دانشمندان سرانجام منشا اتمسفر اسرارآمیز ماه را پیدا کردند

ماه دنیایی عریان و برهوتی درمعرض خلاء فضا است. اما این قمر طبیعی زمین لایه‌ی نازک و رقیقی از گازها دارد که به اندازه‌ای پایدار است که بتوان آن را نوعی اتمسفر به نام اگزوسفر (برون‌سپهر) درنظر گرفت.

اینکه ماه چگونه آن لایه‌ی غیرمتراکم از گازها را حفظ می‌کند، از مدت‌ها پیش معما بوده است. میدان مغناطیسی زمین به‌عنوان عامل نگهدارنده‌ی اتمسفر عمل می‌کند، اما ماه چنین چیزی ندارد، بنابراین اگزوسفر ماه باید مدت‌ها پیش دراثر فعالیت خورشیدی از بین می‌رفت.

گازهای رو به کاهش اتمسفر ماه دائما درحال شارژ شدن هستند و اکنون دانشمندان منبع این پرشدن را کشف کرده‌اند. ریزشهاب‌سنگ‌های کوچک که اندازه‌شان به‌سختی به دانه‌های گرد‌وغبار می‌رسد، دائما به سطح ماه می‌کوبند و غبار ماه را بالا می‌برند و اتم‌ها را در فضای اطراف ماه رها می‌کنند.

نیکول نی، ژئوشیمیدان موسسه فناوری ماساچوست می‌گوید: «عمر ماه حدود ۴٫۵ میلیارد سال است و در طول این زمان سطح آن به‌طور مداوم با شهاب‌سنگ‌ها بمباران شده است. ما نشان دادیم که جو رقیق ماه درنهایت به حالت پایدار می‌رسد، زیرا براثر برخوردهای کوچکی که همواره در سراسر ماه رخ می‌دهد، دوباره بازیابی می‌شود.»

ازآنجایی که جو ماه پراکندگی بسیار بالایی دارد، مطالعه آن چالش‌برانگیز است. می‌دانیم که ماه دارای اتمسفر است، زیرا آشکارسازهای برجای مانده توسط ماموریت‌های آپولو در آنجا اجزای اتمی مختلفی را شناسایی کرده‌اند، اما دانشمندان موفق نشده بودند به طور دقیق نحوه شکل‌گیری این جو را مشخص کنند.

مدلسازی‌های پژوهشگران، برخورد ریزشهاب‌واره‌ها و همچنین فرآیندی به نام اسپاترینگ یونی (کندوپاش یونی) را به‌عنوان عوامل اصلی موثر در ایجاد اتمسفر ماه پیشنهاد داده‌اند. کندوپاش یونی پدیده‌ای است که طی آن ذرات بارداری که توسط بادهای خورشیدی حمل می‌شوند، یون‌ها را از سطح ماه جدا و وارد فضای اطراف آن می‌کنند.

نی و همکارانش می‌خواستند فرآیندهای یادشده و نقش هرکدام را در تولید و حفظ اگزوسفر ماه با دقت بیشتر بررسی کنند. بدین منظور آن‌ها به سراغ مطالعه‌ی داده‌های کاوشگر جو و محیط غبار ماه (LADEE) رفتند که به مدت هفت ماه از سال ۲۰۱۳ تا ۲۰۱۴ در مدار ماه در گردش بود، بررسی کردند.

نی می‌گوید براساس داده‌های LADEE به‌نظر می‌رسد هر دو فرآیند نقش دارند. برای مثال، داده‌های مدارگرد نشان می‌داد هنگام بارش شهابی، اتم‌های بیشتری را در جو می‌بینید؛ بدین معنا که برخورد شهاب‌سنگ‌ها تاثیر دارد. از سوی دیگر، وقتی مثلا در هنگام خسوف، زمین بین خورشید و ماه حایل ایجاد می‌کند، تغییرات رخ‌داده در اتم‌های اتمسفر ماه، از نقش خورشید حکایت می‌کنند.

وقتی ذرات خورشیدی یا ریزشهاب‌سنگ‌ها به سطح ماه برخورد می‌کنند، پتاسیم و روبیدیم موجود در سطح ماه تبخیر می‌شود. گرچه ازآنجایی که این عناصر سنگین هستند، خیلی سریع به سطح ماه برمی‌گردند. موضوع مهم این است که نسبت بارش ایزوتوپی هر عنصر بسته به اینکه توسط برخورد ریزشهاب‌سنگ‌ها تبخیر شده یا ناشی از فرایند اسپاترینگ یونی باشند، متفاوت است.

پژوهشگران خاک ماه را به حالت پودری درآوردند و آن را با استفاده از طیف‌سنج جرمی تجزیه‌وتحلیل کردند. آن‌ها دریافتند هر دو فرآیند در ایجاد اگزوسفر ماه نقش دارند، اما نقش ریزشهاب‌سنگ‌ها بیش از دو برابر سهم باد خورشیدی است. نی توضیح می‌دهد: «طی فرایند تبخیر ضربه‌ای بیشتر اتم‌ها در اتمسفر ماه می‌مانند؛ اما درنتیجه‌ی فرآیند اسپاترینگ یونی، اتم‌های زیادی به فضا پرتاب می‌شوند. براساس مطالعه ما، می‌توان گفت سهم نسبی تبخیر ضربه‌ای در مقابل اسپاترینگ یونی حدود ۷۰ به ۳۰ یا بیشتر است.»

یافته‌های فوق فقط برای درک ماه اهمیت ندارد. اگر فرآیندهای مشابهی در نقاط دیگر منظومه شمسی مانند سیارک‌ها و اقمار دیگر درحال وقوع باشد، می‌توانیم آن‌ها را در نمونه‌ها تشخیص دهیم. ماموریت‌های بازیابی این نمونه‌ها قبلا انجام شده یا درحال انجام است. برای مثال، آژانس فضایی اروپا امیدوار است نمونه‌هایی را از فوبوس، قمر مریخ به زمین بیاورد.

پژوهشگران می‌نویسند: «اندازه‌گیری ایزوتوپ‌های پتاسیم و روبیدیم در رگولیت‌های جمع‌آوری‌شده از این اجرام به ما در درک این موضوع کمک خواهد کرد که آن‌ها چگونه تحت‌تاثیر بمباران شهاب سنگی و اسپاترینگ باد خورشیدی قرار می‌گیرند و در هر نقطه از منظومه شمسی فرسایش فضایی به چه شکلی رخ می‌دهد.»

مطالعه در مجله‌ی Science Advances منتشر شده است.