9 دقیقه
مدت‌ها در یک خزانه مهر و موم شده با هلیوم نگهداری شده بود، اما گوشه‌ای از مواد مأموریتی آپولو 17 سرنخ غیرمنتظره‌ای دربارهٔ آغاز سامانهٔ خورشیدی آشکار کرده است. ذرات ریز تروئلیت — یک کانی آهن-گوگرد — الگوی ایزوتوپی گوگردی از خود نشان می‌دهند که در نمونههای قمری قبلی دیده نشده بود. این ناهنجاری می‌تواند به شیمی جوی در ماه نوزاد اشاره کند یا حتی به ماده‌ای حفظ‌شده از جسم سیارهای که در ساخت ماه نقش داشته است.
یادگار پنهان از آپولو 17
در جریان مأموریتهای آپولو در اواخر دههٔ ۱۹۶۰ و اوایل دههٔ ۱۹۷۰، فضانوردان ۳۸۲ کیلوگرم (۸۴۲ پوند) سنگ و خاک قمری را به زمین بازگرداندند. برخی از این نمونه‌ها عمداً در شرایط فوق‌العاده پاک و تحت اتمسفر محافظ نگهداری شدند — در ظرف‌هایی مهر و موم‌شده برای مطالعهٔ آینده، زمانی که تکنیکهای آزمایشگاهی پیشرفته‌تر باشند. یکی از این نمونههای محفوظ که با کد درایو تیوب 73001/2 از مأموریت آپولو 17 فهرست شده است، اخیراً کانون یک مطالعهٔ ایزوتوپی دقیق شده است.
دانشمند سیارهای جیمز داتین و همکارانش در دانشگاه براون با استفاده از طیفسنجی جرمی با دقت بالا ایزوتوپهای گوگرد را در قطعاتی از تروئلیتِ آن تیوب بررسی کردند. تروئلیت (FeS) در شهاب‌سنگ‌ها و سنگ‌های قمری معمول است؛ گوگرد درون تروئلیت اثرانگشت‌های ایزوتوپی را حفظ میکند که محیط شیمیایی شکلگیری آن را ثبت میکند. تیم پژوهشی دانه‌هایی را هدف قرار داد که به ظاهر منشأ آتشفشانی داشتند و انتظار داشتند امضای گوگردی همگانی از منابع گوشتهٔ قمری را تأیید کنند.
هریسون شمت، خلبان ماژول قمری آپولو 17، در حال استفاده از بیلچهٔ جمع‌آوری نمونه بر روی ماه.
اثرانگشت‌های ایزوتوپی غیرمنتظره
ایزوتوپ‌ها اتم‌هایی از یک عنصر هستند که شمار نوترون‌های متفاوتی دارند؛ فراوانی نسبی آن‌ها مانند بارکدی شیمیایی عمل میکند و مسیرها و محیط‌های شکلگیری را آشکار می‌سازد. در بخش‌هایی از نمونهٔ تروئلیت آپولو، پژوهشگران سطحی از غنای ایزوتوپ گوگرد-33 را کمی بالاتر از حد معمول یافتند — الگویی که با فرایندهای گاززدایی آتشفشانی در ماه سازگار است. اما در دانههای دیگری الگوی معکوسی دیده شد: کاهش برجسته‌ای در گوگرد-33 که پیش از این در مواد قمری اندازهگیری نشده بود.
پیش از این کشف، ترکیب ایزوتوپی گوگرد گوشتهٔ ماه تصور می‌شد که شباهت نزدیکی به زمین داشته باشد. تیم داتین مقادیری یافت که به‌طور چشمگیری از هنجارهای زمینی فاصله دارد؛ این امر نشاندهندهٔ فرایندی متفاوت از آتشفشان‌گرایی معمول سیارهای است. کاهش گوگرد-33 به سمت پردازش فوتوشیمیایی اشاره دارد: واکنش‌های میان ترکیبات گوگرد و نور فرابنفش در یک جو نازک می‌تواند ایزوتوپهای گوگرد را به‌گونه‌ای جدا کند که امضای مشاهده‌شده پدید آید.
از منظر فنی، جداسازی ایزوتوپی توسط فوتوشیمی معمولاً زمانی رخ میدهد که مولکول‌های گوگردی در معرض تابش فرابنفش خورشید قرار گیرند و محصولات و فرآورده‌هایی با نسبتهای ایزوتوپی متفاوت تولید شود. چنین فرآیندی نیازمند وجود حداقلی از گازها در پیرامون سنگ مذاب یا سطح به‌صورت یک جو گذرا است — وضعیتی که برای ماهِ تازه‌تشکیل‌یافته در نظریهٔ اقیانوس مگمایی اولیه محتمل دانسته می‌شود.
دو سناریوی کهن — هر دو ژرف
دو تفسیر اصلی برای این سیگنال فوتوشیمیایی مطرح است و هر دو قدمت بزرگی را برای این دانه‌ها فرض میکنند. اول، امکان دارد گوگرد در خود ماه تشکیل و دگرگون شده باشد در دوره‌ای اولیه که سطح ماه را یک اقیانوس مگمایی گسترده پوشانده بود. در هنگام سرد شدن چنین اقیانوسی، گازها آزاد می‌شدند؛ گازهای حامل گوگرد می‌توانستند به یک جو گذرا وارد شوند و تحت تابش UV خورشید دگرگون شوند. دانههای متراکم‌شده که بعدها زیر سطح گرفتار شده‌اند ممکن است آن شیمی ویژهٔ ماه اولیه را ثبت کرده باشند.
دوم، احتمال تحریک‌کننده‌تر، اشاره به تیا (Theia) دارد — جسمی به اندازهٔ مریخ که مدت‌ها فرض شده با زمین برخورد کرده و ماه را پدید آورده است. در بسیاری از مدل‌ها مادهٔ پروتو-قمری به‌طور گسترده‌ای با گوشتهٔ زمین مخلوط می‌شود و ترکیب ماه را نسبتاً همگن تولید میکند. اما اگر بخش‌هایی از مادهٔ تیا جان سالم به در برده و در ماه جای گرفته باشند، آن قطعات ممکن است اثرانگشت‌های ایزوتوپی متمایزی نسبت به مادهٔ منشأ-زمینی داشته باشند. گوگرد ناهنجار می‌تواند نمونه‌ای از چنین بازمانده‌ای باشد.
هر دو سناریو پیامدهای عمیقی برای درک شکلگیری ماه و فرایندهای شیمیایی سطحی و درونی آن دارند. اگر شاهد فرایند فوتوشیمیایی باشیم، باید مکانیزم‌های تبادل فرارپذیر میان سطح و گوشته را بازبینی کنیم؛ مکانیزم‌هایی که ممکن است جنبه‌هایی را از بازیافت صفحه‌ای (plate recycling) زمین شبیه‌سازی کنند اما در یک جسم بدون جو و صفحه‌های تکتونیکی کاملاً متفاوت عمل کنند. از طرف دیگر، اگر امضا نشاندهندهٔ مادهٔ به‌جامانده از تیا باشد، شواهد مستقیم شیمیایی نادری از سهم یک جسم سیارهای دیگر در ساختار ماه در اختیار داریم.
دانشمند سیارهای جیمز داتین در حال استفاده از طیف‌سنج جرمی یونی ثانویه (Secondary Ion Mass Spectrometer - SIMS) برای تحلیل نمونههای قمری آپولو 17.
اهمیت برای مدلهای شکلگیری ماه
هر دو توضیح ذکرشده پیامدهای عمده‌ای دارند. اگر گوگرد به‌واسطهٔ پردازش فوتوشیمیایی روی ماه تغییریافته باشد، این نشان میدهد که تبادل فرارپذیر میان سطح و گوشته می‌تواند راهکارهایی پیچیده داشته باشد که تا کنون به‌خوبی شناخته نشده‌اند؛ فرایندهایی که ممکن است در مقیاسی کوچک و با ساز و کاری متفاوت از فرآیندهای زمین‌شناسی زمین عمل کنند. اما اگر گوگرد نشاندهندهٔ مادهٔ به‌ارث‌رسیده از تیا باشد، آنگاه شواهد مستقیم شیمیایی نادری داریم که نشان میدهد جسمی غیر از زمین، تکه‌هایی را به شکل سالم به ماه بخشیده است.
علاوه بر این، هر دو مسیر توضیحی چالش‌هایی جدی برای سناریوهای ساده‌ای مطرح میکنند که در آن ماه از ابرِ مخلوط‌شدهٔ آوارِ برخورد تشکیل شده است. توزیع ناهمگن ایزوتوپهای گوگرد می‌تواند دلیلی بر وجود مخازن محلی، اختلاط ناکامل یا فرآیندهای محلی‌سازی شدهٔ شیمیایی در زمان تجمع ماه باشد. این نکته برای مدل‌سازان سیارهای اهمیت دارد زیرا نشان میدهد که فرایندهای محلی و لحظه‌ای ممکن است اثرات پایدار و قابل رصدی در ترکیب شیمیایی ماه برجای گذارند.
تکنیک‌ها و گام‌های بعدی
این مطالعه بر پایهٔ تکنیکهای طیفسنجی جرمی مدرن انجام شده است که نسبت به ابزارهای موجود در دوران آپولو عملکرد بسیار بهتری دارند. دقیقاً به همین دلیل بود که برخی از نمونه‌ها کنار گذاشته شدند: تا از پیشرفت‌های آتی در آنالیزها بهره ببرند. با این حال، حتی با ابزارهای امروزی نتیجهٔ فعلی بر پایهٔ یک نمونهٔ مهر و موم‌شدهٔ واحد است. تأیید این یافته نیازمند اندازه‌گیری‌های بیشتر روی مواد قمری و ترجیحاً نمونههای دستنخوردهٔ اضافی است که توسط مأموریتهای آینده بازگردانده خواهند شد.
پژوهشگران پیشنهاد میکنند پی‌گیری‌ها می‌تواند شامل موارد زیر باشد: مطالعات ایزوتوپی هدفمند روی سایر نمونههای محفوظ آپولو؛ مطالعات مقایسهای تروئلیت در شهاب‌سنگ‌ها و مواد پرتابی قمری؛ و در درازمدت مأموریتهای بازگردانی نمونه به نواحی که احتمال حفظ مواد قدیمی گوشتهٔ قمری در آن‌ها بیشتر است. آزمایش‌های آزمایشگاهی موازی که فرایندهای فوتوشیمیایی را در شرایط جو نازک شبیه‌سازی میکنند نیز به آزمون فرضیهٔ تبخیر-تراکم دوباره کمک میکنند.
از نظر فنی، آزمایش‌های بعدی باید استانداردهای تمیزی نمونه را در اولویت قرار دهند و از روشهای کنترل آلودگی چندمرحله‌ای استفاده کنند: بررسی‌های متقابل در آزمایشگاههای مستقل، استفاده از استانداردهای مرجع ایزوتوپی و اجرای تحلیل‌های موازی با روش‌هایی مانند MC-ICP-MS و SIMS برای کاهش احتمال خطای آنالیتیگی. همچنین نمونه‌گیری میدانی یا بازگردانی نمونهٔ تازه از مناطق ژئوشیمیایی متفاوت ماه می‌تواند توزیع فضایی ایزوتوپی‌ها را روشن‌تر سازد.
دیدگاه کارشناسی
«کشف‌هایی مانند این یادآور می‌شوند که حتی نمونههای کوچک و مهر و موم‌شده می‌توانند مفروضات دیرپای ما را واژگون کنند»، دکتر النا مورالس، یک زمین‌شناس شیمیایی سیارهای فرضی در یک دانشگاه معتبر پژوهشی، می‌گوید. «الگوهای ایزوتوپی به شیمی‌ای اشاره دارند که انتظارش را روی ماه نداشتیم. چه ردّی از تیا باشد و چه سیگنالی از یک جو گذرا، ما به یک ابزار مستقیم برای کاوش رویدادهایی از حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش دست یافته‌ایم.» او اضافه میکند که کارهای هماهنگ ایزوتوپی میان چندین آزمایشگاه برای ردّ آلودگی یا آثار مشخصهٔ آزمایشگاهی حیاتی خواهد بود.
گام بعدی در علم قمری چیست؟
مقالهٔ تازه — منتشرشده در JGR Planets — تلنگری است برای بازنگری در مواد ذخیره‌شدهٔ قمری با چشمی تازه. این تحقیق همچنین ارزش حفظ نمونه‌ها برای ابزارهای آینده را تأکید میکند. روشن کردن اینکه آیا گوگرد عجیب‌وغریب منشأ قمری داشته یا از یک خواهر سیارهای اکنون گم‌شده آمده است، زمان، نمونههای بیشتر و آزمایش‌های بین‌رشته‌ای می‌طلبد. با این همه، یافتهٔ فعلی به‌عنوان رشته‌هایی از نان برای بازگشت به عصر آشفته و پُرنشاطی عمل میکند که سیارات زمینی در آن شکل گرفتند.
در نهایت، این کشف نمونهٔ خوبی از اهمیت سرمایه‌گذاری طولانی‌مدت در نگهداری نمونههای سیارهای و پیشبرد روشهای آنالیتیگی است. ترکیب پژوهش‌های صحرایی، آزمایشگاهی و نظری همراه با مأموریتهای بازگردانی نمونه جدید، می‌تواند کلید فهم بیشتر دربارهٔ منشاء ایزوتوپی گوگرد، تاریخچهٔ فرارپذیرها و فرایندهای شیمیاییِ پایه‌ای در منظومهٔ خورشیدی باشد.
منبع: sciencealert
نظرات
نووا_ای
نمی‌خوام بدبین باشم ولی یک نمونه یعنی خیلی کم، دارن بزرگش میکنن؟ ناامید کننده اگه تکرار نشه و نتونن تأیید کنن
مهدی
خیلی خوبه که نمونه‌ها نگه داشته شدند؛ فقط امیدوارم تحلیل‌های آینده مستقل باشن و خطاهای آنالیتیکی کامل رد بشه
لابکور
تو آزمایشای ما هم ایزوتوپ‌ها همیشه غافلگیر میکنن، حس می‌کنم این کشف کلیدیه ولی کار بیشتری لازمِ، بررسی‌های مستقل مهمه
توربو
این واقعاً از آپولو 17ه؟ یا امکان آلودگی آزمایشگاهی وجود داره؟ یه نمونه‌تنها خیلی کم نیست؟
بلاک‌تون
احتمال فوتوشیمیایی قانع‌کننده ست، اما باید نمونههای بیشتری ببینیم همین الان هم نمیشه قطعی گفت
دیتاپالس
وااای انتظار نداشتم یک ذرهٔ کوچک این‌قدر داستانِ بزرگ بگه... اگر تیا اثر گذاشته باشه، این یعنی تاریخ زمین یه فصل جدید داره
ارسال نظر