پژوهش تازه نشان می دهد عطارد جوان بسیار داغ تر بود

درون عطارد در دوران جوانی این سیاره تا چه اندازه داغ بود؟ پاسخ کوتاه این است: داغ‌تر از آنچه بسیاری از ما انتظار داشتیم. یک مطالعه تازه در فروسرخ، که با روش‌های هوشمندانه آزمایشگاهی کالیبره شده و با داده‌های ماه راستی‌آزمایی شده است، تصویری از سیاره‌ای ارائه می‌کند که سطح آن بسیار کمتر از برآوردهای پیشین دی‌اکسید سیلیسیم دارد.

دی‌اکسید سیلیسیم، با فرمول شیمیایی سیلیس، ستون معدنی اصلی بسیاری از سنگ‌های زمینی است. بازالت‌ها و گرانیت‌ها می‌توانند مقدار زیادی از آن را در خود داشته باشند. اما عطارد ظاهرا در این زمینه بسیار کم‌سهم‌تر است. گروهی بین‌المللی به سرپرستی پژوهشگران مؤسسه ماکس پلانک برای پژوهش‌های منظومه شمسی، با رویکردی سه‌مرحله‌ای ترکیب سطح این سیاره را برآورد کردند و به عددی شگفت‌انگیز رسیدند: حدود ۳۷ درصد دی‌اکسید سیلیسیم بر حسب جرم، یعنی تا حدود ۲۵ درصد کمتر از محاسبات قبلی.

چرا این موضوع مهم است؟ زیرا مقدار سیلیس، تاریخچه سرد شدن و ذوب شدن یک سیاره را در خود ثبت می‌کند. در یک جهان جوان، وقتی گوشته سرد می‌شود، نخستین جامداتی که متبلور می‌شوند سیلیس زیادی را در خود به دام نمی‌اندازند و در نتیجه مذاب‌های باقی‌مانده به مرور زمان از سیلیس غنی‌تر می‌شوند. بنابراین سطحی با سیلیس نسبتا کم نشان می‌دهد ماگماهایی که روی عطارد فوران کرده‌اند، از مذاب‌هایی با دمای بالاتر یا از بخش‌های عمیق‌تر گوشته نسبت به تصورهای پیشین سرچشمه گرفته‌اند. به زبان ساده، درون عطارد در آغاز تاریخ خود احتمالا آتشین‌تر و افراطی‌تر از چیزی بوده که مدل‌های قدیمی‌تر اجازه می‌دادند.

سه گام برای شناخت عطارد. گام ۱: پژوهشگران با استفاده از اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی، رابطه‌ای میان تابش فروسرخ و مقدار دی‌اکسید سیلیسیم تعیین کردند. گام ۲: آن‌ها این رابطه را با داده‌های اندازه‌گیری‌شده از ماه و نمونه‌های ماه‌سنگ بررسی و تأیید کردند. گام ۳: سپس با استفاده از داده‌های فروسرخ عطارد، توانستند مقدار دی‌اکسید سیلیسیم سطح عطارد را تعیین کنند.

احتمال دیگری هم وجود دارد که باید در نظر گرفت. این سیاره شاید زمانی اکسیدشده‌تر و غنی‌تر از سیلیس بوده و سپس طی فرایندهایی، اکسیژن خود را از دست داده باشد؛ فرایندهایی که به تدریج شیمی پوسته آن را تغییر داده‌اند. تا زمانی که نمونه سنگی از عطارد در اختیار نداریم، هر دو سناریو پذیرفتنی باقی می‌مانند. همین نکته ما را به هوشمندی روش این گروه می‌رساند: آن‌ها برای رسیدن به برآوردی قابل اتکا، نیازی نداشتند یک مریخ‌نورد یا فرودگر مستقیما به سنگ‌های عطارد دست بزند.

نخست، پژوهشگران در آزمایشگاه دانه‌های شیشه‌ای بسیار ریزی با غلظت‌های مشخص دی‌اکسید سیلیسیم ساختند؛ چیزی شبیه خط‌کش‌های طیفی. آن‌ها اندازه‌گیری کردند که این دانه‌ها چگونه نور فروسرخ را گسیل و بازتاب می‌کنند. سپس این کالیبراسیون را روی ماه آزمودند، با استفاده از نقشه‌های فروسرخ با وضوح بالا از مدارگرد شناسایی ماه ناسا و مقایسه نتایج با نمونه‌های واقعی ماه که مأموریت‌های آپولو، لونا و چانگ‌ئه به زمین آورده بودند. آزمون ماه موفق بود. همین اعتبارسنجی به پژوهشگران اجازه داد با اطمینان همان رابطه میان فروسرخ و ترکیب شیمیایی را برای عطارد نیز به کار ببرند؛ این کار با استفاده از رصدهای فروسرخ زمینی، از جمله داده‌های تلسکوپ بوک در آریزونا انجام شد.

نخستین نقشه جهانی از مقدار دی‌اکسید سیلیسیم در سطح ماه. نقطه‌های سفید و برچسب‌دار، محل‌های فرودی را نشان می‌دهند که مأموریت‌های آپولو، لونا و چانگ‌ئه از آن‌ها نمونه‌های ماه را به زمین بازگرداندند. این نمونه‌ها امکان بررسی دقت نقشه را فراهم کردند.

نتیجه اصلی: سطح عطارد به طور میانگین حدود ۳۷٪ دی‌اکسید سیلیسیم دارد، رقمی بسیار کمتر از برآوردهای پیشین، و این موضوع از مذاب‌هایی سرچشمه‌گرفته از گوشته‌ای داغ‌تر و عمیق‌تر یا از تاریخچه پوسته‌ای تغییر‌یافته بر اثر از دست رفتن اکسیژن خبر می‌دهد.

این یافته‌ها شیوه تصور ما از دوره‌های آتشفشانی عطارد را تغییر می‌دهند. این سیاره کوچک و نزدیک به خورشید، در مقایسه با زمین نسبتا سریع سرد شد و بخش بزرگی از فعالیت آتشفشانی آن حدود یک میلیارد سال پس از شکل‌گیری متوقف شد. برآورد تازه سیلیس نشان می‌دهد فوران‌های آغازین عطارد به قلمروی متفاوت از گوشته دسترسی داشته‌اند؛ قلمرویی که در آن عمق و دما مهم‌تر از روندهای غنی‌شدن سیلیسی است که زمین‌شناسان زمینی به آن عادت دارند.

در نوامبر امسال، فضاپیمای بپی‌کلمبو متعلق به آژانس فضایی اروپا وارد مدار عطارد خواهد شد. 

به‌زودی این تصویر دقیق‌تر خواهد شد. در نوامبر ۲۰۲۶، مأموریت بپی‌کلمبو متعلق به آژانس فضایی اروپا و آژانس کاوش‌های هوافضای ژاپن قرار است وارد مدار عطارد شود. ابزار مرتیس این مأموریت برای گردآوری داده‌های فروسرخ حرارتی با دقت و وضوح بسیار بالاتر از مشاهدات گذشته طراحی شده است. مطالعه کنونی، زیرساخت کالیبراسیون لازم را فراهم می‌کند تا مرتیس بتواند طیف‌های خود را با اطمینان به ترکیب شیمیایی تبدیل کند.

هنوز هیچ مأموریت بازگشت نمونه‌ای سنگ‌های عطارد را به زمین نیاورده است. اما این راه‌حل تازه و در مقیاس انسانی، یعنی کالیبراسیون آزمایشگاهی، اعتبارسنجی با ماه و سپس کاربرد سیاره‌ای، همان نوع علم خلاقانه‌ای است که ما را به جلو می‌برد. با آغاز ارسال آرام رازهای حرارتی عطارد از سوی بپی‌کلمبو، باید انتظار داشت تصویر شگفت‌انگیز این سیاره وضوح بیشتری پیدا کند.