دانشمندان توجیه تازه‌ای برای عدم تقارن عجیب ماه ارائه دادند

تاریخچه‌ی منظومه‌ی زمین – ماه تا به امروز اسرارآمیز بوده است. دانشمندان عقیده دارند این منظومه وقتی تشکیل شد که جرمی هم‌اندازه‌ی مریخ با زمین اولیه برخورد کرد. سیاره‌ی آبی درنهایت تکه‌ی بزرگ‌تر این برخورد شد و گرمای کافی را حفظ کرد تا ازنظر تکتونیکی فعال شود. ماه به‌عنوان تکه‌ی کوچک‌تر ظاهرا سریع‌تر سرد و ازنظر زمین‌شناسی منجمد شد. بااین‌حال، پویایی ظاهری اولیه‌ی ماه، این ایده را به چالش می‌کشد.

داده‌های جدید نشان می‌دهد دلیل پویایی ماه این است که پس از برخورد فاجعه‌بار تشکیل‌دهنده‌ی این جرم، عناصر رادیواکتیو به‌نحو منحصربه‌فرد در سطح قمری توزیع شد. ماه زمین به‌همراه خورشید، جرم مسلط در آسمان است و خصوصیات مشاهده‌پذیر بسیار آن، شواهدی درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری سیاره‌ی ما و منظومه‌ی شمسی ارائه می‌دهد.

اغلب سیاره‌ها در منظومه‌ی شمسی اقمار خود را دارند. به‌عنوان مثال، مریخ دو، مشتری ۷۹ و نپتون ۱۴ قمر دارد. برخی قمرها یخی، برخی سنگی و برخی هنوز ازنظر زمین‌شناسی فعال و برخی دیگر نسبتا غیرفعال هستند. اینکه سیاره‌ها چگونه دارای قمر شدند و چرا قمرها خصوصیات کنونی را دارند، پرسش‌هایی هستند که می‌توانند بسیاری از جنبه‌های تکامل منظومه‌ی شمسی اولیه را آشکار کنند.

ماه، جرمی سنگی و نسبتا سرد با مقدار محدود آب و فعالیت تکتونیکی اندک است. دانشمندان هم‌اکنون عقیده دارند منظومه‌ی زمین – ماه پس از آن تشکیل شد که جرمی به‌نام تیا که در اساطیر یونانی مادر سلنه، خدابانوی ماه بود، به‌نحوی فاجعه‌بار با زمین اولیه برخورد کرد و موجب ترکیب اجزای هر دو جرم با یکدیگر شد.

تصور بر این است که بقایای برخورد یادشده به‌سرعت جدا شدند و احتمالا در طول چند میلیون سال، زمین و ماه را تشکیل دادند. زمین درنهایت تکه‌ی بزرگ‌تر را شکل داد که اندازه‌اش برای تبدیل‌شدن به سیاره‌ای پویا با اتمسفر و اقیانوس دقیقا مناسب بود. قمر زمین که تکه‌ی کوچک‌تر برخورد بود، جرم کافی برای میزبانی از خصوصیات سیاره‌ی ما را نداشت؛ از این‌رو به‌لطف پویایی برخوردی که منظومه‌ی زمین – ماه را شکل داد، زمین دارنده‌ی خصوصیاتی ویژه شد؛ نظیر قابلیت نگه‌داری از مواد فرار مثل آب یا گازهای سازنده‌ی اتمسفر و داشتن گرمای داخلی کافی برای حفظ فعالیت آتشفشانی و تکتونیکی سیاره‌ای در طولانی‌مدت. دهه‌ها مشاهده، نشان داده که تاریخچه‌ی ماه با وقوع فعالیت آتشفشانی و مغناطیسی تا یک میلیارد سال پیش، بسیار پویاتر از حد انتظار بوده است.

سرنخ پاسخ به این پرسش که چرا دو سمت نزدیک و پنهان ماه بسیار متفاوت هستند، از عدم تقارن شدید مشاهده‌پذیر در عوارض سطحی آن منشاء می‌گیرد. در سمت نزدیک همیشه رو به زمین، لکه‌های تیره و روشن با چشم غیرمسلح مشاهده‌پذیر هستند. اخترشناسان اولیه با تصور اینکه این مناطق تیره، توده‌های آب مشابه با زمین هستند، آن‌ها را ماریا به‌معنای دریاوار نامیدند.

دانشمندان بیش از یک قرن پیش با استفاده از تلسکوپ توانستند دریابند که این بخش‌های تیره درواقع دریا نیستند، بلکه به احتمال زیاد دهانه یا عوارض آتشفشانی هستند. آن‌ها در همان زمان فرض گرفتند که سمت پنهان ماه که هیچ‌وقت قادر به رصدش نبودند، کمابیش به سمت پیدا شباهت دارد.

بااین‌حال، ازآنجاکه ماه با فاصله‌ی تقریبا ۳۸۰ هزار کیلومتر، نسبتا به زمین نزدیک است، نخستین جرم منظومه‌ی شمسی بود که انسان‌ها توانستند ابتدا آن را با فضاپیمای بدون‌سرنشین و سپس مأموریت‌های سرنشین‌دار کاوش کنند. در اواخر دهه‌ی ۱۹۵۰ و اوایل ۱۹۶۰، کاوشگرهای فضایی رباتیک به‌دست اتحاد جماهیر شوروی پرتاب شدند تا دریابند که دو سمت ماه بسیار متفاوت هستند. سمت پنهان تقریبا هیچ دریاواری نداشت؛ به‌نحوی که فقط یک درصد از سطح آن با دریاوار پوشیده شده است؛ درحالی‌که ۳۱ درصد از سطح سمت نزدیک را این عارضه تشکیل می‌دهد. دانشمندان شگفت‌زده شدند؛ اما گمان بردند که این عدم تقارن، سرنخ‌هایی را مبنی بر چگونگی شکل‌گیری ماه ارائه می‌دهد.

توزیع توریم در سطح ماه از نگاه مدارگرد کاوشگر قمری. توریم به‌شدت با دیگر عناصر رادیواکتیو همبسته است و بخش عمده‌ی آن در نیمه‌ی پیدا یا سمت نزدیک ماه قرار دارد.

دراواخر دهه‌ی ۱۹۶۰ و اوایل دهه‌ی ۱۹۷۰ مأموریت‌های آپولو، ۶ فضاپیما را روی ماه فرود آوردند. فضانوردان در این مأموریت‌ها با بازگرداندن ۳۸۲ کیلوگرم از سنگ‌های قمری، تلاش کردند تا با استفاده از تجزیه‌وتحلیل شیمیایی به منشاء ماه پی ببرند. دانشمندان با دردست‌داشتن این نمونه‌ها به‌سرعت دریافتند که تیرگی نسبی لکه‌های قمری به‌دلیل ترکیب زمین‌شناسی آن‌ها و درحقیقت مربوط به فعالیت آتشفشانی است. آن‌ها همچنین نوع جدیدی از خصوصیت سنگی را شناسایی کردند و آن را KREEP نامیدند که با دریاوارها درارتباط بود. کریپ مخفف سنگ غنی از پتاسیم با نماد شیمیایی K، عناصر کمیاب خاکی شامل سریم، دیسپروزیم، اربیم، یوروپیم و دیگر عناصر کم‌یاب روی زمین (REE) و فسفر با نماد شیمیایی P است. اما اینکه چرا فعالیت آتشفشانی و خصوصیت کریپ باید به‌طور غیریکنواخت بین نیمه‌های پیدا و پنهان توزیع شوند، یک معما برای دانشمندان بود.

• نیمه‌‌ پنهان ماه و هدف فعلی از کاوش بشر روی آن
• ماه از کجا آمده است؟

اکنون پژوهشگران مؤسسه‌ی علوم زمین – حیات در مؤسسه‌ی فناوری توکیو، دانشگاه فلوریدا و مؤسسه‌ی علوم کارنگی، دانشگاه تاوسان، مرکز فضایی جانسون ناسا و دانشگاه نیومکزیکو با استفاده از ترکیب مشاهده، آزمون‌های آزمایشگاهی و مدل‌سازی کامپیوتری، به سرنخ‌هایی تازه دررابطه با چگونگی شکل‌گیری عدم تقارن در دو نیمه‌ی ماه دست یافته‌اند. این سرنخ‌ها با ویژگی مهمی از کریپ در ارتباط هستند.

پتاسیم، توریم و اورانیوم، عناصر ناپایدار رادیواکتیو به‌شمار می‌آیند؛ بدین معنا که آن‌ها در ساختارهای اتمی متنوعی شکل می‌گیرند که تعداد متفاوتی از نوترون‌ها را دارند. این ترکیب متغیر از اتم‌ها با عنوان ایزوتوپ شناخته می‌شود که برخی از آن‌ها ناپایدار هستند و ازهم می‌پاشند تا عناصر دیگر را شکل دهند و گرما تولید کنند.

گرمای ناشی از واپاشی رادیواکتیو این عناصر می‌تواند سنگ‌های حامل آن‌ها را ذوب کند که همین امر ممکن است تاحدی تمرکز عناصر در نقاط به‌خصوص را توضیح دهد. مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد که علاوه بر گرمایش زیاد، گنجاندن یک جزء کریپ به سنگ‌ها، دمای ذوب آن‌ها را نیز پایین می‌آورد و فعالیت آتشفشانی مورد انتظار از مدل‌های واپاشی رادیوژنیک را درهم‌ می‌آمیزد. ازآنجا که اغلب این جریان‌های گذاره‌ای در اوایل شکل‌گیری ماه مستقر بودند، این مطالعه همچنین الزاماتی را درباره‌ی زمان‌بندی تکامل ماه و ترتیب وقوع فرایندهای مختلف روی آن می‌افزاید.

پژوهش تازه به همکاری دانشمندان مشغول کار بر تئوری و آزمایش نیاز داشت. پس از انجام آزمایش‌های ذوب سنگ‌ها در حرارت بالا با اجزای مختلف کریپ، تیم پژوهشی پیامدهای این امر را بر زمان‌بندی و حجم فعالیت آتشفشانی در سطح قمری تجزیه‌وتحلیل و بینشی مهم درباره‌ی مراحل اولیه‌ی تکامل منظومه‌ی زمین – ماه فراهم کرد.

متیو لانویل، نویسنده‌ی همکار پژوهش می‌گوید «به‌دلیل فقدان نسبی فرایندهای فرسایشی، سطح ماه رخدادهای زمین‌شناسی از دوران اولیه‌ی منظومه‌ی شمسی را ثبت می‌کند. به‌ویژه، مناطق واقع در سمت نزدیک ماه برخلاف هر نطقه‌ی دیگر در سطح آن، تراکم عناصر رادیواکتیو نظیر اورانیوم و توریم را دارد. درک منشاء این حجم غنی از اورانیوم و توریم محلی می‌تواند به توضیح مراحل اولیه‌ی شکل‌گیری ماه و متعاقب آن، وضعیت زمین اولیه کمک کند.

نتایج مطالعه‌ی تازه نشان می‌دهد که دریاوارهای غنی از کریپ قمری از زمان شکل‌گیری ماه بر تکامل آن اثر گذاشته‌اند. لانویل تصور می‌کند شواهد برای این نوع فرایندهای غیرمتقارن و خودتقویت‌کننده را می‌توان در دیگر قمرهای منظومه‌ی شمسی نیز پیدا کرد؛ درنتیجه این فرایندها ممکن است در اجرام سنگی سرتاسر جهان فراگیر باشند.