راز هسته ماه: پایان دهه ها جدل درباره ساختار داخلی ماه

اسرار درون ماه: گره‌گشایی از جدال چندین دهه‌ای

ساختار داخلی ماه همواره توجه دانشمندان و علاقه‌مندان به نجوم را به خود جلب کرده است. در حالی‌ که افسانه‌های قدیمی ماه را از پنیر می‌پنداشتند، ترکیب واقعی هسته این قمر طبیعی تا همین اواخر یکی از بزرگ‌ترین معماهای علم فضایی بود. اکنون، مطالعه‌ای شاخص که در ماه مه ۲۰۲۳ منتشر شده است، به طور قطعی نشان می‌دهد که ماه دارای یک هسته داخلی جامد با چگالی نزدیک به آهن است و این یافته نگرش ما نسبت به تحول ماه و تاریخ اولیه منظومه شمسی را دگرگون می‌کند.

کاوش ساختار زیرسطحی ماه: از آپولو تا مدل‌های نوین

برای درک ژرفای درون ماه، فراتر از مشاهدات تلسکوپی نیاز است. دانشمندان سیاره‌شناس از داده‌های لرزه‌ای—ثبت چگونگی عبور امواج ارتعاشی از لایه‌های مختلف اجرام آسمانی—برای کشف ساختار پنهان سیارات و قمرها استفاده می‌کنند. ماموریت‌های آپولو در دهه ۱۹۶۰ و ۷۰ لرزه‌نگارهایی را روی ماه قرار دادند. داده‌های ارزشمندی درباره زلزله‌های ماه و ساختار آن به دست آمد اما این داده‌ها هنوز برای تعیین قطعی حالت هسته ماه کفایت نمی‌کردند.

اگرچه شواهدی از وجود هسته خارجی مایع مشابه زمین یافت شده بود، وضعیت مرکز ماه برای سال‌ها مبهم باقی ماند. مدل‌های مختلفی پیشنهاد شده بودند که هم هسته‌ای کاملاً مایع و هم حوزه‌ای جامد در مرکز را محتمل می‌دانستند اما داده‌های ناقص لرزه‌ای هر دو نظریه را حمایت می‌کردند.

دستاوردی بزرگ: روش‌های نوین و بینش عمیق‌تر

جهت رفع این معما، تیمی چندرشته‌ای به سرپرستی آرتور بریو از مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه مجموعه‌ای کامل از روش‌ها را به کار گرفتند. این گروه داده‌های لرزه‌ای و گرانشی حاصل از ماموریت‌های فضایی، تجارب شناسایی ماه با لیزر و رصدهای حرکت مداری ماه را ترکیب و بررسی کردند. با مدل‌سازی واکنش ماه به جاذبه زمین، تغییرات فاصله آن با زمین و نحوه توزیع جرمش، پروفایلی دقیق‌تر از ساختار داخلی ماه ترسیم شد.

با شبیه‌سازی‌های پیشرفته روی ترکیب‌های مختلف هسته‌ای، مدل‌هایی که بهتر با مشاهدات ماه سازگاری داشتند، به وقوع «واژگونی فعال» در عمق گوشته ماه اشاره می‌کنند. طی این فرآیند، مواد چگال‌تر به سمت مرکز ماه نزول و عناصر سبک‌تر به بالا حرکت می‌کنند که دلیل پراکندگی برخی عناصر در سنگ‌های آتش‌فشانی ماه نیز هست. یافته‌های جدید این سناریو را تایید و تقویت می‌کند؛ لذا به تبیین تحول درونی ماه طی میلیاردها سال یاری می‌رساند.

شباهت ماه با زمین: ابعاد و چگالی هسته

بزرگ‌ترین دستاورد مطالعه بریو، آشکار شدن شباهت قابل توجه ساختار داخلی ماه با زمین است. مدل برتر نشان می‌دهد که ماه دارای یک لایه بیرونی مایع با شعاع حدود ۳۶۲ کیلومتر است که هسته داخلی جامدی به ضخامت تقریبی ۲۵۸ کیلومتر را احاطه می‌کند—یعنی حدود ۱۵ درصد از شعاع کل ماه.

برآورد می‌شود چگالی میانگین هسته داخلی حدود ۷۸۲۲ کیلوگرم بر متر مکعب باشد که به چگالی آهن بسیار نزدیک است. این نتیجه با یافته‌های سال ۲۰۱۱ تیم ناسا که با تحلیل پیشرفته لرزه‌ای هسته داخلی جامد ماه را با اندازه و چگالی مشابه تخمین زده بود، کاملاً همخوانی دارد.

بریو و همکارانش تاکید دارند که مطالعه آن‌ها نه تنها فرضیه وجود هسته داخلی جامد را تایید می‌کند بلکه شباهت ساختار ماه با زمین را پررنگ‌تر می‌سازد. این موضوع پیامدهای مهمی برای درک علت و زمان از دست رفتن میدان مغناطیسی ماه دارد.

پیامدها برای مغناطیس ماه و سال‌های اولیه منظومه شمسی

تحلیل سنگ‌های باستانی ماه نشان می‌دهد این قمر زمانی میدان مغناطیسی قوی و فعالی داشته که ناشی از حرکت و همرفت مواد مذاب در هسته فلزی آن بوده است. این میدان مغناطیسی حدود ۳.۲ میلیارد سال پیش رو به کاهش رفت اما جزئیات دقیق این رخداد ناشناخته باقی مانده بود.

با تایید وجود اجزای جامد و مایع در هسته ماه، مشابه آنچه در زمین دیده می‌شود، دانشمندان دید دقیقی بر فرآیند «دینامو» و تولید مغناطیس ماه به دست آورده‌اند. این شناخت، نه تنها جنبه‌هایی از زمین‌شناسی و تاریخ ماه را توضیح می‌دهد بلکه سرنخ‌های ارزشمندی درباره تحول اجرام سنگی دیگر منظومه شمسی در اختیار می‌گذارد.

نگاهی به آینده: چشم‌انداز کاوش‌های ماه

با افزایش توجه جهانی به ماه و برنامه‌ریزی ماموریت‌های جدید، این یافته‌ها در برهه‌ای حساس عرضه شده‌اند. انتظار می‌رود ابزارهای لرزه‌ای پیشرفته که توسط فضانوردان یا ربات‌های ماموریت‌های آینده روی ماه مستقر خواهند شد، داده‌های ساختار داخلی ماه را دقیق‌تر و غنی‌تر کنند. چنین پیشرفت‌هایی سطح دانش ما از ماه را ارتقا می‌دهد و می‌تواند رازهای بیشتری درباره تمایز سیارات، میدان‌های مغناطیسی و تاریخچه اولیه منظومه شمسی آشکار سازد.

نتیجه‌گیری

تایید وجود یک هسته داخلی آهنی و جامد در ماه، گامی تحول‌آفرین در دانش سیاره‌شناسی محسوب می‌شود. با حل یکی از بنیادی‌ترین سوالات درباره ساختار ماه، نه تنها جنبه‌ای کلیدی از تاریخ این قمر کشف شد بلکه دانش ما درباره پیدایش و تحول اجرام منظومه شمسی نیز ارتقا یافت. در حالی که بشر آماده بازگشت به ماه می‌شود، این دستاورد علمی راهنمای نسل جدیدی از کاوش‌ها و اکتشافات خواهد بود.