آنچه باید درباره‌ تنها قمر زمین بدانیم

 

ماه تنها قمر طبیعی زمین است. ترکیب اصلی ماه، سنگ سیلیکات است. این قمر فاقد جو قابل‌توجه، هیدروسفر (آب کره) یا میدان مغناطیسی است. گرانش سطح ماه برابر با یک ششم گرانش زمین است. فاصله‌ی میانگین مدار ماه از زمین برابر با ۳۸۴۴۰۲ کیلومتر یا ۱/۲۸ ثانیه‌ی نوری است. تأثیر گرانش ماه بر زمین منجر به ایجاد آثار جزرومدی می‌شود و بر طول روز زمینی تأثیر می‌گذارد.

گردش ماه به دور محور خود درمقایسه‌با زمین دارای قفل جزرومدی است به این معنی که همیشه یک سمت ماه از زمین دیده می‌شود. ازآنجاکه زمین در حال چرخش است، دوره‌ی چرخش ماه به دو روش تعیین می‌شود. از زاویه‌ی دید زمینی، مدار کامل ماه، ۲۷.۳ روز به‌طور می‌انجامد (دوره‌ی تناوب نجومی قمری). از زاویه‌ی دید ثابت خارجی یک مدار کامل ۲۹/۵ روز به طول می‌انجامد (دوره‌ی تناوب هلالی).

فازهای ماه تابع دوره‌ی تناوب هلالی هستند و مبنای ماه‌ها در تقویم قمری را تشکیل می‌دهند. ماه درخشان‌ترین جرم نجومی در آسمان شب است. اندازه‌ی ظاهری ماه از آسمان زمین، تقریبا برابر با اندازه‌ی ظاهری خورشید است به همین دلیل در خورشیدگرفتگی می‌تواند خورشید را به‌صورت کامل پوشش دهد.

قطر ماه حدودا برابر با ۳٬۴۷۶ کیلومتر و تقریبا یک‌چهارم قطر زمین است. از این لحاظ می‌توان قطر ماه را با عرض قاره‌ی استرالیا مقایسه کرد. از لحاظ ابعاد قمری، ماه پنجمین قمر بزرگ سیاره‌ای در منظومه‌ی شمسی است. همچنین در میان قمر‌های شناخته‌شده، ماه پس از آیو قمر مشتری، دومین سیاره‌‌ی منظومه‌ی شمسی با بیشترین گرانش و چگالی سطحی است. ماه همچنین در اساطیر و فرهنگ کهن جوامع انسانی در طول تاریخ، نقش گسترده‌ای داشته است. تأثیرات فرهنگی ماه را می‌توان در زبان، سیستم‌های تقویم، هنر و اسطوره‌شناسی جست‌وجو کرد.

قرص ماه کامل

شکل‌گیری
هنوز پرسش‌های زیادی درباره‌ی شکل‌گیری تنها قمر زمین وجود دارد. براساس نظریه‌ی برخورد بزرگ، ماه بر اثر برخورد بین زمین آغازین و جرمی سنگی به نام تیا شکل گرفته است؛ اما جزئیات چگونگی این اتفاق نامشخص است و دانشمندان هنوز با مشاهدات مختلف دست‌وپنجه نرم می‌کنند.

براساس نظریه‌ی برخورد بزرگ، تیا جرمی تقریبا هم‌اندازه یا کوچک‌تر از مریخ بود (نصف قطر زمین). این جرم در حدود ۴/۵ میلیارد سال پیش به زمین آغازین برخورد کرد. بر اثر این برخورد اقیانوس‌های ماگما شکل گرفتند و بخش زیادی از سنگ‌ریزه‌ها به مدار زمین راه پیدا کردند و در نهایت این قطعات به شکل ماه گرد هم آمدند. دانشمندان با مدل‌های کامپیوتری به بازسازی رویدادهایی پرداختند که در نهایت به شکل‌گیری ماه انجامیدند. براساس نظریه‌ی برخورد باید ۸۰ درصد از ماه از جرم تیا تشکیل شده باشد؛ اما چرا ماه تا حد زیادی به زمین شباهت دارد؟

براساس یک تعریف، احتمالا تیا و زمین در ابتدا ترکیب مشابهی داشتند؛ اما این فرضیه به نظر بعید می‌رسد زیرا هر کدام از اجرام موجود در منظومه‌ی شمسی، ترکیب منحصر‌به فرد خود را دارند. براساس پژوهشی جدید، زمین و ماه زیاد هم به یکدیگر شبیه نیستند. پژوهشگرها برای حل این مسئله به بررسی دقیق توزیع ایزوتوپ‌های عنصر اکسیژن در سنگ‌های بازگشتی از ماه پرداختند. در علم شیمی، هر هسته‌ی اتمی عنصر، ترکیبی از دو ذره به نام پروتون در هسته و تعداد متغیری از نوترون‌ها است. در این نمونه، O-18 ایزوتوپ اکسیژن با هشت پروتون و ده نوترون کمی سنگین‌تر از ایزوتوپ O-16 با هشت پروتون و هشت نوترون است.

براساس پژوهش‌ها، تفاوت اندکی بین ترکیب ایزوتوپ اکسیژنی ماه و زمین وجود دارد؛ اما تفاوت‌ها زمانی افزایش می‌یابند که سنگ‌های گوشته‌ی ماه را بررسی کنیم. گوشته‌ی ماه یک لایه‌ زیر سطح یا پوسته است و دارای ایزوتوپ‌های اکسیژنی سبک‌تری درمقایسه‌با ایزوتوپ‌های زمین است. این تفاوت حائز اهمیت است؛ زیرا پوسته محل تجمع سنگ‌ریزه‌ها است درحالی‌که گوشته می‌تواند نشانه‌های بیشتری را از جرم تیا داشته باشد.

در نتیجه تیا و زمین و حتی ماه و زمین ترکیب کاملا یکسانی ندارند؛ اما نتایج به سمت تیا سوق پیدا می‌کنند. به‌دلیل گرانش می‌توان انتظار داشت که تعداد بیشتری از ایزوتوپ‌های سنگین‌تر به خورشید نزدیک هستند. تیا در مقایسه با زمین، دارای ایزوتوپ‌های سبک‌تر اکسیژن است که نشان می‌دهند این جرم در فاصله‌ی دورتری درمقایسه‌با فاصله‌ی زمین و خورشید شکل گرفته است.

ویژگی‌های فیزیکی

ماه به‌دلیل کشش جزرومدی دارای وجوه نابرابری است. به‌دلیل انعکاس نور خورشید، ماه درخشان‌ترین شیء آسمان شب است و برخی مشخصه‌‌های سطحی آن را می‌توان با چشم غیرمسلح دید. قطر ماه حدود ۳٬۴۷۶ کیلومتر یا یک چهارم قطر زمین و جرم آن تقریبا یک هشتادم جرم زمین است.

ساختار داخلی

به احتمال زیاد ماه دارای هسته‌ای بسیار کوچک است که ۱ تا ۲ درصد جرم آن را تشکیل می‌دهد و عرض آن به ۶۸۰ کیلومتر می‌رسد. همچنین بخش زیادی از این هسته از آهن تشکیل شده است اما ممکن است دارای مقادیر زیادی سولفور و عناصر دیگر هم باشد. ضخامت گوشته‌ی سنگی ماه به ۱۳۳۰ کیلومتر می‌رسد و از سنگ‌های چگال غنی از آهن و منیزیم تشکیل شده است. ماگماهای موجود در گوشته در گذشته راه خود را به سطح ماه پیدا کردند و به شکل آتشفشان‌هایی در حدود بیش از یک میلیارد سال پیش فوران کردند.

ضخامت پوسته‌ی ماه به‌صورت میانگین به ۷۰ کیلومتر می‌رسد. خارجی‌ترین بخش پوسته هم به‌دلیل برخوردهای بزرگ در گذشته از بین رفته است؛ مانند چهار سیاره‌ی خارجی دیگر، ماه هم قمری سنگی است و سطح آن در میلیون‌ها سال پیش هدف بمباران‌های شهابی قرار گرفته است. ازآنجاکه ماه فاقد آب‌و‌هوا است، دهانه‌های برخوردی هیچ تغییری نکرده‌اند.ترکیب میانگین سطح ماه براساس وزن آن، ۴۳ درصد اکسیژن، ۲۰ درصد سیلیکون، ۱۹ درصد منیزیم، ۱۹ درصد آهن، ۳ درصد کلسیم، ۳ درصد آلومینیوم، ۰/۴۲ درصد کرومیوم، ۰/۱۸ درصد تیتانیم و ۰/۱۲ درصد منگنز است.

آتشفشان‌ها و دهانه‌های برخوردی

صفحات تیره‌ی ماه که با چشم غیرمسلح قابل دیدن هستند، اصطلاحا ماریا نامیده می‌شوند. در اصطلاح لاتین ماریا به‌معنی دریاها است زیرا در گذشته تصور می‌شد این نقاط تاریک دریاهای ماه هستند؛ اما امروزه این دریاها منابع وسیعی از گدازه‌های بازالتی کهن هستند. بازالت‌های قمری بیشتر از آهن تشکیل شده‌اند و تحت تأثیر تغییرات آبی قرار نگرفته‌اند. بخش زیادی از این گدازه‌ها به دهانه‌های برخوردی وارد شده‌اند.

تقریبا تمام دریاهای ماه در سمت نمایان ماه قرار دارند و ۳۱ درصد از آن را پوشش می‌‌دهند درحالی‌که دریاها در سوی تاریک ماه، تنها ۲ درصد هستند. مناطق روشن‌تر ماه یا ترا، ارتفاعات ماه هستند. برخلاف زمین، هیچ‌کدام از کوهستان‌های ماه، نتیجه‌ی فعالیت‌های تکتونیکی نیستند. تراکم دریاها در سمت نزدیک ماه، نشان‌دهنده‌ی ضخامت بیشتر پوسته در سمت دور ماه هستند.

دیگر فرایند تأثیرگذار بر سطح ماه، برخورد سیارک‌ها و دنباله‌دارها با این قمر است. براساس تخمین‌ها تنها ۳۰۰ هزار دهانه‌ی برخوردی با عرض بیش از ۱ کیلومتر در سمت پنهان ماه وجود دارند. بازه‌های زمین‌شناسی قمری به‌شدت به رویدادهای برخوردی مهم وابسته هستند. نبود جو قابل‌توجه، آب‌و‌هوا و فرآیندهای زمین‌شناختی باعث شده این دهانه‌های برخوردی بدون هیچ تغییری باقی بمانند.

روی پوسته‌ی زمین، لایه‌ای سطحی به نام رگولیت وجود دارد که بر اثر فرآیندهای برخوردی شکل گرفته است. رگولیت‌ ریزتر به خاک قمری گفته می‌شود که از شیشه‌ی سیلیکون دی‌اکسید تشکیل شده و بافت آن مانند برف است. رگولیت سطوح قدیمی‌تر معمولا ضخامت بیشتری درمقایسه‌با رگولیت سطوح جوان‌تر دارد.

آب در ماه

 

برخلاف تصورات گذشته، ماه از منابع آبی برخوردار است. دانشمندان مدت‌ها به وجود آب در ماه شک داشتند اما اینکه دقیقا چه زمانی این فرضیه‌ها مطرح شدند، موضوع بحث و بررسی است. فرضیه‌های وجود آب در ماه به قرن بیستم بازمی‌گردد اما آب به‌صورت قطعی در سال ۲۰۰۸، با ارسال فضاپیمای چانداریان ۱ به مدار ماه کشف شد.

چاندرایان ۱، ابزار علمی ناسا به نام نقشه‌برداری معدنی ماه (به‌طور خلاصه M3) را با خود حمل می‌کرد که به بررسی چگونگی جذب نور مادون قرمز در سطح ماه می‌پرداخت. M3 یخ موجود در دهانه‌های قطبی ماه را آشکار کرد. مدارپیمای چاندرایان ۱ همچنین حامل کاوشگر کوچکی بود که مولکول‌های آب را در جو نازک ماه کشف کرد.

یک سال بعد در سال ۲۰۰۹، ناسا مدارپیمای اکتشافی قمری یا LRO و کاوشگر همراه آن، LCROSS را به ماه فرستاد. مرحله‌ی بالاتر راکت برای پرتاب LRO به کار رفت و LCROSS در نهایت به دهانه‌ی برخوردی تاریکی در قطب جنوب ماه برخورد کرد. LCROSS قبل از برخورد به سطح ماه، ۱۵۵ کیلوگرم آب را کشف کرد.

از آن زمان مأموریت‌های قمری، نشانه‌هایی از وجود آب را به شکل‌های مختلف در مناطق مختلف ماه کشف کردند. در سال ۲۰۲۰، ناسا و سازمان فضایی آلمان، با تلسکوپ سوفیا موفق به کشف آب در مناطق غیر قطبی شدند. از این آب می‌توان برای مأموریت‌های آینده‌ی سرنشین دار به ماه استفاده کرد.

براساس رصدهای ابزارهای راداری چاندرایان ۱ و LRO، قطب‌های ماه منبع بیش از ۶۰۰ میلیارد کیلوگرم یخ آب هستند. این مقدار برای پر کردن حداقل ۲۴۰ هزار استخر شنای المپیک کافی است. البته این مقدار، حداقل برآورد است و مأموریت‌های جدید با نفوذ به اعماق می‌توانند یخ آب بیشتری را کشف کنند.

حجم بالای آب در ماه برای شرکت‌های خصوصی و سازمان‌های فضایی سراسر جهان از اهمیت زیادی برخوردار است. آن‌ها می‌توانند از یخ آب برای تولید هوا، آب آشامیدنی و سوخت مورد نیاز ساکنین قمری و حتی راه‌اندازی صنایع قمری در آینده استفاده کنند. از طرفی دانشمندان از یخ آب موجود در ماه می‌توانند به شواهدی درباره‌ی آغاز حیات منظومه‌ی شمسی، منشاء ماه و زمین و همچنین چگونگی شکل‌گیری حیات در زمین دست پیدا کنند.

میدان گرانشی و میدان مغناطیسی

میدان گرانشی ماه از طریق ردیابی انتقال داپلر سیگنال‌های رادیویی مداپیماها محاسبه می‌شود. ماسکون‌ها از شاخصه‌های اصلی گرانش قمری هستند. این شاخصه‌ها ناهنجاری‌های گرانشی مرتبط با برخوردها هستند که بخشی از آن‌ها به‌دلیل جریان‌های گدازه‌ای به وجود آمده‌اند. این ناهنجاری‌ها تأثیر زیادی بر مدارپیماها دارند. از طرفی معماهایی درباره‌ی ویژگی‌های گرانشی ماه وجود دارد: برای مثال جریان‌های گدازه به‌تنهایی نمی‌توانند اثر گرانشی ار توصیف کنند و برخی ماسکون‌ها ارتباطی به فعالیت‌های آتشفشانی ندارند.

ماه دارای یک میدان مغناطیسی خارجی کمتر از ۰/۲ نانوتسلا است که از نظر اندازه یک صدهزارم میدان مغناطیسی زمین است. ماه هیچ میدان مغناطیسی دوقطبی سراسری ندارد و صرفا دارای اثر مغناطیسی پوسته‌ای است که در طول تاریخ بر اثر تغییرات به وجود آمده است. بااین‌حال در حدود ۴ میلیارد سال پیش، قدرت میدان مغناطیسی ماه نزدیک به زمین کنونی بود. این میدان اولیه تقریبا در حدود یک میلیارد سال پیش بعد از شکل‌گیری هسته‌ی ماه از بین رفت.

جو و غبار

ماه دارای جو بسیار نازکی است پس لایه‌ای از غبار می‌تواند سال‌ها بدون تغییر روی سطح آن قرار بگیرد و بدون چنین جوی، گرما در نزدیک سطح حفظ نمی‌شود در نتیجه تفاوت دمای سطح ماه به شکل چشمگیری متغیر است. دمای روز در ماه به بیش از ۱۳۴ درجه‌ی سانتی‌گراد و در شب به منفی ۱۵۳ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رسد.

چرخش، مدار و فازهای ماه

ماه حول محور خود می‌چرخد. این چرخش به‌دلیل قفل جزرومدی با دوره‌ی چرخش ماه به دور زمین هماهنگ است. دوره‌‌های چرخش به دو نوع دوره‌ی تناوب نجومی و دوره‌‌ی چرخش هلالی تقسیم می‌شود. یک روز قمری همان روز هلالی است. به‌دلیل قفل جزرومدی دوره‌های چرخش تناوب نجومی و دوره‌ی چرخش هلالی متناظر با دوره‌های مداری تناوب نجومی (۲۷.۳ روز زمینی) و هلالی (۲۹.۵ روز زمینی) هستند.

به‌دلیل قفل جزرومدی همیشه یک سمت ماه از زمین دیده می‌شود

ماه براساس ستاره‌های ثابت، مدار زمین را هر ۲۷.۳ روز یک بار کامل می‌کند (دوره‌ی تناوب نجومی). بااین‌حال ازآنجاکه زمین هم به‌صورت هم‌زمان در مدار خورشید می‌چرخد، کمی طول می‌کشد تا ماه دوباره فاز یکسانی را به زمین نشان دهد این دوره برابر با ۲۹.۵ روز زمینی است (دوره‌ی هلالی). از این رو یک ماه تقویم برابر با ۲۹.۵ روز است.

فازهای قمری

ماه در مدار زمین در هشت فاز ظاهر می‌شود.یکی از نکات مهم درباره‌ی فازهای قمری این است که خورشید دقیقا همیشه نیمی از ماه را روشن می‌کند. فازهای قمری با تغییر زاویه‌ی (موقعیت‌های نسبی) زمین، ماه و خورشید درمقایسه‌با یکدیگر به وجود می‌آیند. به بیان ساده‌تر می‌توان چرخه‌ی فازی ماه را به این صورت توصیف کرد: ماه نو و ماه کامل، اولین تربیع (یک چهارم) سومین تربیع و فازهایی که بین این فازها قرار دارند.

ماه نو زمانی ظاهر می‌شود که ماه بین زمین و خورشید قرار بگیرد و این سه جرم در تراز نسبی با یکدیگر باشند. در این صورت بخش روشن ماه دقیقا در آن سوی ماه است که ناظران زمینی به‌دلیل قفل جزرومدی قادر به دیدن آن نیستند. در فاز ماه کامل، زمین، ماه و خورشید درست مانند فاز ماه نو در تراز نسبی قرار می‌گیرند اما این بار روی روشن ماه به سمت زمین قرار می‌گیرد و بخش تاریک کاملا از دید مخفی می‌شود.

فازهای تربیع اول و تربیع سوم (هر دو نیمه ماه هستند) زمانی رخ می‌دهند که ماه در زاویه‌ی ۹۰ درجه درمقایسه‌با زمین و خورشید قرار بگیرد. در نتیجه ناظر زمینی دقیقا نیمی از ماه را روشن می‌بیند. با درک چهار فاز کلیدی ماه، درک سایر فازها ساده‌تر خواهد شد.

جاذبه‌ی گرانشی اجرام بر یکدیگر براساس مربع مسافت این اجرام از یکدیگر کاهش می‌یابد. در نتیجه، زمانی‌که ماه به زمین نزدیک‌تر است تأثیر گرانش بیشتری روی زمین دارد و منجر به ایجاد نیروهای کشندی یا جزرومدی می‌شوند. نیروهای جزرومدی بر اقیانوس‌ها و پوسته‌ی زمین تأثیر می‌گذارند. واضح‌ترین اثر نیروهای کشندی ایجاد دو برآمدگی در اقیانوس‌های زمین است. این نیروها باعث بالا آمدن سطح دریاها می‌شوند.

ماه‌گرفتگی

خسوف یا ماه‌گرفتگی تنها در فاز ماه کامل رخ می‌دهد. ماه‌گرفتگی کامل هم تنها زمانی رخ می‌دهد که خورشید، زمین و ماه در تراز کامل و بی‌نقصی با یکدیگر قرار بگیرند. اگر دقت این تراز کمی پائین‌تر باشد می‌تواند به ماه‌گرفتگی جزئی بینجامد یا اصلا ممکن است ماه‌گرفتگی رخ ندهد.

ازآنجاکه مدار ماه حول محور زمین در صفحه‌ی متفاوتی با مدار زمین حور محول خورشید قرار دارد، تراز بی‌نقص ماه‌گرفتگی همیشه رخ نمی‌دهد. ماه‌گرفتگی کامل معمولا چند ساعت به طول می‌انجامد. در طول ماه‌گرفتگی زمین دو سایه روی ماه می‌اندازد: حالت «آمبرا» به سایه‌ی کامل تاریک گفته می‌شود. حالت نیم‌سایه یا پنومبرا به سایه‌ی جزئی خارجی گفته می‌شود. ماه از این سایه‌ها در چند مرحله عبور می‌کند. مراحل اولیه و نهایی قابل دیدن نیستند در نتیجه بهترین زمان برای دیدن ماه‌گرفتگی در طول وسط رویداد است یعنی زمانی‌که ماه در سایه‌ی آمبرا قرار دارد.

ماه خونین

ماه ممکن است در طول خسوف به رنگ سرخ یا مسی درآید. ماه خونین یا ماه سرخ زمانی رخ می‌دهد که ماه در سایه‌ی کامل باشد و بخشی از نور خورشید از جو زمین عبور کند و به سمت ماه خم شود. با اینکه رنگ‌های دیگر طیف مسدود شده یا بر اثر برخورد با جو زمین پراکنده می‌شوند، نور سرخ راه خود را پیدا می‌کند.

چگونه ماه‌گرفتگی را تماشا کنیم؟

ماه‌گرفتگی‌ را معمولا می‌توان به‌راحتی با چشم غیرمسلح تماشا کرد. برای مشاهده‌ی ماه‌گرفتگی نیازی به تلسکوپ یا ابزار ویژه ندارید. بااین‌حال با دوربین‌های دوچشمی یا تلسکوپی کوچک می‌توانید جزئیات سطح ماه را ببینید.

رصدها و کاوش‌ها

قدیمی‌ترین تصویر به‌جای‌مانده از ماه، هک شدن آن روی سنگی ۵۰۰۰ ساله در ایرلند است. درک چرخه‌ها و فازهای ماه یکی از اولین دستاوردهای علم نجوم است. تا قرن پنجم پیش از میلاد، ستاره‌شناس‌های بابلی، چرخه‌ی ۱۸ ساله‌ی ساروس و ماه‌گرفتگی‌ها را ثبت کرده‌ بودند؛ از طرفی ستاره‌شناسان هندی تطویل ماهیانه‌ی ماه را شرح داده بودند. شی شن، ستاره‌شناس چینی هم دستورالعمل‌هایی را برای پیش‌بینی خورشید‌گرفتگی و ماه‌گرفتگی‌ها ارائه داد. آناگزاگوراس، فیلسوف یونان باستان، ماه و خورشید را سنگ‌های غول‌آسایی می‌دانست و معتقد بود ماه نور خورشید را منعکس می‌کند.

در توصیف ارسطو از جهان، ماه مرز بین کره‌هایی از عناصر ناپایدار (زمین، آب، باد و آتش) است. در طول قرون وسطا قبل از اختراع تلسکوپ ماه به شکل کره‌ای مسطح شناخته می‌شد. بااین‌حال در سال ۱۶۰۹، گالیله در یکی از طرح‌های تلسکوپی خود از ماه ذکر کرد که ماه دارای کوه و حفره‌هایی است.

کاوش‌های عصر فضا

در دهه‌ی ۱۹۵۰، جنگ سرد جرقه‌ای برای رقابت بر سر سفر به ماه با ربات‌ها و مأموریت‌های سرنشین‌دار بود. درادامه به برخی از اکتشافات و مأموریت‌های آینده اشاره شده است. در اواسط قرن بیستم انسان‌ها موفق به بازدید از ماه شدند و از نزدیک به بررسی سطح آن پرداختند. از آن زمان فضاپیماهای متعددی به بررسی نزدیک‌ترین همسایه‌ی زمین پرداختند. حالا انسان پس از گذشت شش دهه دوباره می‌خواهد به ماه بازگردد.

اولین تلاش‌ها

اولین تلاش‌ها برای اکتشافات ماه، محصول جنگ سرد بودند. زمانی‌که ایالات‌متحده و اتحاد جماهیر شوروی فضاپیماهای بدون سرنشین را به مدار یا سطح ماه می‌فرستادند. شوروی در ژانویه‌ی ۱۹۵۹، لونا ۱ را به فضا فرستاد که کره‌ای کوچک دارای آنتن بود. لونا ۱ اولین شیئی بود که توانست از گرانش زمین فرار کند و به فاصله‌ی ۶۴۰۰ کیلومتری از سطح ماه برسد.

در سال ۱۹۵۹، لونا ۲ اولین فضاپیمایی بود که سطح ماه را لمس کرد. این فضاپیما با حوزه‌ی ایمبریوم مر برخورد کرد. همان‌سال، سومین فضاپیمای لونا تصاویری محو از سوی تاریک ماه ارسال کرد. سپس ایالات متحده با مجموعه‌ فضاپیمای رنجر وارد بازی شد. این فضاپیماها که بین سال‌های ۱۹۶۱ و ۱۹۶۵ پرتاب شدند، اولین تصاویر نمای نزدیک از سطح ماه را ارسال کردند. مأموریت‌های رنجر یکی از جسورانه‌ترین مأموریت‌ها بودند و به گونه‌ای طراحی شده بودند تا قبل از برخورد به سطح ماه حداکثر تصاویر را ارسال کنند. تا سال ۱۹۶۵، تصاویر مأموریت‌های رنجر به‌ویژه رنجر ۹ جزئیات بیشتری را درباره‌ی سطح و صخره‌های ماه و چالش‌های بالقوه‌ی یافتن موقعیت فرود مناسب برای انسان آشکار کرد.

تمام فضانوردانی که تاکنون موفق به فرود بر سطح ماه شده‌اند، مرد و آمریکایی هستند

در سال ۱۹۶۶، فضاپیمای لونا ۹ شوروی اولین فضاپیمایی بود که به‌صورت ایمن روی سطح ماه فرود آمد. این فضاپیما مجهز به ابزار ارتباطی و علمی بود و به‌صورت پاناروما از سطح ماه عکاسی کرد. سپس در همان سال لونا ۱۰ پرتاب شد. لونا ۱۰ اولین فضاپیمایی بود که با موفقیت در مدار ماه قرار گرفت.

ناسا هم در برنامه‌ی Surveyor، فضاپیمایی را روی سطح ماه فرود آورد. کاوشگر سورویر حامل دوربین‌هایی برای بررسی سطح ماه و نمونه‌‌بردار خاک برای تحلیل سنگ‌ها و غبار ماه بود. در طول دو سال بعد، ناسا پنج مأموریت مدارپیمای قمری را پرتاب کرد که برای چرخیدن حول محور ماه و بررسی سطح آن با یک هدف پرتاب شدند: فرستادن فضانوردها به سطح ماه. این مدارپیماها از ۹۹ درصد سطح ماه عکس‌برداری کردند و با آشکارسازی موقعیت‌های احتمالی فرود، راه را برای جهشی عظیم در اکتشافات فضایی هموار کردند.

انسان در ماه

در سال ۱۹۶۱ ناسا به‌دنبال برآورده ساختن وعده‌ی جان اف کندی، رئیس جمهور ایالات متحده بود. کندی ناسا را ملزم به فرستادن انسان به ماه تا پایان دهه کرده بود. برنامه‌ی آپولو پر هزینه‌ترین تلاش فضایی انسان در طول تاریخ در همان سال آغاز شد و در سال ۱۹۷۲ پایان یافت. در مجموعه این برنامه شامل ۹ مأموریت و ۲۴ فضانورد بود که یا به مدار ماه رفتند یا روی سطح ماه فرود آمدند.

آپولو ۱۱ مشهورترین مأموریت از برنامه‌ی آپولو است که به اولین گام‌های انسان روی ماه انجامید. در ۲۰ جولای‌ی ۱۹۶، نیل آرمسترانگ و ادوین آلدرین موفق به فرود بر دریای tranquility شدند. مایکل کالینز در مدار ماه مسئولیت هدایت ماژول فرمان را برعهده داشت. آرمسترانگ لحظاتی پس از فرود بر سطح ماه این جمله‌ی تاریخی را به زبان آورد:

این گامی کوچک برای یک انسان و جهشی عظیم برای بشریت است.

فرود تاریخی آپولو ۱۱ و جمله‌ی معروف نیل آرمسترانگ: این گامی کوچک برای انسان و جهشی عظیم برای بشریت است.

آلدرین و آرمسترانگ، ۲۱ ساعت و ۳۶ دقیقه روی ماه ماندند و سپس به کالینز پیوسته و به زمین بازگشتند. هر مأموریت پس از آپولو ۱۱، نقطه‌ی عطفی جدید در سفرها و اکتشافات فضایی است. چهار ماه پس از آپولو ۱۱، فضاپیمای آپولو ۱۲ سطح ماه را به شکلی دقیق‌تر لمس کرد.

آپولو ۱۳ تقریبا نزدیک به فاجعه بود و مخازن اکسیژن آن در آوریل ۱۹۷۰ منفجر شدند به همین دلیل سرنشینان نتوانستند روی سطح ماه فرود بیایند اما هر سه نجات یافتند. در مأموریت آپولو ۱۴ در ژانویه‌ی ۱۹۷۱، آلن شپرد رکورد جدیدی را برای دورترین مسافت طی‌شده در ماه ثبت کرد: ۲۷ کیلومتر. آپولو ۱۵ در جولای‌ی ۱۹۷۱ پرتاب شد. این مأموریت اولین مأموریت از سه مأموریت اقامت طولانی‌تر در ماه بود. در طول سه روز اقامت در ماه، دستاوردهایی مثل جمع‌آوری‌ صدها نمونه‌ از ماه و طی مسافت بیش از ۲۷ کیلومتر روی ماه حاصل شدند.

آپولو ۱۶ و آپولو ۱۷ هم دو مأموریت سرنشین‌دار آخر به ماه بودند. در نهایت لونا ۲۴، فضاپیمای بدون سرنشین روسی هم در سال ۱۹۷۶ بر سطح ماه فرود آمد. نمونه‌های جمع‌آوری شده در طول این اکتشافات، اطلاعات ارزشمندی را درباره‌ی ویژگی‌های سطحی و شکل‌گیری قمر زمین فراهم کرد. پس از دستاوردهای چشمگیر دهه‌ی ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، سازمان‌های فضایی به مدت چند دهه تمرکز خود را از مأموریت‌های ماه برداشتند. در نتیجه تاکنون تنها ۱۲ انسان (همه آمریکایی و همه مرد) قادر به فرود بر سطح ماه شدند.

توجه دوباره به ماه

در سال ۱۹۹۴، با مأموریت مشترک بین ناسا و سازمان ابتکار دفاع استراتژیک، ماه مجددا مرکز توجه ایالات متحده قرار گرفت. فضاپیمای کلمنتاین برای نقشه‌برداری از سطح ماه با طول‌موج‌‌هایی غیر از نور مرئی از فرابنفش تا فروسرخ طراحی شد. در میان ۱.۸ میلیون تصویر دیجیتالی این فضاپیما، نشانه‌هایی از یخ آب در برخی دهانه‌های برخوردی ماه دیده شد.

در سال ۱۹۹۹، فضاپیمای پروسپکتور در مدار ماه قرار گرفت و اکتشافات کلمنتاین مبنی بر وجود یخ آب در قطب‌ها را تأیید کرد؛ این منبع می‌تواند برای اقامت طولانی مدت در ماه بسیار مفید باشد. هدف این مأموریت برخورد با سطح ماه با هدف بررسی شواهد آب بود اما نتیجه‌ای حاصل نشد. ده سال بعد، فضاپیمای LCROSS ناسا این آزمایش را تکرار کرد و به شواهدی از آب در منطقه‌ی سایه‌ی نزدیک به قطب جنوب ماه دست یافت.

ناسا تنها سازمان فضایی علاقه‌مند به بررسی و پژوهش در سطح ماه نیست. در طول دو دهه‌ی گذشته، اکتشافات قمری در سطح بین‌المللی انجام شدند و حتی به مرحله‌ی تجاری هم رسیدند. در سال ۲۰۰۷، ژاپن اولین مدارپیمای قمری خود به نام SELENE را ارسال کرد. چین هم اولین فضاپیمای قمری خود را همان سال به ماه فرستاد. هند در سال ۲۰۰۸ برنامه‌ی قمری خود را آغاز کرد. تا سال ۲۰۱۳، چین به سومین کشوری تبدیل شد که با فضاپیمای چانگ ۳ و سطح‌نورد یوتو موفق به فرود بر سطح ماه شد.
موفقیت‌های بیشتر در سال ۲۰۱۹ به دست آمدند. در ژانویه‌ی ۲۰۱۹، سطح نشین چینی دیگری به نام یوتو ۲ توانست در سمت تاریک ماه فرود بیاید. در عین حال، مدارپیمای قمری چانداریان ۲ در دومین تلاش موفق به فرود سطح‌نشین کوچک خود روی ماه نشد. سازمان فضایی هند امیدوار است در سال ۲۰۲۱ در این مأموریت موفق شد.

مأموریت‌های آینده

ناسا برای توسعه‌ی سطح‌نشین‌های سرنشین‌دار و بدون سرنشین با شرکت‌های خصوصی فضایی همکاری می‌کند. از این شرکت‌ها می‌توان به اسپیس ایکس، بلو اوریجین و آستروبوتیک اشاره کرد. جف بزوس، مدیرعامل آمازون و بلو اوریجین از هدف ساخت پایگاه قمری نزدیک به قطب جنوب ماه خبر داد. اسپیس ایکس هم در حال توسعه‌ی فضاپیمایی است که قادر به حمل فضانوردها به ماه و مریخ باشد. برنامه‌ی دیگر این شرکت، فرستادن توریست‌ها به مدار ماه است.

از طرفی ناسا در حال برنامه‌ریزی برای بازگشتی بلندپروازانه به ماه است. هدف برنامه‌ی آرتمیس این سازمان (خواهر پروژه‌ی آپولو)، فرستادن اولین زن فضانورد همراه‌با یک مرد به ماه تا سال ۲۰۲۴ است. در این پروژه از کپسول فضایی اوریون ناسا استفاده می‌شود.اگر آرتمیس به خوبی پیش برود، در آینده‌ای نزدیک شاهد برپایی ایستگاه‌های فضایی در مدار ماه خواهیم بود که به‌عنوان دروازه‌ای برای رسیدن به سطح ماه و فراتر از آن عمل می‌کند.