سنگ های گوشته ماه در دسترس مأموریت های آرتمیس

دانشمندان اکنون بر این باورند که یک برخورد عظیم در اوایل تاریخ ماه، شاید سنگ‌های گوشته را بسیار نزدیک‌تر از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد به سطح پرتاب کرده باشد، آن هم درست در مناطقی که خدمه آینده آرتمیس ممکن است در آن قدم بگذارند.

دانشمندان مرکز خاستگاه و تکامل ماه، یک سازمان مجازی ناسا به رهبری مؤسسه پژوهشی ساوث‌وست، موادی را بررسی کردند که هنگام ایجاد حوضه باستانی قطب جنوب-آیتکن، معروف به اس‌پی‌ای (آبی)، توسط یک جرم برخوردی بزرگ از دل ماه بیرون ریخته شد. این ساختار عظیم در سوی پنهان ماه قرار دارد. دو مطالعه مکمل نشان دادند که ناحیه پیرامونی اس‌پی‌ای حاوی سنگ‌های منشأگرفته از گوشته (نارنجی و سیاه) است؛ موادی که می‌توانند اطلاعات مهمی درباره درون ماه و نخستین تاریخچه آن ارائه دهند. محل‌های پیشنهادی فرود (مربع‌های سفید) برای مأموریت‌های آینده آرتمیس به قطب جنوب ماه در همین منطقه قرار دارند و به فضانوردان امکان می‌دهند این مواد را از نزدیک بررسی کنند. 

وقتی گلوله‌ای به اندازه یک ماه همه چیز را تغییر داد

جرمی سنگی را تصور کنید، شاید به اندازه یک سیاره کوچک، که با زاویه‌ای مایل به سطح ماه برخورد می‌کند. این برخورد مستقیم نبود. جرم از شمال به سوی جنوب بر سطح ماه خراشید، مسیری کشیده ایجاد کرد و ساختاری را تراشید که امروز آن را حوضه قطب جنوب-آیتکن می‌نامیم؛ بزرگ‌ترین و یکی از کهن‌ترین عوارض برخوردی ماه.

این همان سناریویی است که شبیه‌سازی‌های برخوردی جدید و با وضوح بالا، به رهبری پژوهشگران مرکز خاستگاه و تکامل ماه، به دست داده‌اند. این شبیه‌سازی‌ها طرح کشیده و باریک‌شونده حوضه را بازسازی می‌کنند و جزئیاتی شگفت‌انگیز درباره خود جرم برخوردی نشان می‌دهند: به احتمال زیاد این جرم تمایزیافته بوده، با هسته‌ای آهنی و گوشته‌ای سنگی، چیزی شبیه یک پیش‌سیاره کوچک.

سرعت. تکانه. گرما. وقتی آن جرم برخورد کرد، گودالی بسیار عمیق‌تر از دهانه‌های معمولی ماه ایجاد شد و سنگ‌های نزدیک محل برخورد را ذوب کرد. حجم عظیمی از مواد پوسته و گوشته به بیرون پرتاب شد؛ بخشی از آن به فضا گریخت و بخش زیادی دوباره بر کف حوضه و زمین‌های پیرامون آن فرود آمد.

گرانش آنچه سنگ‌ها نمی‌توانند فریاد بزنند، زمزمه می‌کند

مدل‌ها به‌تنهایی فقط بخشی از داستان را بیان می‌کنند. مطالعه دوم به سراغ اندازه‌گیری‌های گرانشی مأموریت‌های ناسا رفت، به‌ویژه مأموریت گریل و مدارگرد شناسایی ماه، تا تغییرات چگالی در زیر و اطراف اس‌پی‌ای را نقشه‌برداری کند. پژوهشگران با ترکیب این داده‌های گرانشی با مدل‌های فیزیکی ساختار پوسته و گوشته، ردیابی کردند که سنگ‌های چگال‌تر و منشأگرفته از گوشته احتمالاً در کجا مدفون شده‌اند.

نتیجه این بود: توده‌هایی از مواد گوشته‌ای نه‌فقط در عمیق‌ترین بخش درونی حوضه، بلکه در بخش‌هایی از پوشش پرتابه‌ای نیز آمیخته شده‌اند و نسبت به برآوردهای پیشین، به قطب جنوب ماه نزدیک‌ترند. بعدها، برخوردهای کوچک‌تر درون اس‌پی‌ای ظاهراً بخشی از این نهشته‌ها را دوباره بیرون آورده و قطعات گوشته را در مناطقی همسو با محل‌های نامزد فرود آرتمیس به سطح نزدیک‌تر کرده‌اند.

چرا این موضوع مهم است؟ سنگ‌های گوشته فرایندهای مربوط به سال‌های شکل‌گیری ماه را ثبت کرده‌اند. آن‌ها اطلاعاتی درباره ذوب اولیه، تمایز لایه‌ها و ترکیب درونی ماه حفظ می‌کنند؛ سرنخ‌هایی ضروری برای بازسازی اینکه ماه و در معنایی گسترده‌تر، بخش درونی منظومه شمسی چگونه تکامل یافته‌اند.

آرتمیس: فرصتی برای نمونه‌برداری از اعماق بدون حفاری

ارزیابی‌های پیشین نشان می‌داد عمیق‌ترین مواد گوشته‌ای که در برخورد اس‌پی‌ای به بیرون پرتاب شده‌اند، دور از مناطقی قرار دارند که برای فضانوردان قابل دسترس است. ترکیب تازه‌ای از فیزیک برخورد و نقشه‌برداری گرانشی، این انتظار را تغییر می‌دهد. اکنون ممکن است برخی قطعات منشأگرفته از گوشته در محل‌های نامزد فرود قطب جنوب یا نزدیکی آن‌ها در دسترس باشند.

این می‌تواند تحولی اساسی باشد. به‌جای اتکا صرف به حفاری عمیق یا مأموریت‌های رباتیک دوردست، گروه‌های آرتمیس شاید بتوانند سنگ‌هایی را جمع‌آوری کنند که شیمی و کانی‌شناسی آن‌ها مستقیماً از درون ماه سخن می‌گوید. چنین نمونه‌هایی می‌توانند محدودیت‌های زمانی تمایز ماه، ماهیت آتشفشان‌گرایی ماه و مواد موجود در نخستین دوره‌های تاریخ ماه را دقیق‌تر کنند.

• دسترسی به سنگ‌های گوشته به آزمودن مدل‌های شکل‌گیری ماه و تاریخچه حرارتی آن کمک می‌کند.
• نمونه‌های بازگردانده‌شده می‌توانند گاه‌شناسی‌های ایزوتوپی را که رویدادهای مهم آغازین منظومه شمسی را تاریخ‌گذاری می‌کنند، بهبود دهند.
• کار میدانی فضانوردان امکان انتخاب نمونه بر پایه زمینه زمین‌شناسی را فراهم می‌کند؛ مزیتی علمی در مقایسه با برداشت‌های کوتاه رباتیک.

این مطالعات چگونه انجام شدند

مطالعه برخورد از مدل‌سازی هیدرودینامیکی سه‌بعدی برای بازآفرینی یک برخورد کم‌زاویه از شمال به جنوب ماه استفاده کرد. متغیرها شامل اندازه جرم برخوردی، ساختار درونی، زاویه و سرعت بودند. این کار به پژوهشگران اجازه داد شکل نامتقارن حوضه را بازسازی کنند و توزیع مواد پرتاب‌شده را پیش‌بینی کنند.

مطالعه گرانشی همراه، از ناهنجاری‌های گرانشی با وضوح بالا در ترکیب با مدل‌های مکانیکی پوسته و گوشته بهره برد. مناطقی که جرم آن‌ها بیش از حد انتظار بود، به‌عنوان نواحی احتمالی دارای مواد چگال‌تر و منشأگرفته از گوشته، آمیخته با پرتابه‌ها، تفسیر شدند. این دو رویکرد در کنار هم تصویری را ارائه می‌دهند که از دو مسیر بررسی شده است: یکی از علت، یعنی برخورد، و دیگری از پیامد، یعنی توزیع جرم زیرسطحی.

دیدگاه کارشناس

دکتر ویلیام باتکی، مدیر مرکز خاستگاه و تکامل ماه، گفت: «اکنون یک نقشه راه عملی داریم که نشان می‌دهد باید کجا را جست‌وجو کنیم. حوضه اس‌پی‌ای فقط آرشیوی از نخستین دوره‌های خشن ماه نیست؛ بلکه به فرصت‌های نمونه‌برداری اشاره می‌کند که می‌توانند به پرسش‌های بنیادین درباره خاستگاه و تکامل ماه پاسخ دهند.»

دکتر گابریل گاومن، سرپرست تحلیل گرانشی، افزود که مدل‌ها نشانه‌های قابل ردیابی از گوشته را در مناطقی پیشنهاد می‌کنند که برنامه آرتمیس از پیش در حال بررسی آن‌هاست. او یادآور شد: «داده‌ها نشان می‌دهند بخشی از مواد منشأگرفته از گوشته به‌جای آنکه کیلومترها در عمق مدفون باشد، در سطح یا درست زیر آن قابل دسترس است.» این عبارت‌ها بازگویی تفسیری از یافته‌های منتشرشده هستند که در اینجا برای برجسته‌کردن پیامدهای عملی آن‌ها در برنامه‌ریزی مأموریت ارائه شده‌اند.

گام بعدی در اکتشاف ماه چیست

تأیید این یافته‌ها به سنجش از دور هدفمند، تحلیل دقیق‌تر محل‌های فرود و در نهایت بررسی در محل نیاز دارد. طیف‌سنج‌های مداری و ابزارهای نفوذکننده به زمین می‌توانند مناطق نامزد را که قطعات گوشته در آن‌ها متمرکز شده‌اند، محدودتر کنند. پیشاهنگ‌های رباتیک نیز می‌توانند این محل‌ها را پیش از رسیدن مأموریت‌های سرنشین‌دار اعتبارسنجی کنند.

زمین‌شناسی میدانی روی ماه با زمین متفاوت خواهد بود. نه جو وجود دارد. نه هوازدگی. اما اصل همان است: زمینه اهمیت دارد. فضانوردی که بتواند یک رخنمون را بررسی کند، نمونه‌های مکمل برگزیند و روابط زمین‌شناسی را ثبت کند، دانشی فراهم می‌آورد که هیچ تکه‌سنگ منفردی به‌تنهایی قادر به ارائه آن نیست.

جمع‌بندی

داستان حوضه قطب جنوب-آیتکن از روایتی درباره یک برخورد خشن و منفرد، به نقشه‌ای کاربردی برای اکتشاف در حال تبدیل شدن است. شبیه‌سازی‌های جدید و نقشه‌برداری گرانشی در کنار هم نشان می‌دهند که مواد گوشته ماه ممکن است نزدیک‌تر و دسترس‌پذیرتر از آن چیزی باشند که پیش‌تر گمان می‌رفت، شاید حتی در دسترس مأموریت‌های آرتمیس. اگر این موضوع ثابت شود، سفرهای آینده می‌توانند شواهدی مستقیم و ملموس درباره چگونگی شکل‌گیری ماه و نحوه تمایز اجرام سیاره‌ای آشکار کنند.