நிலவில் தளம் அமைப்பதில் உள்ள சவாலுக்கு சந்திரயான்-3 கண்டுபிடிப்பு தரும் புதிய தீர்வு

ஆடம்பர ஹோட்டல்களில் இருக்கும் சொகுசு சோபாவை ஒரு நொடி கற்பனை செய்து பாருங்கள். அதன் மேல் மென்மையான 'ஃபோம்' அடுக்கு இருக்கும். நீங்கள் அமர்ந்தால் அந்த மெத்தென்ற ஃபோமுக்குள் சற்றே புதைந்து போவீர்கள். ஆனால் சிறிது நேரத்தில் உங்கள் உடல் அந்த ஃபோமை கடந்து, கீழே இருக்கும் கெட்டியான தளத்தை உணரத் தொடங்கும்.

இப்போது சந்திரனைப் பாருங்கள். சரியாக இப்படித்தான் நிலவின் மேற்பரப்பும் இருக்கிறது. மேலே மென்மையான, இடைவெளி நிறைந்த தூசி அடுக்கு. அதற்குக் கீழே சற்று ஆழத்தில் கெட்டியான, இறுக்கமான தளம். இந்த இரட்டை அடுக்கு 'கேக்' அமைப்பை இஸ்ரோவின் சந்திரயான்-3 நமக்கு உறுதிப்படுத்தியுள்ளது. சந்திரயான்-3இன் 'துள்ளித் தாவிய' பரிசோதனை நிலவின் மேல் மண்ணின் புதிரை அவிழ்த்திருக்கிறது.

புதிராக இருந்த நிலவின் மேற்பரப்பு

1966-ஆம் ஆண்டு பிப்ரவரி 3-ஆம் தேதி சோவியத் விண்கலமான லூனா-9, சந்திரனில் தரையிறங்கியது.

நிலவை அடைந்த முதல் விண்கலம் அதுதான். அந்தச் சிறிய தரையிறங்கு கலம் சில நிமிடங்களில் ஒரு வரலாற்றுப் புகைப்படத்தை எடுத்து பூமிக்கு அனுப்பியது. சந்திர மேற்பரப்பின் முதல் முழுக்காட்சி அது.

பிப்ரவரி 4, அதிகாலை 1:50 மணி முதல் 3:37 மணி வரை (GMT) அது அனுப்பிய அந்த ஒளிப்படங்கள், பத்தாண்டு காலமாக நடந்து வந்த காரசாரமான விவாதத்திற்கு முற்றுப்புள்ளி வைத்தன. அதாவது, நிலவின் மேற்பரப்பு எப்படி இருக்கும் என்பதே அந்த விவாதம்.

பல கோடி ஆண்டுகளாக ஒவ்வொரு கணமும் சிறிதும் பெரிதுமான விண்வெளிக் கற்கள் நிலவின் தரையை வெகு வேகமாக மோதிக்கொண்டே இருக்கின்றன. பூமியில் விழும் இந்த விண்வெளி மணலும் தூசும் வளிமண்டலத்தில் உராய்ந்து வெப்பத்தில் எரிந்து போய்விடும். ஆனால் காற்றே இல்லாத நிலவில் எல்லாமே மோதும். எனவே நிலவின் தரையில் கற்கள் சிறு மணல் துளியாகக்கூட இருக்காது; எல்லாம் முகத்துக்குப் போடும் பவுடர் அளவுக்கு நைசான துகள்களாக இருக்கும் என்று ஒருசாரார் வாதம் செய்தனர். இந்த நைசான நிலவு மணல் பல மீட்டர் ஆழம் வரை செல்லும் என்றும் அமெரிக்க அறிவியலாளர்கள் கூறினார். இதன் பொருள் என்ன?

இடையிடையே வெற்றிடம் கொண்ட இந்தத் துகள்கள் திடமானவை அல்ல. சோபாவின் ஃபோமுக்குள் நாம் அழுந்திச் செல்வதைப் போல, நிலவில் தரையிறங்கும் விண்கலம் நிலவின் மேல் மண் பகுதியில் மெல்லமெல்ல உள்ளே சென்று, கடைசியில் மண்ணில் மூழ்கிவிடும் என்று அவர்கள் அச்சம் கொண்டனர்.

ஆனால் லூனா-9 இறங்கிய அந்தத் தருணம், அந்தத் தூசி அவ்வளவு ஆழமில்லை, விண்கலத்தைத் தாங்கும் அளவுக்கு அந்தத் தரை 'கெட்டியானது' என்பதை நிரூபித்தது.

லூனா-9இல் இருந்த ஒரே அறிவியல் கருவி ஒரு கதிர்வீச்சுமானி. அது சந்திரனில் ஒரு நாளைக்கு 30 மில்லிராட் அளவு கதிர்வீச்சு இருப்பதாகக் கணித்தது. ஒரு மில்லிராட் கதிர்வீச்சு என்பது எவ்வளவு? ஒரு வாழைப்பழத்தைச் சாப்பிடும்போது நம் உடல் பெறும் கதிர்வீச்சு அளவுதான் அது. அப்படியென்றால் ஒரு நாளைக்கு 30 வாழைப்பழங்கள் சாப்பிட்டால் நமக்குக் கிடைக்கும் கதிர்வீச்சு.

இது மனிதப் பயணத்துக்கு ஆபத்து விளைவிக்காது; பாதுகாப்பானது. இந்தக் கதிர்வீச்சில் பெரும்பாலானவை அண்டக் கதிர்கள் (Cosmic Rays) ஆழ்வெளியில் இருந்து கோடிக்கணக்கான மைல் வேகத்தில் வரும் உயர் ஆற்றல் துகள்கள். ஒரு சிறு பகுதி நிலவின் தரையிலிருந்து வெளிப்படும் கதிர்வீச்சு. அண்டக் கதிர்கள் தூண்ட, நிலவின் மண் மறுபடி கதிர்வீச்சை வெளியிடுகிறது. இப்படித்தான் நிலவு கதிர்வீச்சை உருவாக்குகிறது.

இந்த இரண்டு கண்டுபிடிப்புகளும் அமெரிக்க அறிவியலாளர்களைத் திடுக்கிடச் செய்தன. புதைந்துபோகும் அளவுக்கு மென்தூசு படிந்ததுதான் நிலவின் மேற்புறம் என்று அவர்கள் கருதினர். எனவே அதில் முழ்கிவிடாமல் இருக்க சிலந்தி போல ஆறு கால் கொண்ட விண்கலங்களை வடிவமைத்து வந்தனர்.

நிலவின் தரை போதுமான அளவு திடமானது என லூனா-9 உணர்த்தியதும், 'ஆறு கால்' தரையிறங்கு கல வடிவமைப்பைக் கைவிட்டனர். அதற்குப் பதிலாக இலகுவான, நான்கு கால் வடிவமைப்பை உருவாக்கினர். இதுதான் பின்னாளில் அப்பல்லோ விண்வெளி வீரர்களை நிலவில் இறக்கிய வாகனம். புதிய புரிதலின் வெளிச்சத்தில் கதிர்வீச்சுப் பாதுகாப்பு வடிவமைப்பையும் மாற்றினர்.

சந்திரயான்-3 வெளிச்சம் போட்டுக் காட்டிய நிலவின் ரகசியம்

இப்போது நிகழ்காலத்துக்கு வருவோம். செப்டம்பர் 3, 2023. இஸ்ரோவின் சந்திரயான்-3 பணி முடிவுறும் தருவாயில் இருந்தது. விக்ரம் லேண்டர் எனும் தரையிறங்கு கலத்தின் ஆயுட்காலம் முடிவுறும் தருவாயில் இருந்தது.

அது தரையிறங்கிய பகுதியில் இருள் சூழ சில மணிநேரமே இருந்தது. அந்தச் சமயத்தில் இஸ்ரோ அறிவியலாளர்கள் ஒரு சாகசம் செய்து பார்க்க முடிவெடுத்தார்கள்.

விக்ரம் லேண்டரில் மிச்சமிருந்த சிறிதளவு எரிபொருளைக் கொண்டு, அதன் இயந்திரங்களை மீண்டும் இயக்கினர். அடியில் உள்ள ஏவூர்தி மறுபடி இயங்கி மேல் நோக்கி உந்தலை உருவாக்கியது. தரையிறங்கு கலம் சுமார் 40 சென்டிமீட்டர் உயரத்துக்குத் தூக்கப்பட்டது. பின்னர் அது மெல்ல முன்னோக்கி நகர்ந்து, ஏறக்குறைய 30 முதல் 40 சென்டிமீட்டர் தூரம் சென்றது. பிறகு மீண்டும் மெதுவாகத் தொட்டு இறங்கியது.

இந்த 'துள்ளித் தாவல்' (Hop Experiment) பரிசோதனையின்போது உள்ளே இருந்த ChaSTE (சந்திரா மேற்பரப்பு வெப்ப இயற்பியல் சோதனை) போன்ற உணரிகள் பத்திரமாக மடித்துக் கொள்ளப்பட்டன. புதிய இடத்தில் இறங்கியதும் மீண்டும் விரிந்து செயல்பட ஆரம்பித்தன.

இந்தத் துள்ளித் தாவல் பரிசோதனை இரண்டு மாபெரும் படிப்பினைகளை அளித்தது. முதலாவதாக, சந்திரனில் இன்ஜின்களை மீண்டும் முடுக்க முடியும் என்பதை நிரூபித்தது. இது மிக முக்கியம். ஏனெனில் எதிர்காலத்தில் நாம் நிலவின் மண் மாதிரிகளை எடுத்து வரவோ, மனிதர்களை இறக்கவோ வேண்டுமென்றால், அங்கே என்ஜின்களை மீண்டும் இயக்க வைக்கும் திறன் இன்றியமையாதது. இரண்டாவதாக, அதுவரை மர்மமாக இருந்த நிலவின் மேல்மண்ணின் (Regolith) அமைப்பு குறித்த மறைக்கப்பட்ட ரகசியத்தை அது வெளிச்சமிட்டுக் காட்டியது.

பிஆர்எல் (Physical Research Laboratory – ஆமதாபாத்), ஆந்திரா பல்கலைக் கழக பொறியியல் இயற்பியல் துறை (விசாகப்பட்டினம்), இஸ்ரோவின் விண்வெளிப் பயன்பாட்டு மையம் (Space Applications Centre – ஆமதாபாத்) ஆகியவற்றைச் சேர்ந்த ஆய்வாளர்கள், இந்த 'துள்ளித் தாவல்' பரிசோதனையின் தரவுகளைப் பயன்படுத்தி, இந்த கேக் போன்ற அடுக்கமைப்பை உறுதி செய்துள்ளனர். இந்த ஆய்வின் கூறுகள் சமீபத்தில் உயரி அறிவியல் ஆய்விதழான அஸ்ட்ரோஃபிசிகல் ஜர்னலில் (The Astrophysical Journal) வெளியாகியுள்ளது.

நிலவின் மேற்பரப்பு பற்றி நீடித்த விவாதம்

நொறுக்கப்பட்ட பாறைகளும் நைசான பொடியும் கலந்த கலவைதான் நிலவின் மேல் மண். இதை ரெகோலித் (Regolith) என்பார்கள். சந்திரயான்-3 தரையிறங்கிய இடத்தில், மேலே ஒரு தளர்வான, இடைவெளி நிறைந்த தூசுப் படலம் உள்ளது. அதற்குக் கீழே வெறும் 2 முதல் 6 சென்டிமீட்டர் ஆழத்திலேயே இறுக்கமாக அமைந்த அடுக்கு ஒன்று உள்ளது.

இந்த இரட்டை அடுக்கு 'கேக்' அமைப்பு, நிலவில் நிரந்தரக் குடியிருப்புகளை உருவாக்கும் பல பொறியியல் திட்டங்களையே கலகலக்கச் செய்துவிட்டது.

உதாரணமாக, 'மேலே இருக்கும் தூசிப் படலம் நுண்ணிய துளைகள் கொண்டதாக (porous) இருக்கும்போது தூசு புகாமல் இயந்திரங்களைப் பாதுகாப்பது எப்படி? மேலே மென்மையாகவும், சில சென்டிமீட்டர்கள் அடியே கெட்டியாகவும் இருக்கும் தரையில் எப்படி அஸ்திவார கட்டுமானம் செய்வது?' என்பன போன்ற கேள்விகளுக்குப் புதிய விடைகளைத் தேடுகிறார்கள்.

நிலவுக்குக் காற்று மண்டலமே இல்லை. எனவே நிலவைக் காப்பாற்றும் கவசமும் இல்லை. அதனால் சிறு மணல் துகள் முதல் சிறு கூழாங்கல்லைவிடப் பெரிய விண்வெளிக் கற்கள் தொடர்ந்து நிலவின் மேற்பரப்பில் மோதிக்கொண்டே இருக்கின்றன.

இந்த முடிவில்லாத குண்டுவீச்சு, இறுதியில் ஒவ்வொரு கூழாங்கல்லையும், ஒவ்வொரு மணல் துகளையும் மேலும் மேலும் நைசான பொடியாக உடைத்தெறிகிறது. இங்கு இயற்கையாகவே இரண்டு கேள்விகள் எழுந்தன: இந்த நைசான நிலவுத் தூசி உண்மையில் எப்படி இருக்கும்? இந்தத் தூசி அடுக்கு எவ்வளவு ஆழம் வரை செல்லும்?

நிலவில் தரையிறங்கும் கலம், ஒரு கிலோமீட்டர் ஆழம் வரையிலான குழைவான மென்தூசிப் பொடிக்கடலில் மூழ்கிவிடுமா? அல்லது கெட்டியான தரையில் தொட்டு இறங்குமா? பதில் தெரியாமல் பொறியாளர்களால் எந்தக் கலத்தையும் கட்ட முடியாது. 1960களின் நடுப்பகுதியில், நிலவுத் தூசியின் தன்மை குறித்த ஒரு கடுமையான விவாதம், விண்வெளிப் போட்டியின் (Space Race) மிக உச்சகட்ட சர்ச்சைகளில் ஒன்றாக மாறியது.

பிரிட்டிஷ்-அமெரிக்க வானியற்பியல் அறிவியலாளர் தாமஸ் கோல்ட் தலைமையிலான மேற்கத்திய கோட்பாட்டாளர்கள், பல நூறு மீட்டர் ஆழம் வரை குழைவான மென்தூசிப் பொடிக்கடல் போலத்தான் நிலவின் மேற்பரப்பு இருக்கும் என்று கணித்தனர். மறுபுறம், சோவியத் அறிவியலாளர்கள் நிலவின் மேற்பரப்பு ஒரு கெட்டியான, நுண்துளைகள் கொண்ட (porous) பஞ்சு போன்றது, கடினமான ஸ்பாஞ்ச் மாதிரி, என்று வாதிட்டனர்.

கோல்டின் கோட்பாடு கேட்கும்போதே பயமுறுத்துவதாக இருந்தது. கோடிக்கணக்கான ஆண்டுகளாக அண்ட அரிப்பு (cosmic erosion) நிலவின் பாறைகளை நைசான பொடியாக மாற்றியிருப்பதாக அவர் கூறினார்.

சூரியக் காற்றும் (Solar wind) சிறு விண்கற்களும் (micrometeorites) இணைந்து மேற்பரப்பைத் துகளுக்குத் துகளாக, முகத்துக்குப் போடும் பவுடர் துகளைவிடச் சிறிய அளவிலான துணை மைக்ரான் (sub-micron) பொடியாக உடைத்துவிடும் என்றார்.

வெற்றிடத்தில், சூரியனின் கதிர்வீச்சு தூசித் துகள்களுக்கு மின் ஏற்றத்தை (charge) அளிக்கிறது. இதனால் அவை ஒன்றையொன்று விலக்கிக் கொள்கின்றன. அவை பின்னர் சரிவுகளில் கீழ்நோக்கி நகர்ந்து, கிண்ணக் குழிகளின் உள்ளேயும் (craters), தாழ்வான சமவெளிகளிலும் (மரியா–maria) படியும் என்றார்.

சில தாழ்வான பள்ளத்தாக்கு போன்ற மரியா பகுதிகள் ஒன்றிரண்டு கிலோமீட்டர்கள் வரைகூட ஆழமாக இருக்கலாம். அது முழுவதும் தூசிப் பொடி தளர்வாகப் படிந்திருந்தால், கனமான தரையிறங்கும் கலத்தை முழுவதுமாக விழுங்கிவிடும் என்று கோல்ட் எச்சரித்தார்.

ஆனால் மேற்கத்திய அறிவியலாளர்கள் அனைவரும் இதை ஏற்கவில்லை. புகழ்பெற்ற வானியலாளரான ஜெரார்ட் கைப்பர், நிலவில் உள்ள எரிமலைக் குழம்புப் பாய்ச்சல்கள் (lava flows) தரையிறங்குவதற்குப் போதுமான அளவுக்குக் கெட்டியானவை என்று வற்புறுத்திக் கூறினார். சோவியத் அறிஞர்கள் வேறு சிந்தனையை முன்வைத்தனர். நிலவின் மேற்புறம் பெரும்பாலும் "எரிமலைக் கசடு (Volcanic Slag)" போன்ற வடிவில் இருக்கும் என்றனர்.

சோவியத் விஞ்ஞானிகள் நிலவின் மேற்பரப்பு விஷயத்தில் முடிவெடுத்தது எப்படி?

நிலவு எவ்வாறு சூரிய ஒளியைப் பிரதிபலிக்கிறது என்பதைப் பல ஆண்டுகள் சோவியத் அறிவியலாளர்கள் நுட்பமாக ஆய்வு செய்தனர். இந்த நுட்பம் ஒளி அளவியல் (Photometry) என்று அழைக்கப்படுகிறது.

துகள் துகளாக உள்ள பொடியின் மீதும் கண்ணாடியின் மீதும் படியும் டார்ச் வெளிச்சம் எப்படிப் பிரதிபலிப்படையும்? தளர்வான பொடி ஒளியை எல்லாத் திசைகளிலும் மிருதுவாகச் சிதறடிக்கும். ஆனால் நிலவு, ஒளியைக் கூர்மையாகச் சூரியனுக்கு எதிர்த்திசையில் (back toward the Sun) வீசித் தள்ளுகிறது. எனவே நிலவின் மேற்பகுதி பெரும்பாலும் நுண் தூசிப் பொடி வடிவில் இருக்க முடியாது என்றனர்.

மேலும் காற்றுக் கவசம் இல்லாததால், நுண் விண்கற்கள் நிலவை விநாடிக்குப் பத்து கிலோமீட்டர் வேகத்தில் மோதுகின்றன. ஒவ்வொரு மோதலின் வெப்பமும் உடனே அந்தப் பகுதியில் உள்ள பாறைகளை ஆவியாக்கி உருக்குகிறது. இதனால் ஒரு குமிழ் நிறைந்த, கசடு போன்ற மேலோடு உருவாகிறது என்றனர். ஸ்பாஞ்ச் போல உள்ளே வெற்றிடம், ஆனால் உறுதித் தன்மை கொண்ட தன்மை இருக்கும் எனக் கணித்தனர்.

சோவியத் ஒன்றியத்தின் முன்னணி நிலவியல் நிபுணரான (selenologist –சந்திர நிலவியல் அறிவியலாளர்) அலெக்சாண்டர் பராபாஷோவ், நிலவின் புயல்களின் பெருங்கடல் எனும் பகுதி (Ocean of Storms) இறுகிய, கரடுமுரடான, நுண்துளைகள் கொண்ட கல் (pumice) போன்ற அமைப்பைக் கொண்டிருக்கிறது; அதன் மீது தூசு அளவிலிருந்து மணல், சிறு கூழாங்கற்கள் வரை அளவில் சிதறிக் கிடக்கும் என்றார்.

இந்த சர்ச்சை குறித்த சுவையான செவிவழிக் கதை ஒன்று உள்ளது. நிலவில் தரையிறங்கு கலத்தை வடிவமைக்க முற்பட்ட சோவியத் விண்கலப் பொறியாளர்கள், தங்களின் நிறுவனத் தலைவரான செர்கே கொரோலேவ் (முதல் செயற்கைக் கோள்களைக் கட்டிய, யூரி ககாரினை விண்வெளிக்கு ஏவிய சோவியத் தலைமை வடிவமைப்பாளர்) என்பவரைச் சந்தித்து, தரையிறங்கு கலத்தின் கால்களை எப்படி வடிவமைப்பது என்று கேள்வி எழுப்பினார்கள்.

நைசான தூசி படிந்த நிலவு என்று கற்பிதம் செய்வதா அல்லது கெட்டியான தரையில் இறங்கும்படி வடிவமைக்க வேண்டுமா என்பதே அவர்கள் கேள்வி. 1964ஆம் ஆண்டின் பிற்பகுதியில் ஒரு நிர்வாக உத்தரவை (administrative order) கொரோலேவ் பிறப்பித்தார். அந்த உத்தரவு சோவியத் குழுவின் உள்ளே இருந்த சர்ச்சையை முடிவுக்குக் கொண்டு வந்தது. அந்த உத்தரவு, "நிலவு ஒரு கெட்டியான தரையைக் கொண்டுள்ளதாகக் கருதப்பட வேண்டும்" என்று கூறியது. அப்படித்தான் லூனா-9 வடிவமைக்கப்பட்டது.

பிப்ரவரி 3, 1966 அன்று, ஒரு காற்றடைத்த பந்து நிலவின் மேற்பரப்பில் பலமுறை மோதி உருண்டது. அந்தப் பந்தின் உள்ளேதான் லூனா-9 இருந்தது. பூமிக்கு வெளியே வேறொரு கிரகத்தில் மென்மையாகத் தரையிறங்கிய முதல் விண்கலம் அது.

அந்தப் பந்து உருண்டு நின்ற பிறகு, தரையிறங்கி ஒரு பூவைப் போல நான்கு பாதுகாப்பு இதழ்களைத் திறந்தது. ஒரு சிறிய கேமரா வெளியே எட்டிப் பார்த்தது. நிலவின் மேற்பரப்பில் இருந்து எடுக்கப்பட்ட முதல் புகைப்படத்தை எடுத்தது. அந்தப் புகைப்படங்கள் ஒரு வித்தியாசமான நிலப்பரப்பைக் காட்டின. தரையானது ஓரளவுக்கு நுண்துளைகள் கொண்டதாக (porous), சிறிய குழிகளுடன், மற்றும் விநோதமான வடிவங்களில் கற்கள் சிதறிக் கிடப்பதாக இருந்தது.

தாமஸ் கோல்ட் இந்தப் புகைப்படம் காட்டிய கெட்டியான தரையை ஏற்கவில்லை. ஆனால் ஆதாரத்தைப் புறக்கணிப்பது கடினமாக இருந்தது: 99 கிலோகிராம் எடையுள்ள ஒரு கலம், நிலவில் மோதி, உருண்டு, நிலைத்து, மூழ்காமல் சுமார் 6 நாட்கள், 11 மணிநேரம், 10 நிமிடங்கள் இயங்கியது. நிலவின் மேற்பரப்பு ஒரு விண்கலத்தைத் தாங்கும் அளவுக்குப் போதுமான வலிமை கொண்டிருந்தது. இது ஆழமான தூசிக் கோட்பாட்டுக்கு விடை கொடுத்தது.

பின்னர் சென்றடைந்த ஆய்வுக் கலங்கள் முழு தெளிவை ஏற்படுத்தின. நிலவு உண்மையில் ரெகோலித் எனப்படும் தளர்வான தூசிப் பொடி அளவிலான துகள் கொண்ட ஒரு அடுக்கால் மூடப்பட்டுள்ளது. ஆனால் கோடிக்கணக்கான ஆண்டு கால சூரிய வெற்றிட அடுக்கலும் (solar vacuum packing) , அண்டக் கதிர் தாக்குதலும் கீழே இருக்கும் ஆழமான அடுக்கை அமிழ்த்தி இறுக்கமாக ஆக்கியுள்ளன. எனவே வெறும் சில சென்டிமீட்டர்கள் ஆழமாகச் சென்றாலே அது பாறை போன்ற கெட்டியான அடித்தளமாக அமைந்துவிடுகிறது.

விக்ரம் லேண்டரின் 'துள்ளித் தாவல்' பரிசோதனை

இப்படியாகப் பல ஆண்டுகளாக, விண்வெளி அறிவியலாளர்கள் நிலவின் மேற்பரப்பு மண்ணின் தன்மை குறித்து வாதிட்டுக் கொண்டிருந்தார்கள். அது ஓர் ஆழமான, குழைவான தூசிக் கடலா? அல்லது ஒரு திடமான பாறைப் பலகையா?

இப்போது இஸ்ரோவின் புதிய தரவுகள், இரு தரப்புமே சரிதான் என்று காட்டுகின்றன. இதற்கு முன் யாரும் அளவிடாத நுண்ணிய அடுக்குகளை இஸ்ரோவின் பரிசோதனை வெளிச்சமிட்டுக் காட்டியுள்ளது.

விக்ரம் லேண்டரின் 'துள்ளித் தாவல்' பரிசோதனையின்போது, அதன் ராக்கெட் உந்து கருவி (rocket thruster) வலிமை வாய்ந்த ஹேர் ட்ரையரை போல தரையை நோக்கிச் செயல்பட்டது. அது மேலே இருந்த முதல் மூன்று சென்டிமீட்டர் அளவுக்குப் படிந்திருந்த தளர்வான, இடைவெளி மிகுந்த தூசியை ஊதித் தள்ளியது.

அதற்குக் கீழே இறுக்கமாக அமிழ்த்தப்பட்ட (compacted) , கெட்டியான (rigid) அடுக்கு உள்ளது என்பதை இனங்கண்டது. எனவே, நிலவின் மேலே தாமஸ் கோல்ட் கணித்த மீநுண்ணிய, திரவத்தை ஒத்த (fluid-like) தூசி உள்ளது; அதற்கு அடியிலேயே சோவியத் அறிவியலாளர்கள் கணித்த கெட்டியான அடித்தளம் உள்ளது என சந்திரயான்-3 பரிசோதனை தெளிவுபடுத்தியுள்ளது.

இதற்கு முந்தைய சோவியத் ஆய்வுகளும் நிலவின் தரைப்பரப்பு குறித்த புரிதல்களைச் செழுமைப்படுத்தியுள்ளன. உதாரணமாக லூனா-24 (Luna 24), மண் மாதிரிகளை பூமிக்குக் கொண்டு வந்தன. ஆழம் அதிகமாகச் செல்லச் செல்ல தூசியின் அடர்த்தி (density) அதிகரிப்பதை அவை இனங்கண்டன.

ஆனால், முதல் சில சென்டிமீட்டர் ஆழத்தில் ஏற்படும் மாற்றத்தை அவற்றால் கணிக்க முடியவில்லை. மற்றொரு சோவியத் ஆய்வுக் கலமான லூனா-13 (Luna 13), ஒரு சிறிய கூம்பு தள்ளுக் கருவியை (penetrometer) – அதாவது 'ஊடுருவி' – பயன்படுத்தியது. ஈர மணலில் ஒரு விரலை அழுத்தி, அது எவ்வளவு கெட்டியாக இருக்கிறது என்று உணர்வதாகக் கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள். இந்தக் கருவி அப்படித்தான் வேலை செய்தது.

இந்தக் கருவி நிலவின் மண் அடுக்குகளின் முதன்முதல் தோராயமான பொறியியல் குணத்தை இனங்காண உதவியது. தளர்வான மேல் தூசியின் அடர்த்தி ஒரு கன சென்டிமீட்டருக்கு சுமார் 0.8 கிராம். இந்த அடர்த்தி மேசை உப்பைவிடக் குறைவானது.

'துள்ளித் தாவல்' பரிசோதனையின் வழியே மேற்பரப்பில் ஒரு கூர்மையான எல்லை கொண்ட, கேக் போன்ற இரட்டை அடுக்கு அமைப்பு உள்ளது என்று உறுதியாகியுள்ளது. கோடிக்கணக்கான ஆண்டு கால நுண் விண்கற்கள் (micrometeorites) மோதல்களின் விளைவாக நிலவின் மேற்புற அடுக்கு, அதற்குக் கீழே உள்ள அடுக்குகளில் இருந்து முற்றிலும் வேறுபட்ட விதத்தில் அமைந்துள்ளது.

சந்திரயான்-3, தென் முனைக்கு (South Pole) அருகே இந்த ஆய்வை மேற்கொண்டது. மேலே மென்மையான கிரீம்; அதன் கீழே பஞ்சு போன்ற ஆனால் வலிமையான படலம் கொண்ட கேக் போல நிலவின் மேல் தரைப்பரப்பு அமைந்துள்ளதை இந்த ஆய்வு சுட்டுகிறது.

உலர்ந்த மாவு போன்று (dry flour), தளர்வு நிலையில், ஒரு சில சென்டிமீட்டர் மேற்புறத் தூசு பொடிமணல் அடுக்கு உள்ளது. இது வழுக்கும் தன்மையுடன் உள்ளது. அழுத்தினால் உள்ளே அமிழ்ந்து போகும். ஆனால் வெறும் 6.5 சென்டிமீட்டர் ஆழத்தில், அது இரு மடங்கு அடர்த்தியாகவும், ஐந்து மடங்கு ஒட்டும் தன்மையாகவும் (sticky) , ஈரமான, கெட்டியான களிமண் போன்றும் (damp, stiff clay) மாறிவிடுகிறது.

நிலவில் மண்ணின் தன்மை ஒரு புவியியல் புதிர் மட்டுமல்ல. அது எப்படி வெப்பம் பரவுகிறது என்பதிலும் தாக்கம் செலுத்துகிறது. நிலவின் மேற்பரப்பு கொதிக்கும் அளவுக்குச் சூடாகலாம். சூரியன் உச்சியில் வரும்போது சுமார் 120 டிகிரி செல்ஷியஸ் வரை வெப்பம் கூடும். ஆனால் அந்த நேரத்தில் நிலவின் அடிமண் வெப்பநிலை என்ன? இது முற்றிலும் மர்மமாக இருந்தது.

அப்போதுதான் இஸ்ரோவின் ChaSTE (சந்திரா மேற்பரப்பு வெப்ப இயற்பியல் சோதனை) உணரி துளையிட்டு மண்ணுக்குள் நுழைந்து ஆய்வு செய்தது. இட்லி வெந்துவிட்டதா என அது ஆவியில் வேகும்போது உள்ளே கம்பியை நுழைத்து இனங்காணுவது போல இந்தக் கருவி செயல்படும்.

ChaSTE கருவி ஒரு மோட்டார் பொருத்தப்பட்ட ஊசி போன்றது. நிலவின் மண்ணை நொறுக்காமலோ அடிக்காமலோ வாழைப் பழத்தில் செல்லும் ஊசி போல நிலவின் மண் அடுக்குக்குள் உட்செல்லும். VSSC (விக்ரம் சாராபாய் விண்வெளி மையம்), PRL (இயற்பியல் ஆய்வுக் கூடம்) ஆகியவற்றின் விண்வெளி இயற்பியல் ஆய்வகம் (Space Physics Laboratory) இதை வடிவமைத்தது. இது நிலவின் மேற்பரப்பில் சுமார் பத்து சென்டிமீட்டர் ஆழம் வரை ஊடுருவும்.

ஒரு சென்டிமீட்டர் இடைவெளியில் அந்த ஊசிக்குள் பத்து சிறிய வெப்பநிலை உணரிகள் (temperature sensors) இருந்தன. ஊசி மண்ணில் நுழைந்து சென்றபோது, ஒவ்வோர் உணரியும் அதன் ஆழத்தில் வெப்பநிலையை அளந்தது. இப்படி கொதிக்கும் மேற்பரப்பு (0 சென்டிமீட்டர்) தொடங்கி 10 சென்டிமீட்டர் ஆழம் வரை வெப்பநிலை என்ன என்பதை அளவிட முடிந்தது.

இந்தக் கருவி இரு முறைகளில் வேலை செய்தது. முதலாவது, செயலற்ற முறை (passive mode) . இதில், பத்து உணரிகளும் ஒவ்வொரு விநாடியும் தங்களைச் சுற்றியுள்ள தூசியின் வெப்பநிலையை அளந்தன. இது ஆழத்திற்கேற்ப வெப்பநிலை எவ்வாறு மாறுகிறது என்பதன் நிகழ்நேர (real-time) தரவை அளித்தது.

பிறகு செயலாக்க முறை (active mode) இயக்கப்பட்டது. உணரியின் நுனியில் ஒரு சிறிய வெப்பமூட்டி (heater) இருந்தது. அது கீழே இருக்கும் மண்ணுக்குள் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவிலான வெப்பத்தைச் செலுத்தியது. அந்த வெப்பம் எப்படி வேகமாகச் சுற்றியுள்ள தூசிக்குள் பரவுகிறது என்பதை உணரிகள் கண்காணித்தன. மண் எவ்வளவு நன்றாக – அல்லது இங்கே எவ்வளவு மோசமாக – வெப்பத்தைக் கடத்துகிறது (heat conduction) என்பதை இது அறிவியலாளர்களுக்குச் சொல்லியது.

நிலவில் தளம் அமைப்பதில் உள்ள சவாலுக்கு சந்திரயான்-3 கண்டுபிடிப்பு தரும் புதிய தீர்வு

இஸ்ரோ இந்தத் தரவுகளை ஒருங்கிணைத்த போது மேற்பரப்பு வெப்பநிலை 50 டிகிரி செல்ஷியஸுக்கு மேல் இருந்தது. ஆனால் வெறும் 8 முதல் 10 சென்டிமீட்டர் ஆழத்தில், வெப்பநிலை மைனஸ் 10 டிகிரி செல்ஷியஸாக குறைந்திருந்தது. அதாவது சுமார் 10 சென்டிமீட்டரில் 60 டிகிரி மாற்றம்.

இவ்வளவு கடும் வெப்ப வீழ்ச்சிக்குக் காரணம் என்ன? மேல் அடுக்கின் துகள் அமைப்புதான் இதற்குப் பின்னாலுள்ள ரகசியம். மிக மேலுள்ள 3 சென்டிமீட்டர் அடுக்கு தளர்வாக அடுக்கப்பட்ட துகள்களைக் கொண்டது; அவற்றுக்கிடையே கிட்டத்தட்ட எந்தத் தொடர்பும் இல்லை. எனவே வெப்பக் கடத்தல் (thermal conduction) சாத்தியமில்லை. நிலவில் காற்றே இல்லை என்பதால், வெப்பத்தை எடுத்துச் செல்லும் வழியும் இல்லை. எனவே வெப்பச் சலனமும் (convection) இல்லை.

இதன் பொருள் என்ன? நிலவின் முதல் சில சென்டிமீட்டர் தூசி ஒரு அபாரமான வெப்பக் காப்புப் பொருளாக (thermal insulator) இருக்கிறது. எனவே நிலவின் மேற்பரப்பு சூரியனின் கீழ் வெந்து கொண்டிருக்கும்போது, சில சென்டிமீட்டர்கள் கீழே இருக்கும் கெட்டியான அடுக்குகள் ஒரு நிரந்தர உறைபனி நிலையில் உள்ளன.

சந்திரயான்-3இன் 'துள்ளித் தாவல்' பரிசோதனையும், ChaSTE வெப்ப உணரியும் நிலவில் குடியிருப்புகளைக் கட்ட எழுதப்பட்ட பழைய பொறியியல் கையேடுகளை முழுவதும் மாற்றி எழுதக் கட்டாயப்படுத்தியுள்ளன.

முதலில் வெப்பக் காப்புப் (insulation) பிரச்னையை எடுத்துக் கொள்வோம். நிலவின் கொடூரமான வெப்பத்தில் இருந்தும் (நிலவின் பகல் நேரத்தில் 120 டிகிரி செல்ஷியஸ்) உறை குளிரில் இருந்தும் (நிலவின் இரவு நேரத்தில் -130 டிகிரி செல்ஷியஸ்) விண்வெளி வீரர்களைப் பாதுகாக்க, பூமியிலிருந்து கனமான செயற்கைப் போர்வைகளை எடுத்துச் செல்ல வேண்டும் என்று பொறியாளர்கள் முன்பு கருதினார்கள்.

ஆனால் வெறும் 10 சென்டிமீட்டர் தளர்வான மேற்பரப்புத் தூசியே ஒரு முழுமையான வெப்பத் தடுப்பாகச் (near-perfect thermal barrier) செயல்படும் என இந்த ஆய்வு சுட்டுகிறது.

எனவே ரோபோக்களை பயன்படுத்திக் குடியிருப்பின் நாற்புறமும் நிலவின் ரெகோலித் மணலைக் கொட்டி வைத்தால் போதும் அல்லது மூட்டைகளில் அடைத்து அடுக்கி வைத்தால் போதும். உள்வெப்பநிலையைக் கட்டுக்குள் வைத்துக்கொள்ள முடியும் என்று இந்தப் புதிய புரிதல் நமக்குக் காட்டுகிறது.

வாழிடக் கட்டுமானத்தை எடுத்துக் கொள்வோம். நிலவின் மேற்பரப்பு ஒரு மணல் நிறைந்த கடற்கரையைப் போன்றது. எனவே ஆழமாகக் கனமான தூண்களை நிறுவி அஸ்திவாரம் இட வேண்டும் எனக் கருதியிருந்தனர். ஆனால் 6.5 சென்டிமீட்டர் ஆழத்திலேயே மண் கெட்டியாகவும், பிடிப்புத் தன்மையுடனும் (grippy) , ஈரமான களிமண் போலவும் மாறிவிடுகிறது என 'துள்ளித் தாவல்' தரவுகள் சுட்டுவதால், ஆழமான பில்லர்கள் தேவையில்லை.

வெறுமனே மேலுள்ள 3 சென்டிமீட்டர் மாவு போன்ற தளர்வான தூசியை அகற்றிவிட்டு, சில அங்குலம் கீழே இருக்கும் கெட்டியான துணை அடுக்கின் மீது நேரடியாக அஸ்திவாரத்தை இட முடியும்.

நிலவில் பயன்படும் இயந்திரங்களின் வடிவமைப்பைப் பெருமளவு மாற்றியமைக்க வேண்டும். எடுத்துக்காட்டாக மண் தோண்டும் இயந்திரங்களின் வடிவமைப்பில் மாற்றம் வேண்டும். நாசாவின் RASSOR (Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot) போன்ற கருவிகள் நிலவின் மேற்பரப்பில் ஒரு சீரான தூசி அடுக்கை வாரி எடுக்கும்படி வடிவமைக்கப்பட்டிருந்தன.

ஆனால் மேலுள்ள 2 முதல் 3 சென்டிமீட்டர் தூசி சிராய்ப்புத் தன்மையானது (abrasive), திரவம் போலச் செயல்படும், மேலும் நிலை மின்சாரத்தால் (static electricity) பொங்கி எழக்கூடியது. அதற்குக் கீழே உள்ள அடுக்கு ஐந்து மடங்கு கெட்டியானது, அடர்த்தியானது, மற்றும் இறுக்கமாக அமிழ்த்தப்பட்டது. இந்தச் சூழலில் தற்போதுள்ள RASSOR கருவிகள் இயங்க முடியாது. கேக் போன்ற மண் அமைப்பில் வேலை செய்யக்கூடிய புதிய இயந்திரங்களை உருவாக்க வேண்டும்.

நிலவின் மேற்பரப்பு தூசி நிறைந்தது, அது எல்லா இடங்களிலும் புகுந்துவிடும். நகரும் பகுதிகளுக்குள் தளர்வான தூசி வராமல் தடுக்க துடைப்பான்களை (wipers) பயன்படுத்தத் திட்டமிட்டிருந்தனர்.

'துள்ளித் தாவல்' பரிசோதனையின்போது உந்து கருவி (thruster) மேல் அடுக்கைப் பறக்கடித்த போது நுண்துளை கொண்ட துகள்கள் வெளிப்பட்டன. இந்தத் துகள்கள் ஒட்டும் தன்மையும், ரேஸர் பிளேடு போன்ற கூர்மையும் கொண்டவை. இவற்றைத் துடைத்துத் தூக்க முடியாது.

எனவே, காற்று நுழைவாயில்கள் (airlocks), விண்வெளி உடைகளின் மூட்டுகள் (spacesuit joints), கதவுகளின் இடுக்கு அடைப்புகள் (hatch seals) ஆகியவற்றுக்கு, இந்த ஒட்டும், சிராய்ப்புத் தூசியை விரட்டும் வகையில் காந்த அல்லது மின்னியக்க கவசங்கள் தேவைப்படும்.

நிலவில், ஒரு பகல் கிட்டத்தட்ட 14 பூமி நாட்கள் நீளும், அதைத் தொடர்ந்து வரும் இரவும் அவ்வளவு நீளமானதுதான். நிலவில் மாலை மயங்கும்போது பூமியைப் போல மெல்லமெல்ல வெப்பம் குறைவதில்லை என ChaSTE உணரி இனங்கண்டுள்ளது.

ஒரு கணத்தில், சூரிய ஒளி மறைந்துவிடுகிறது, மேற்பரப்பு கொதிக்கும் வெப்பத்திலிருந்து உறையும் குளிர் நிலைக்குத் தாவுகிறது. வெப்பத்தைத் தக்க வைக்கவோ அல்லது சுற்ற வைக்கவோ காற்று மண்டலம் இல்லாததால் வெறும் நிழல் விழுந்தால் போதும் அந்தப் பகுதி கடும் குளிருக்கு மாறிவிடும். ChaSTE உணரி இந்த 'மாலை நேர மாற்றத்தை' (twilight transition) மிகத் துல்லியமாகப் பதிவு செய்தது. இவையும் கட்டுமானங்கள் மீது தாக்கம் செலுத்தும். எடுத்துக்காட்டாக ஒரு கட்டடத்தின் நிழல் வேறு கட்டுமானத்தின் மீது விழாமல் செய்வது அவசியம்.

முந்தைய வடிவமைப்புகளில், சூரிய மின் தகடுகள் (solar panels) பூமியிலுள்ள சூரிய மின் பண்ணைகளைப் போல, சற்றே சாய்த்து, தட்டையாக வைக்கப்பட வேண்டும் என நினைத்தனர்.

ஆனால் தென்முனைப் (South Pole) பகுதியில் சூரியன் தாழ்வாகவும், வேகமாகவும் நகர்வதால், நீண்ட கிடைமட்ட ஒளிக்கதிர்களையும் (horizontal beams) கூர்மையான நிழல்களையும் உருவாக்குகிறது. எனவே தட்டையான தகடுகள், சூரியன் மறைவதற்கு நீண்ட நேரத்திற்கு முன்பே ஆற்றலை உற்பத்தி செய்யும் திறனை இழந்துவிடும். எனவே கோபுர வடிவில் சூரியனை நோக்கி முகம் காட்டும் வகையில் சுழலும் சூரியகாந்தி வடிவமைப்பை மாற்றாகச் சிந்திக்கிறார்கள்.

இந்தப் புதிய புரிதல்களின் அடிப்படையில் ரெகோலித் மண் வெப்ப ஆற்றல் சேமிப்பு (Regolith Thermal Energy Storage – RTES) என்ற ஓர் அமைப்பை விண்வெளிப் பொறியாளர்கள் வடிவமைத்து வருகின்றனர். இது ஒரு பம்ப் போல (pump) செயல்படும். பகலில், வெப்ப ஆற்றலை ரெகோலித் மண்ணின் உட்புற அடுக்குகளில் சேமித்து வைக்கலாம்; இரவில் அதை வெப்பமூட்டுவதற்கும், அமைப்புகளுக்கு ஆற்றல் அளிப்பதற்கும் மீண்டும் எடுக்கலாம்.

(கட்டுரையாளர் முனைவர் த.வி.வெங்கடேஸ்வரன் மொஹாலியில் உள்ள இந்திய அறிவியல் கல்வி ஆராய்ச்சி நிறுவனத்தில் பேராசிரியராக பணிபுரிகிறார்)

- இது, பிபிசிக்காக கலெக்டிவ் நியூஸ்ரூம் வெளியீடு