10 دقیقه
بزرگترین حوضه برخوردی ماه، حوضه جنوبقطب–ایتکن (SPA)، تازگیها جزئیات شگفتانگیزی درباره نحوه تشکیلش فاش کرده است — و این پیچش میتواند به فضانوردان دید مستقیمی به اعماق داخلی ماه بدهد. تحلیل نوین هندسه و ترکیب شیمیایی SPA نشان میدهد که برخورد باستانی احتمالاً از سمت شمال آمده بود، نه جنوب، و این یعنی لبه جنوبی که مأموریتهای آرتمیس هدف گرفتهاند ممکن است میزبان موادی باشد که از عمق فراتر از پوسته بیرون آورده شدهاند.
نگاهی تازه به یک زخم کهن
ماه به زمین قفل جزر و مدی است: یعنی در همان زمانی که به گرد زمین میچرخد یک بار هم به دور محور خود گردش میکند، بنابراین تقریباً همیشه یک روی ماه را مشاهده میکنیم. در نیمکرهای که رو به زمین نیست، حوضه عظیم جنوبقطب–ایتکن قرار دارد؛ یک ویژگی برخوردی که تقریباً 1,930 کیلومتر در جهت شمال–جنوب و حدود 1,600 کیلومتر در جهت شرق–غرب امتداد دارد. این حوضه که حدود ۴.۳ میلیارد سال پیش در اثر برخوردی بزرگ و مایل از یک سیارک شکل گرفته است، یکی از قدیمیترین و بزرگترین پنجرههای دسترسپذیر به اعماق سیارات در منظومه شمسی است.
بزرگترین ویژگی برخوردی ماه، حوضه جنوبقطب–ایتکن، به نام خود اشاره دارد چون بین دهانه ایتکن و قطب جنوب کشیده شده است. (NASA/GSFC/Arizona State University)
پژوهشگرانی به رهبری جفری اندروز‑هانا در دانشگاه آریزونا هندسه این حوضه را بازنگری کردند و یک نابرابری ظریف اما مهم را کشف کردند: SPA به سمت جنوب باریکتر میشود. در سراسر منظومه شمسی، حوضههای بسیار بزرگ برخوردی معمولاً شکل قطرهای به خود میگیرند که جهت نوک قطره به سمت پایینرانِ (downrange) برخوردگر است. کارهای پیشین فرض کرده بودند که سر باریک SPA به سمت شمال اشاره میکند و بنابراین برخورد از جنوب به شمال بوده است. تحلیل جدید این تفسیر را معکوس میکند: سر باریک در سمت جنوب است و این نشان میدهد که شهابسنگ از سمت شمال آمده بود.
این بازخوانی هندسه، تغییر معنیداری در فهم ما از پویایی برخورد در مقیاس سیارهای ایجاد میکند؛ چرا که جهت برخورد بر توزیع مواد حفاریشده، الگوی پخش خردهسنگها و ساختار نهایی حوضه تأثیر میگذارد. بررسی دقیقتر میدان ارتفاعی، توپولوژی درونی حلقهها و توزیع مواد اصلاحشده ناشی از برخورد، شواهدی ظریف اما قابل اعتماد برای جهتگیری برخورد ارائه میدهد که با مدلهای آزمایشگاهی و عددی همخوانی دارد.
چرا جهت برخورد برای نمونههای ماهی اهمیت دارد
مکانیک برخوردها سنگهای حفاریشده را به صورت یکنواخت پخش نمیکند. در برخوردهای کمزاویه و مایل، انتهای پایینران (یا انتهای باریک) حوضه معمولاً پوششی عمیق از مواد پرتابشده دریافت میکند — موادی که از اعماق بسیار زیاد کنده شده و سپس دوباره رسوب گذاشته شدهاند. در مقابل، انتهای بالاران تمایل دارد کمتر دفن شود و میتواند سنگهای منبع ژرفتر را در لبه به نمایش بگذارد.
دهانههای مسیه (سمت چپ) و مسیه A (سمت راست) روی ماه، در دریاچهٔ فِکوندیتاتیس که توسط آپولو ۱۱ ثبت شدهاند. نمونهای خوب از دهانههایی که توسط برخوردگرهای کمزاویه شکل گرفتهاند (NASA)
این هندسه پیامدهای فوری برای آرتمیس دارد: چون برخورد احتمالاً از سمت شمال آمد، لبه جنوبی در منطقه بالاران قرار دارد. این موضوع لبه جنوبی را به یک سایت نمونهبرداری برجسته تبدیل میکند، جایی که فضانوردان میتوانند موادی را گردآوری کنند که منشأشان عمیق درون ساختار ماه بوده — در واقع بهنوعی یک برش طبیعی که نیاز به حفاری عمیق را تا حدی برطرف میکند.
از منظر ژئوشیمیایی و زمینشناسی سیارهای، دسترسی به نمونههایی که از اعماق پوسته یا حتی گوشته بالا آمدهاند، میتواند دادههای مستقیم و منحصربهفردی درباره ترکیب داخلی ماه، تاریخچه حرارتی آن و مراحل تکاملی پس از انجماد اقیانوس ماگمایی اولیه فراهم آورد.
KREEP، ضخامت پوسته و ماهی نامتقارن
برای درک اهمیت کامل موضوع، لازم است یک مقدمه کوتاه درباره شیمی ماه داشته باشیم. در اوایل تاریخ خود، ماه با یک اقیانوس ماگما (ماده مذاب گسترده) پوشیده شده بود. با خنکشدن این اقیانوس، کانیها کریستالیزه شده و بر اساس چگالی از هم جدا شدند: فازهای سنگین فرو رفتند و گوشته را ساختند و کانیهای سبکتر شناور ماندند و پوسته را تشکیل دادند. اما برخی عناصر — پتاسیم، عناصر نادر خاکی و فسفر — در آخرین مایعاتِ تکاملیافته باقی ماندند. این مجموعه عناصر به اختصار KREEP نامیده میشود (Potassium-K، Rare Earth Elements-REE، Phosphorus-P).
KREEP منبع گرمای رادیواکتیو است و آزادسازی گرمای ناشی از آن میتواند فعالیتهای طولانیمدت آتشفشانی را تغذیه کند؛ تمرکز زیاد KREEP در نیمرخ نزدیک (سمتی که رو به زمین است) فکر میشود محرک فورانهای عظیم مارهای (دشتهای تاریک آتشفشانی) باشد که از زمین قابل رؤیتاند. در مقابل، نیمرخ دور ضخامت پوسته بیشتری را حفظ کرد و چالهها و دهانههای بیشتری داشت و دشتهای آتشفشانی کمتری روی آن دیده میشود.
یکی از معماهای دیرپا این است که چرا KREEP به شکل نامتقارن در نیمرخ نزدیک متمرکز شد؟ تحلیل جدید SPA از مدلی پشتیبانی میکند که در آن پوسته نیمرخ دور در اوایل تاریخ ماه بهطور قابلتوجهی ضخیمتر شد. این ضخیمشدن باقیمانده ماگما را — که غنی از KREEP بود — به سمت نیمرخ نازکتر نزدیکتر فشرده کرد و تنها لکههای پراکندهای از KREEP را زیر برخی بخشهای پوسته نیمرخ دور باقی گذاشت. به نظر میرسد برخورد SPA یکی از این نواحی مرزی را بریده است.
حوضه جنوبقطب–ایتکن روی ماه، بر پایه دادههای کاگیا از JAXA. نمای دیدهشده در زاویهٔ −۴۵ درجه. حلقه سیاه تقریباً تخمینی قدیمی است؛ حلقههای بیضوی بنفش و خاکستری حلقه داخلی و خارجی دهانه را دنبال میکنند (Ittiz/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0)
دادههای دورسنجی یک نابرابری شیمیایی در سراسر SPA را نشان میدهند: بالغربی (غربی) غلظت توریم بالاتری دارد — که یک ردیاب برای KREEP است — در حالی که سمت شرقی این نشان را ندارد. این تضاد با ایدهای سازگار است که حوضه از مرز میان جیبهای غنی از KREEP و پوسته معمولیتر نیمرخ دور عبور کرده است. اگر تیمهای آرتمیس نمونههایی از لبه جنوبی جمعآوری و به زمین بازگردانند، آزمایشهای آزمایشگاهی میتوانند مستقیماً بررسی کنند که آیا برخورد مواد غنی از KREEP را بیرون آورده یا نمونههایی از گوشته ژرفتر را نمایان کرده است.
تحلیلهای ایزوتوپی، سنسنجی رادیومتریکی و اندازهگیریهای عناصر فرار و نادر خاکی روی این نمونهها میتواند چارچوبهای نظری درباره رشد پوسته، تکامل اقیانوس ماگمایی و پیدایش تقارن یا عدم تقارن نیمکرهای را به آزمایشهای قابل قبول علمی تبدیل کند.
چرا سایتهای فرود آرتمیس یک معدن زمینشناسی ارزشمندند
معماری مأموریتی ناسا برای آرتمیس هدف دارد انسانها را دوباره به سطح ماه بازگرداند و نمونهها را به زمین بیاورد. فرود نزدیک به لبه جنوبی SPA میتواند بهطور ویژه پربار باشد: فضانوردان در ماموریتهای پیادهروی فضایی (EVA) میتوانند لیتولوژیهای متنوعی — از جمله مذابهای برخوردی، بریشهای مذابی و سنگهای منشأ گرفته از گوشته — گردآوری کنند که با هم داستانی مستند و با محدودیتهای سخت از رویداد شکلگیری حوضه و تمایز اولیه ماه روایت میکنند.
آرتمیس I با موفقیت از مرکز فضایی کندی در ۱۶ نوامبر ۲۰۲۲ پرتاب شد. (بیل اینگالز)
نمونههای بازگرداندهشده به زمین به ژئوشیمیدانان امکان میدهد تا فراوانیهای KREEP، ساعتهای ایزوتوپی و تاریخچههای شوک را اندازهگیری کنند — که میتواند مدلهای نظری رشد پوسته، تکامل اقیانوس ماگما و عدم تقارن نیمکرهای را به علم قابل آزمون تبدیل نماید. به عبارت دیگر: نمونههای SPA میتوانند سرانجام پاسخ دهند که چگونه ماه از یک کره مذاب به آن دنیای دوچهرهای که امروز میبینیم تکامل یافته است.
از منظر عملیاتی، فرود در نزدیکی لبههای بالاران نیز فواید ایمنی و علمی دارد: وجود رگهها و پشتههای سنگی متنوع، امکان انتخاب نمونههای نماینده با بافتها و ترکیبهای متفاوت را فراهم میآورد؛ در عین حال توپوگرافی نسبتاً شناختهشده و نقشههای ارتفاعی دقیق، عملیات حرکت سطحی و بازگشت به کاوشگر را تسهیل میکنند.
دیدگاه کارشناسی
«اینکه مشخص شد برخورد احتمالاً از سمت شمال نزدیک شده است، SPA را نه فقط بهعنوان یک زخم کهن، بلکه بهعنوان یک مته طبیعی که مواد ژرفتر را آشکار کرده بازتعریف میکند»، میگوید دکتر النا وارگاس، ژئوفیزیکدان ماه در آزمایشگاه فرضی مواد سیارهای. «اگر خدمهٔ آرتمیس سنگهایی از لبهٔ جنوبی جمعآوری کنند، ممکن است نخستین نمونههای مستقیم از پوستهٔ پایین یا حتی بخش بالایی گوشتهٔ ماه را بهدست آوریم — موادی که از زمان تشکیل این حوضه بیش از چهار میلیارد سال پیش در دسترس نبودهاند.»
ترکیب بهروز شدهٔ هندسهٔ حوضه، نشانههای ژئوشیمیایی دورسنجی و برنامهریزی مأموریتهای انسانی پیشرو، SPA را به یکی از اهداف بسیار امیدوارکننده در علوم سیارهای تبدیل کرده است. همانطور که برنامههای بازگرداندن نمونهها از طرحها به سختافزار و مأموریتهای واقعی حرکت میکنند و خدمهٔ انسانی برای راهرفتن در بزرگترین فرورفتگی نیمرخ دور ماه آماده میشوند، ممکن است ماه بهزودی پاسخهایی را آشکار کند که از دوران شکلگیری منظومهٔ شمسی در سنگها قفل شده بودند.
این پژوهش در نشریه Nature منتشر شده است.
آرتمیس I با موفقیت از مرکز فضایی کندی در ۱۶ نوامبر ۲۰۲۲ پرتاب شد. (بیل اینگالز)
منبع: sciencealert
ارسال نظر