دانشمندان توضیح جدیدی برای عدم تقارن عجیب ماه ارایه داده‌اند

ترکیب سمت نزدیک ماه بسیار متفاوت از سمت دور آن است و دانشمندان فکر می‌کنند بالاخره دلیل آنرا خواهند دانست. اعتبارتصویر: ناسا / NOAA

تاریخ سیستم زمین-ماه رمز آلود باقی مانده است. به باور دانشمندان این سیستم زمانی شکل گرفت که جرمی به اندازه مریخ به زمین اولیه برخورد کرد. زمین دختر بزرگتر این برخورد بود. گرمای کافی برای فعالیتهای تکتونیک بدست آورده و در خود حفظ کرد. ماه که کوچکتر بود احتمالا زودتر سرد شد و  انجماد زمین‌شناختی در آن اتفاق افتاد. اما دینامیک ظاهری در گذشته‌ی ماه این باور را زیر سؤال می‌برد.

طبق داده‌های جدید دلیل این پدیده این است که بعد از آن برخورد فاجعه‌آمیز  که باعث شکل‌گیری ماه شد، عناصر رادیواکتیو به طرز ویژه‌ای توزیع یافتند. ماه زمین همراه با خورشید جرم غالب در آسمان است و مشخصه‌های قابل مشاهده آنها مدرک کافی در مورد چگونگی شکل‌گیری زمین و منظومه شمسی ارائه می‌دهد. بیشتر سیارات منظومه شمسی دارای قمر هستند. به عنوان مثال، مریخ دارای دو قمر، مشتری 79 و نپتون 14 قمر دارد. برخی از قمرها یخی هستند، برخی از آنها صخره‌ای، برخی هنوز از نظر زمین‌شناختی فعال و برخی نسبتاً غیرفعال هستند. چگونه سیارات قمر‌های خود را به دست آوردند و چرا این ویژگی‌ها را دارند، سؤالاتی هستند که می‌توانند بسیاری از جنبه‌های تکاملی منظومه شمسی اولیه را روشن سازند.

ماه جرمی صخره‌ای نسبتاً سرد با مقدار کمی آب و مراحل تکتونیکی اندکی است. دانشمندان در حال حاضر بر این باورند که سیستم زمین-ماه هنگامی شکل گرفت که جرمی به اندازه مریخ به نام تیا – که در اساطیر یونانی مادر سلن، الهه ماه بود – به طور فاجعه‌آمیزی با زمین اولیه – برخورد کرد و در این برخورد اجزای هر دو جرم مخلوط شدند.

تصور می‌شود تکه‌پاره‌های این برخورد به سرعت از هم جدا شده‌اند تا شاید در طی بیش از چند میلیون سال زمین و ماه را تشکیل دهند. از یک زمانی زمین دیگر بزرگتر نشد و اندازه آن دقیقاً مناسب بود تا با داشتن جو و اقیانوس‌ها به یک سیاره پویا تبدیل شود. ماه زمین نیز از این کوچکتر نشد اما جرم کافی برای میزبانی از این مشخصه‌ها را نداشت. بنابراین، به لطف پویایی برخوردی که سیستم زمین-ماه را تشکیل داد، زمین دارای ویژگیهایی منحصر به فرد از قبیل نگهداری مواد فرار مانند آب یا گازهای تشکیل دهنده جو و داشتن گرمای داخلی کافی برای حفظ دراز مدت آتشفشانهای سیاره‌ای و تکتونیک است.  مشاهدات چند ده ساله نشان دادند که در گذشته ماه بسیار پویاتر از مورد انتظار بوده است، بدین معنی که فعالیت‌های آتشفشانی و مغناطیسی تا 1 میلیارد سال پیش، یعنی بسیار بعدتر از آنچه انتظار می‌رفت، رخ داده است.

اینکه می‌گوییم سمت نزدیک و دور ماه بسیار متفاوت است ناشی از عدم تقارن شدیدی است که در ویژگی‌های سطحی آن مشاهده می‌شود. در سمت دایماً رو به زمین ماه، تکه‌های تاریک و روشنی وجود دارد که با چشم غیر مسلح نیز دیده می‌شود. اخترشناسان اولیه، این مناطق تاریک را “ماریا” نامیدند که در لاتین به معنی دریاست و تصور می‌کردند که ماه نیز مانند زمین دریا دارد. دانشمندان بیش از یک قرن پیش با استفاده از تلسکوپها توانستند دریابند که اینها در واقع دریا نیستند بلکه احتمالاً دهانه یا مشخصه‌های آتشفشانی هستند.

در آن زمان، بیشتر دانشمندان تصور می‌کردند که سمت مخالف ماه، که هرگز قادر به دیدن آن نبودند، کم و بیش شبیه سمت نزدیک آن است.

با این حال، از آنجا که ماه به زمین تقریباً نزدیک است و تنها 380.000 کیلومتر با آن فاصله دارد، ماه نخستین جرم منظومه شمسی بود که انسانها توانستند مورد کندوکاو قرار دهند، ابتدا با استفاده از فضاپیمای بدون سرنشین و سپس مأموریت‌های سرنشین دار. در اواخر دهه 1950 و اوایل دهه 1960، کاوشگرهای فضایی بدون سرنشین که توسط اتحاد جماهیر شوروی به ماه پرتاب شدند، اولین تصاویر از سمت دور ماه را به زمین آوردند، و در اینجا بود که دانشمندان با تعجب متوجه شدند که دو سمت ماه بسیار متفاوت هستند. سمت مخالف تقریباً ماریا نداشت. تنها 1٪ از سمت مخالف با ماریا پوشیده شده بود در حالی که تقریبا 31٪ از سمت مقابل ماریا وجود داشت. دانشمندان سردرگم بودند، اما فرض آنها این بود که این عدم تقارن سرانجام سرنخ‌هایی از نحوه شکل گیری ماه را ارائه خواهد داد.

توزیع توریم بر سطح ماه از ماموریت Prospector Lunar. توریوم با سایر عناصر رادیواکتیو (گرمازا) همبستگی بالایی دارد، که بیشتر آن در سمت رو به زمین وجود دارد. ارتباط این منطقه با بسیاری از ویژگیهای مشاهده شده در گذشته ماه پرسشی اساسی در ماه‌شناسی است. اعتبارتصویر: لانویل ام. و همکاران (2013) مجله تحقیقات ژئوفیزیک: سیارات.

در اواخر دهه 1960 و اوایل دهه 1970، ماموریت‌های آپولوی ناسا با شش فروند فضاپیما بر ماه فرود آمدند و فضانوردان 382 کیلوگرم سنگ ماه را به زمین آوردند تا با استفاده از تجزیه و تحلیل شیمیایی به درکی از منشأ ماه برسند. دانشمندان با داشتن نمونه‌هایی در دست، به سرعت فهمیدند که تاریکی نسبی این تکه‌سنگها به دلیل ترکیب زمین‌شناختی آنها است و در واقع به فعالیتهای آتشفشانی ارتباط دارد. آنها همچنین نشانه‌های جدیدی پیدا کردند از سنگهایی که آنها را KREEP نامیدند –  این اصطلاح کوتاه شده سنگ غنی شده در پتاسیم (نماد شیمیایی K)، عناصر خاکی کمیاب (REE) که شامل سریم، دیسپروزیوم، اربیوم، یوروپیوم و سایر عناصر کمیاب در زمین هستند) و فسفر (نماد شیمیایی P) است که با ماریا همراه بود. اما اینکه چرا فعالیت آتشفشانی و نشانهKREEP نباید به طور یکنواخت بین سمت نزدیک و دور ماه توزیع شده باشد، خود طرح معما می‌کرد.

در حال حاضر، با استفاده از ترکیبی از مشاهدات، اقدامات آزمایشگاهی و الگوسازی رایانه‌ای، دانشمندان موسسه علوم حیات در زمین در مؤسسه فناوری توکیو، دانشگاه فلوریدا، موسسه کارنگی علوم، دانشگاه تاوسون، مرکز فضایی جانسون ناسا و دانشگاه نیومکزیکو سرنخ‌های جدیدی در مورد چگونگی ایجاد عدم تقارن سمت نزدیک و دور ماه کشف شده است. این سرنخ‌ها با ویژگی مهم KREEP مرتبط هستند.

پتاسیم (K)، توریم (Th) و اورانیوم (U) عناصر رادیواکتیو ناپایداری هستند. این بدان معنی است که آنها در انواع مختلفی از ترکیب‌بندیهای اتمی رخ می‌دهند و دارای تعداد متغیر نوترون‌ها هستند. این  ترکیب متغیر اتمها به ایزوتوپ‌ شناخته می‌شوند که برخی از آنها ناپایدار بوده به عناصر دیگری تبدیل می‌شوند و گرما تولید می‌کنند.

گرمای حاصل از واپاشی رادیواکتیو این عناصر می‌تواند سنگهای شامل آنها را ذوب کند که می‌تواند تا حدودی هم مکان بودن آنها را توضیح دهد.

مطالعات این تیم نشان می‌دهد، علاوه بر گرمایش بیشتر، قرار گرفتن مولفه KREEP در سنگها همچنین دمای ذوب آنها را کاهش می‌دهد و فعالیت آتشفشانی مورد انتظار را از مدل‌های واپاشی رادیوژنیک ترکیب می‌کند. از آنجا که بیشتر جریان‌های گدازه در اوایل تاریخ ماه رخ داده‌اند، این مطالعه محدودیت‌هایی را درباره زمان‌بندی تکاملی ماه و ترتیب فرآیندهای مختلف واقع شده در ماه نشان می‌دهد.

این کار مستلزم همکاری بین دانشمندان تجربی و نظری بود. تیم پس از انجام آزمایش‌های ذوب با دمای بالا در سنگ‌ها با اجزای مختلف KREEP، پیامدهایی را که این موضوع بر زمان‌بندی و حجم فعالیت آتشفشانی در سطح ماه داشت مورد تجزیه و تحلیل قرار داد و این کار بینش مهمی در مورد مراحل اولیه تکامل سیستم زمین-ماه در اختیار ما گذاشت.

السی، نویسنده همکار ماتیو لانویول، می‌گوید: “به دلیل فقدان نسبی فرآیندهای فرسایش، سطح ماه می‌تواند رویدادهای زمین‌شناختی را از تاریخ اولیه منظومه شمسی روایت ‌کند. مناطقی در سمت نزدیک ماه وجود دارند که در آنها نسبت به هرمکان دیگری در ماه، میزان بیشتری از عناصر رادیواکتیو مانند U و Th وجود دارد. دانستن منشأ این غنی‌سازی‌های محلی U و Th می‌تواند به توضیح مراحل اولیه شکل‌گیری ماه و به تبع آن شرایط زمین اولیه کمک کند. ”

نتایج حاصل از این مطالعه نشان می‌دهد که ماریاهای غنی شده با KREEP از همان زمان که ماه شکل گرفت بر آن تأثیر گذاشته‌اند. لانویل فکر می‌کند شواهدی برای این نوع فرآیندهای خودتقویتی و نامتقارن ممکن است در سایر قمرها در منظومه شمسی ما یافت شود، و ممکن است در اجرام سنگی در سراسر جهان فراگیر باشد.

ترجمه: سرکار خانم رویا قنادی

کارشناس ارشد زبانشناسی

منبع:

https://phys.org/news/2020-06-scientists-explanation-strange-asymmetry-moon.html