8 دقیقه
نمونههای بازگردانده‌شده توسط مأموریت چانگاِه-۶ پنجره‌ای کم‌سابقه به درون ماه باز کرده‌اند: آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان میدهد که نیمکرهٔ پنهانِ ماه در عمق‌های درونی‌اش به‌طور معنی‌داری سردتر از نیمرخ همواره روبه‌روی زمین بوده است. این یافته، که حاصل تحلیل شیمی معدنی، سنسنجی ایزوتوپی و مدلسازی ذوب است، از یک فرضیهٔ قدیمی پشتیبانی میکند؛ غیرقرینه‌بودن گرمای داخلی ماه نه تنها سطحی بلکه تا اعماق گوشته نیز امتداد دارد.
نمونهٔ چانگاِه-۶؛ اولین سنگِ دسترسی‌پذیر از نیمکرهٔ پنهان
چانگاِه-۶ در منطقه‌ای از نیمکرهٔ پنهان فرود آمد و حدود ٣٠٠ گرم سنگ و آهواره (regolith) به زمین بازگرداند؛ بخشی از این محموله به موسسهٔ پژوهشی اورانیوم پکن اختصاص یافت تا آنالیزهای دقیق انجام شود. شنِگ هه، نویسندهٔ اول مقاله و از پژوهشگران این موسسه، تأکید کرده که این نمونه نخستین نمونهٔ قابل بررسی در آزمایشگاه از نیمکرهٔ پنهان است؛ تا پیش از آن، اطلاعات ما از این منطقه تنها از مدارگردها و آشکارسازی‌های راه دور بود.
نمونهٔ چانگاِه-۶ عمدتاً از ذرات بازالتی تشکیل شده است. تیم تحقیق با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و پروب الکترونی ترکیب عناصر اصلی دانه‌های معدنی را نقشه‌برداری کردند و با به‌کارگیری SIMS (توده‌سنجی یونی ثانویه) نسبت‌های ایزوتوپ‌های سرب را برای تاریخ‌گذاری اورانیوم-سربی اندازه‌گیری کردند. پردازش داده‌ها توسط پروفسور پیتِر وَرموش (UCL) و همکاران، سن سنگ را در حدود ٢.٨ میلیارد سال تعیین کرد.
چگونه دماهای باستانی بازسازی شدند؟
تیمی از روشهای مستقل را برای بازسازی دماهای بلورین‌شدن و ذوب منشأ گدازه‌ها ترکیب کردند. هر روش به‌تنهایی میتواند نشانه‌ای از دما بدهد، اما همگرایی نتایج چندین روش مستقل اعتبار نتیجه را افزایش میدهد.
ترمومتری شیمی معدنی: خواندن دماسنج‌های معدنی
وقتی ما ترکیب معدنی بلورها را اندازه‌گیری می‌کنیم، می‌توانیم با تکیه بر مدلهای ترمودینامیکی و تعادل‌های آزمایشگاهی، دمای بلورین‌شدن یا تعادل بلور-ماگما را تخمین بزنیم. در نمونهٔ چانگاِه-۶، ترکیبات مشترک معدنی‌های موجود نشان داد که دمای بلورین‌شدن نزدیک به ١٠٠٠ تا ١٢٠٠ درجهٔ سانتیگراد بوده است؛ برآورد تیم نزدیک به ١١٠٠ °C است که تقریباً ١٠٠ °C کمتر از بازالت‌های معادلِ نیمرخ نزدیک به زمین به‌دست‌آمده از مأموریتهای آپولو و لونای پیشین بود.
مدلسازی منشأ ماگمایی و ترمومتری منشأ سنگ مادر
برای رسیدن به دماهای پیشین‌تر—یعنی شرایطی که منشأ گدازه ذوب شده است—پژوهشگران ترکیب شیمیایی مغزۀ ماگما را بازسازی کردند و با مدلهای ذوب گوشته مقایسه کردند تا دمای لازم برای تولید آن ماگما را تعیین کنند. این محاسبات نیز تفاوتی در حدود ٧٠–١٠٠ °C سردتر بودن منشأهای نیمکرهٔ پنهان نسبت به نیمرخ نزدیک نشان داد.
شاخصهای راهدور از دادههای ماهوارهای
اگرچه نمونههای بازگردانده‌شده محدودند، تیم تحقیق نقشه‌های ترکیبی ماهوارهای محل فرود چانگاِه-۶ را با دادههای نواحی آتشفشانی نیمرخ نزدیک مقایسه کرد. این مقایسهٔ راهدور نیز نتیجه‌ای سازگار نشان داد: اختلاف دمای منشأ در حدود ٧٠ °C بود. سازگاریِ دادههای آزمایشگاهی و راهدور، شواهد را برای تفاوت گرمایی دو نیم‌کره قوی‌تر میکند.
چه چیزی باعث سردی نیمکرهٔ پنهان شده است؟ راز KREEP و بازآرایی‌های باستانی
بودجهٔ حرارتی درون هر سیاره یا قمر عمدتاً به توزیع عناصر پرتوزا مانند اورانیوم، توریم و پتاسیم بستگی دارد. در ماه، این عناصر اغلب با فسفر و عناصر نادر خاکی همراه هستند و بهصورت ماده‌ای که به‌اختصار KREEP خوانده می‌شود تجمع می‌یابند (K: پتاسیم، REE: عناصر نادر خاکی، P: فسفر). این تجمع KREEP مناطق را به منابع گرمایش رادیوژنتیک تبدیل میکند که ذوب و فعالیت آتشفشانی را تقویت می‌کنند.
اطلاعات دورسنجی و حالا آنالیز نمونه‌ها نشان میدهد که KREEP و سایر عناصر تولیدکنندهٔ گرما عمدتاً در نیمرخ نزدیک متمرکز شده‌اند. این عدم تقارن در گرمایش رادیوژنتیک میتواند توضیح‌دهندهٔ گرم‌تر بودن گوشتهٔ نیمرخ نزدیک و فراوانی بیشتر بازالت‌های آتشفشانی در آن سمت باشد.
چه سناریوهایی توزیع نامتقارن را توضیح می‌دهند؟
- ضربهٔ عظیم باستانی: برخوردی بزرگ در نیمرخ پنهان در دوران اولیهٔ ماه ممکن است باعث جابجایی مواد سنگین و حامل HPE (عناصر تولیدکنندهٔ گرما) به سمت نیمرخ نزدیک شده باشد—به‌ویژه اگر ماه در آن زمان تا حدی مذاب بوده باشد.
- ادغام دو بدنهٔ جداگانه: نظریه‌ای پیشنهاد میکند که ماه روزگاری یک قمر ثانویه یا تودهٔ کوچکتر را جذب کرده و ادغام دو بدنهٔ اولیه با ترکیبات مختلف میتواند تشکل تفاوت‌های منطقه‌ای را توضیح دهد.
- تأثیرات جزر و مدی و همرفت گوشته: تعامل بلندمدت گرانشی با زمین ممکن است الگوهای همرفت در گوشته را طوری هدایت کرده باشد که تمرکز گرمای رادیوژنتیک و ذوب را در نیمرخ نزدیک افزایش داده باشد.
هر یک از این سناریوها پیامدهای متفاوتی برای منشأ و تکامل ماه دارد؛ نمونهٔ چانگاِه-۶ یک محدودیت مستقیم جدید فراهم می‌آورد: منشأ گوشتهٔ نیمرخ پنهان حدود ٧٠–١٠٠ °C سردتر بوده است زمانی که این بازالت‌ها حدود ٢.٨ میلیارد سال پیش شکل گرفته‌اند. هر نظریهٔ موفقی باید این اختلاف دمایی را توضیح دهد.
پیامدهای علمی و اهمیت برای کاوشهای آینده
این تفاوت دمایی به‌نوعی چرایی وجودِ گستردهٔ «ماریا»ها—دشت‌های تاریک بازالتی در نیمرخ نزدیک—را روشن میکند. گوشتهٔ گرم‌تر در نیمرخ نزدیک راحت‌تر ذوب شده و جریان‌های آتشفشانی گسترده‌تری تولید کرده است؛ در مقابل، گوشتهٔ سردترِ نیمرخ پنهان کمتر قابل ذوب است و بنابراین سطحی ضخیم‌تر، پُرتر از دهانه‌ها و فاقد دشت‌های بازالتی وسیع پدید آورده است.
اگر ذخیره‌ای غنی از KREEP در نیمرخ نزدیک وجود داشته باشد، این ذخیره می‌توانسته فعالیت‌های آتشفشانی را در دوره‌های بعدی تاریخ ماه هم تأمین کند؛ چنین فرضیاتی مدلهای تکاملی دمایی، چگونگی شکل‌گیری پوسته و حتی تاریخچهٔ میدان مغناطیسی ماه را تحت‌تأثیر قرار می‌دهند.
برای زمین‌شناسان سیاره‌ای و برنامه‌ریزان مأموریت‌ها، نتیجهٔ چانگاِه-۶ اهمیت نمونهبرداری هدفمند از مناطق مختلف را برجسته می‌سازد. نمونههای بازگردانده‌شده از نیمرخ پنهان مکمل نمونههای آپولو و لونا از نیمرخ نزدیک هستند و نیاز به بازگشت‌های هدفمند از زیست‌بوم‌های مختلف ماه را برای ترسیم ساختار درونی ماه در سه‌بعد نشان می‌دهند.
ابزارها و روش‌هایی که کشف را ممکن کردند
ترکیب پتروگرافی کلاسیک با ابزارهای میکروآنالیز مدرن کلید استخراج اطلاعات حداکثری از نمونههای چندصدگرمی بود:
- پروب الکترونی (EPMA) نقشه‌های دقیق از عناصر عمدهٔ کانیها و شیشه‌ها تهیه کرد و تاریخچهٔ بلورین‌شدن را روشن ساخت.
- SIMS ایزوتوپ‌های سرب را با حساسیت بالا اندازه‌گیری کرد تا سن مبتنی بر واپاشی اورانیوم-سربی بهصورت قوی تعیین شود.
- مدلهای ترمودینامیکی و روابط تجربی تعادل کانی-ذوب، ترکیبات اندازه‌گیری‌شده را به برآوردهای دمایی تبدیل کردند.
این روشها که امروزه استاندارد در آزمایشگاه‌های علوم سیاره‌ای‌اند، برای بازیابی حداکثر اطلاعات از نمونههای با وزن محدود حیاتی هستند؛ به‌ویژه وقتی پای بازسازی تاریخچهٔ حرارتی و شیمیایی یک جرم آسمانی در میان باشد.
دیدگاه کارشناسان و مسیرهای آینده
«نمونههای مستقیم همه‌چیز را تغییر می‌دهند»، می‌گوید دکتر عایشه رحمن، سیاره‌شناس در آزمایشگاه ماه و سیارات دانشگاه آریزونا. «دادههای دورسنج الگوهای کلی را نشان می‌دهند، اما سنگ‌های بازگردانده‌شده به ما اجازه می‌دهند دماها، سن‌ها و تاریخچه‌های ذوب را با دقت بازسازی کنیم. نتایج چانگاِه-۶ حقیقتی زمینی فراهم کرده که مدلهای تکاملی ماه را پالایش خواهد کرد و مسیر کاوشهای بعدی را مشخص میکند.»
دکتر رحمن می‌افزاید: «اگر واقعاً نیمرخ پنهان در عمق سردتر است، این موضوع نه تنها برای تاریخچهٔ آتشفشانی ماه اهمیت دارد، بلکه برای زمان‌بندی فعالیت‌های آتشفشانی ماریا و حتی توزیع منابع بالقوه برای اکتشافات آینده پیامدهایی خواهد داشت.»
چه مأموریت‌هایی لازم است؟
- بازگشت نمونههای هدفمند از مناطق مختلف نیمرخ پنهان و نزدیک تا بتوان تصویر سه‌بعدی‌تری از توزیع حرارتی و شیمیایی ماه ساخت.
- اندازهگیریهای گرمایی عمقی به‌وسیلهٔ فرستادن لرزه‌نگارها و ابزارهای گرمایی به محلهای منتخب برای بررسی حالات همرفتی و هدایت حرارت.
- مطالعات تجربی بیشتر روی نمونههای KREEP و سنگ‌های مرتبط در آزمایشگاه برای درک بهتر نقش عناصر رادیوژنتیک در تاریخچهٔ حرارتی ماه.
نتیجهٔ کلیدی این است که برای درک کامل تاریخچهٔ زمین‌شناختی ماه باید نمونه‌ها و دادههای متنوع‌تری جمع‌آوری شوند؛ چانگاِه-۶ تنها آغاز فصل جدیدی از ژئوشیمی و ژئوترمومیتری ماه است.
تحلیلهای بیشتر روی گنجینهٔ چانگاِه-۶ و مأموریتهای بازگشتی آتی از مناطق متنوع ماه—به‌ویژه ترکیب نمونههای نزدیک و دور—برای حل معماهای مربوط به منشأ توزیع KREEP، سناریوهای برخوردی و تاریخچهٔ گرمایی ماه حیاتی خواهند بود. این داده‌ها در نهایت به ما کمک می‌کنند تا نه‌فقط تاریخچهٔ ماه، بلکه فرایندهای بنیادین شکل‌گیری و تکامل قمرها در منظومهٔ شمسی را بهتر درک کنیم.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر