درون ماه چه خبر است؟

مخاطب۲۴- تحقیقات جامعی که در ماه مه ۲۰۲۳ منتشر شد، نشان داد که هسته داخلی ماه در واقع یک گوی جامد با چگالی مشابه آهن است. محققان امیدوارند این یافته به حل یک بحث طولانی مدت در مورد اینکه آیا هسته داخلی ماه جامد است یا مذاب، کمک کند و منجر به درک دقیق‌تری از تاریخچه درون ماه و در نتیجه منظومه شمسی شود.
کشف مواد درون ماه چه کمکی به علم نجوم می‌کند؟

طبق گفته گروهی به رهبری آرتور بریو، اخترشناس مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه، نتایج ما با اثبات وجود هسته داخلی، تردید‌هایی درباره‌ی تکامل میدان مغناطیسی ماه ایجاد کرده و از سناریوی همرفت سراسری گوشته ماه پشتیبانی می‌کند که بینش قابل توجهی درباره جدول زمانی بمباران‌های قمری در چند میلیارد سال اولیه منظومه شمسی به ما می‌دهد. موضوعی که می‌تواند یکی از مهمترین اکتشافات منظومه شمسی بشر لقب بگیرد.

مؤثرترین راه برای بررسی ترکیب داخلی اجرام در منظومه شمسی، استفاده از داده‌های لرزه‌ای است. نحوه حرکت و انعکاس امواج صوتی ناشی از زلزله‌ها از مواد درون یک سیاره یا ماه می‌تواند به دانشمندان در ایجاد نقشه دقیقی از درون آن جرم کمک کند.
ما داده‌های لرزه‌ای ماه که توسط ماموریت آپولو گرد آمده را در اختیار داریم، اما دقت آن برای تعیین دقیق وضعیت هسته داخلی کافی نیست. می‌دانیم که یک هسته خارجی مایع وجود دارد، اما این‌که چه چیزی را در برمی‌گیرد، همچنان مورد بحث است. مدل‌های مربوط به هسته داخلی جامد و هسته مایع، هر دو با داده‌های آپولو مطابقت دارند.

برای حل قطعی این مسئله، بریو و همکارانش با جمع آوری داده‌ها از مأموریت‌های فضایی و آزمایش‌های «تلسکوپ لیزری ماه»، پروفایلی از ویژگی‌های مختلف ماه گردآوری کردند. این ویژگی‌ها شامل میزان تغییر شکل ماه در اثر برهم‌کنش گرانشی آن با زمین، تغییر در فاصله‌ی آن از زمین و چگالی آن است.

در مرحله بعد، آن‌ها با استفاده از انواع مختلف هسته، مدل‌سازی‌هایی انجام دادند تا ببینند کدام مدل با داده‌های شهودی مطابقت بیشتری دارد.
آن‌ها به یافته‌های جالبی دست پیدا کردند. اولاً، مدل‌هایی که بیشترین شباهت را به دانش ما درباره ماه دارند، نشان‌دهنده‌ی همرفت فعال (active overturn) در اعماق گوشته ماه هستند. این به این معنی است که مواد متراکم‌تر درون ماه به سمت مرکز فرومی‌ریزند و مواد با تراکم کمتر به سمت بالا حرکت می‌کنند. این فعالیت برای مدت‌ها به عنوان روشی برای توضیح وجود عناصر خاصی در نواحی آتشفشانی کره ماه پیشنهاد شده بود. تحقیقات این گروه، مدرک دیگری را به نفع این فرضیه اضافه می‌کند.

دوماً، آن‌ها دریافتند که هسته ماه با یک لایه‌ی بیرونی مذاب و یک لایه‌ی داخلی جامد شباهت زیادی به هسته زمین دارد. بر اساس مدل‌سازی آن‌ها، لایه‌ی بیرونی هسته شعاعی حدود ۳۶۲ کیلومتر (۲۲۵ مایل) و لایه‌ی داخلی شعاعی حدود ۲۵۸ کیلومتر (۱۶۰ مایل) دارد. این تقریباً ۱۵ درصد کل شعاع ماه است.

تیم تحقیق دریافتند که چگالی هسته داخلی حدود ۷۸۲۲ کیلوگرم بر متر مکعب است. این عدد بسیار نزدیک به چگالی آهن است.
جالب اینجاست که در سال ۲۰۱۱، تیمی به رهبری رنه وبر، دانشمند علوم سیاره‌ای NASA Marshall، با استفاده از جدیدترین تکنیک‌های لرزه‌شناسی آن زمان روی داده‌های آپولو برای مطالعه هسته ماه، نتیجه‌ای مشابه به دست آوردند. آن‌ها شواهدی از یک هسته داخلی جامد با شعاعی حدود ۲۴۰ کیلومتر و چگالی حدود ۸۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب پیدا کردند.

بریو و تیمش می‌گویند که نتایج آن‌ها یافته‌های قبلی را تایید می‌کنند و مدرکی قوی برای وجود هسته‌ای شبیه به زمین در ماه است. این یافته پیامد‌های جالبی برای تکامل ماه دارد.

ماه مدت کوتاهی پس از شکل‌گیری، میدان مغناطیسی قدرتمندی داشته که از ۳.۲ میلیارد سال پیش قدرت آن رو به کاهش بوده است. این میدان مغناطیسی توسط حرکت و همرفت (جریان گرمایی) در هسته ایجاد می‌شود، بنابراین ترکیب هسته ماه ارتباط عمیقی با چگونگی و علت ناپدید شدن میدان مغناطیسی آن دارد.

با توجه به امید بشر برای رفتن به ماه در آینده‌ای نسبتاً نزدیک، شاید زمان زیادی برای تایید صحت این یافته‌ها با استفاده از داده‌های لرزه‌نگاری (مربوط به امواج لرزشی) نیاز نباشد.