليار سنة.
وتدعم هذه النظرية تحليلات صخور القمر التي أعادها رواد فضاء أبولو، مما أدى إلى فكرة استنفاد الكربون. ومع ذلك، فقد جاءت النتائج الأخيرة لتتحدى هذا الإجماع القائم على مراقبة تدفقات أيونات الكربون العالمية على القمر، والتي تشير إلى وجود الكربون الأصلي.
تتوافق هذه الملاحظات مع تحليل إحدى عينات أبولو 17 التي أظهرت وجود الجرافيت. ومن أجل دراستهم، أجرى الفريق تحليلًا طيفيًا لعينة على شكل زيتونة من التربة القمرية (بقياس حوالي 2.9 ملم × 1.6 ملم) تم استردادها بواسطة مهمة Chang’e 5 في عام 2020.
كانت هذه هي المهمة الروبوتية الثالثة للصين للوصول إلى سطح القمر وأول عينة تعود من القمر. ومن الأطياف التي حصلوا عليها، وجدوا مركبًا حديديًا في جزء غني بالكربون من العينة يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتكوين الجرافين.
وبعد مزيد من التحليل باستخدام التقنيات المجهرية ورسم الخرائط المتقدمة، أكدوا أن الكربون الموجود في العينة كان عبارة عن رقائق جرافين يبلغ سمكها ما بين طبقتين إلى سبع طبقات.
وفيما يتعلق بكيفية وصوله إلى هناك، اقترح الفريق أن الجرافين ربما يكون قد تشكل خلال فترة من النشاط البركاني في وقت مبكر من تاريخ القمر عندما كان لا يزال نشطًا جيولوجيًا.
ويفترضون أيضًا أن الجرافين تم تحفيزه بواسطة الرياح الشمسية التي ركلت الثرى القمري ومعادنه المحتوية على الحديد، والتي كان من الممكن أن تساعد في تحويل البنية الذرية للكربون.
كما أنها تسمح بإمكانية حدوث تأثيرات نيزكية، والتي من المعروف أيضًا أنها تخلق بيئات ذات درجة حرارة عالية وضغط عالٍ مشابهة للنشاط البركاني. كما يقولون في ورقتهم:
“يتم دمج الجرافين كرقائق فردية أو يتم تشكيله كجزء من غلاف كربوني يحيط بالجزيئات المعدنية. وتكشف نتائجنا عن بنية نموذجية واحدة للكربون الأصلي في القمر وقد تم اقتراح آلية تكوينه. قد يعيد هذا الاكتشاف فهم المكونات الكيميائية، حلقات الجغرافيا وتاريخ القمر.”
يمكن أن يكون لهذه النتائج أيضًا تأثير هائل على الأبحاث هنا على الأرض، حيث يتم دراسة الجرافين لتطبيقات تتراوح من الإلكترونيات والميكانيكا إلى علوم المواد.
وكما أشاروا في دراستهم، فإن هذه الدراسة يمكن أن تؤدي إلى الميثامفيتامين الجديد كانية إنتاج المواد بتكلفة زهيدة وتوفير فرص إضافية لاستكشاف القمر:
“يشير تحديد الجرافين في بنية القشرة الأساسية إلى عملية تصنيع من أسفل إلى أعلى بدلاً من التقشير، والتي تتضمن عمومًا تفاعلًا حفازًا عالي الحرارة. لذلك، يتم اقتراح آلية تكوين طبقات قليلة من الجرافين والكربون الجرافيتي هنا …
“في المقابل، يلقي تكوين الجرافين الطبيعي المحفز بالمعادن الضوء على تطوير تقنيات تصنيع منخفضة التكلفة وقابلة للتطوير لجرافين عالي الجودة. لذلك، قد يتم الترويج لبرنامج جديد لاستكشاف القمر ويمكن توقع بعض الاختراقات القادمة.”
يمكن أن تكون هذه النتائج مفيدة أيضًا للبعثات المستقبلية التي ستؤدي إلى تطوير بنية تحتية دائمة على سطح القمر. ويتضمن ذلك برنامج أرتميس التابع لناسا، والذي يهدف إلى إنشاء “برنامج مستدام لاستكشاف القمر وتطويره”.
هناك أيضًا مبادرة قرية القمر التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية وخطة الصين وروسيا لإنشاء محطة دولية لأبحاث القمر (ILRS). وبالإضافة إلى الاستكشاف والبحث العلمي، يمكن لهذه البرامج إجراء تجارب على خصائص واستخدامات الجرافين، والتي يمكن أن تشمل تصنيع مواطن قمرية!
تم نشر هذه المقالة في الأصل بواسطة الكون اليوم.
