برای دهه‌ها، پیچش عجیبی در تاریخ ماه، دانشمندان را مجذوب خود کرده است. در آخرین مراحل شکل گیری، گوشته ماه احتمالاً معکوس شده است: مواد معدنی که در بالا تشکیل شده اند در فرآیندی به نام واژگونی گوشته به پایین فرو می روند. این ایده از شبیه‌سازی‌های مبتنی بر تجزیه و تحلیل سنگ‌های ماه که توسط ماموریت‌های آپولو بازگردانده شده بود، نشأت گرفت، اما یک مطالعه جدید منتشر شده در علوم زمین طبیعت اولین شواهد را برای حمایت از این نظریه ارائه می دهد.
چهار و نیم میلیارد سال پیش، مجموعه‌ای از گازها و سنگ‌ها – بقایای یک برخورد عظیم بین زمین و یک جسم دیگر – به شکل یک توپ مذاب که به ماه تبدیل می‌شود، ذوب شد. سطح ماه در ابتدا از اقیانوس وسیعی از ماگما تشکیل شده بود. با سرد شدن، یک فرآیند مرتب سازی طبیعی آغاز شد. ابتدا فلزات جامد شدند و هسته ماه را تشکیل دادند. سپس مواد معدنی شروع به متبلور شدن کردند و مواد چگال تر به سمت مرکز فرو رفتند و مواد سبک تر به سطح بالا آمدند تا پوسته اولیه ماه را تشکیل دهند.
اما در مراحل پایانی تبلور، اتفاق عجیبی رخ داد. بخش کوچکی از ماگمای باقی مانده در گوشته بالایی متبلور شده و لایه ای از ایلمنیت را تشکیل می دهد که یک ماده معدنی غنی از تیتانیوم متراکم تر از سنگ زیرین است. دانشمندان بر این باورند که این لایه در نهایت غرق شد و اساساً گوشته را وارونه کرد. گفت: “شما باید قسمت بالای مانتو پایین بیاید، و سپس هر چیزی که زیر آن بود بالا می آید.” آدرین بروک از مرکز هوافضای آلمان در برلین، که تحقیقات جدید را در دوران فوق دکتری خود در دانشگاه آریزونا رهبری کرد.
دانشمندان بر این باورند که پس از غرق شدن، مقداری از ایلمنیت ذوب شد و در نهایت به عنوان جریان‌های گدازه‌ای غنی از تیتانیوم که توسط فضانوردان آپولو برداشته شد، به سطح بازگشت. این نظریه پیشرو در 50 سال گذشته بوده است، اما شواهدی برای روند غرق شدن وجود ندارد.
مجموعه ای از شواهد
محققان دریافتند که ماموریت GRAIL (بازیابی جاذبه و آزمایشگاه داخلی) ناسا، که بیش از یک دهه پیش پرواز کرد، ممکن است تصویری از بقایای فرآیند غرق شدن ایلمنیت را ثبت کرده باشد. در سال 2012، GRAIL از دو فضاپیما برای اندازه گیری تغییرات کوچک در کشش گرانشی ماه استفاده کرد. او یک الگوی چند ضلعی از ناهنجاری های گرانشی را کشف کرد که توسط سنگ های متراکم احاطه کننده ماریا قمری، تکه های تیره بازالت در سمت نزدیک سطح ماه ایجاد شده است.
اگرچه دانشمندان با اشکال چند ضلعی آشکار شده توسط GRAIL متحیر بودند، اما تا زمانی که یکی از اعضای تیم مطالعه جدید یک سری شبیه‌سازی کامپیوتری از نحوه رفتار یک لایه ایلمنیت در حال غرق شدن انجام داد و این دو را به هم متصل کردند. اشکال ایجاد شده توسط ایلمنیت در حال غرق شدن در شبیه سازی ها با آنچه که داده های گرانش نشان می دهد مطابقت دارد.
به گفته محققان، سنگ های متراکم مشاهده شده توسط GRAIL احتمالا آخرین بقایای لایه ایلمنیت هستند که به طور یکنواخت فرو نرفتند. در عوض، به دلیل ضخامت گوشته زیرین، ایلمنیت به ورقه های مسطح تجزیه می شود که در مجموعه ای از ساختارهای آبشاری به پایین فرو می روند. این “آبشارها” در نهایت با سرد شدن در جای خود یخ زدند و شکل منحصر به فرد خود را برای میلیاردها سال حفظ کردند.
اگر درست باشد، داده های گرانش اولین مدرک فیزیکی برای وجود لایه ایلمنیت خواهد بود.
این یکی از مهم‌ترین سیگنال‌های گرانشی است که روی ماه داریم و کاملاً غیرقابل توضیح بود.»
بروک گفت: “این یکی از مهم ترین سیگنال های گرانشی است که ما روی ماه داریم و کاملاً غیرقابل توضیح بود.” “این کمک زیادی به مدل سازی آینده این فرآیند خواهد کرد.”
دانشمندان بر این باورند که ساختارهای به جا مانده از آبشار ایلمنیت می تواند به آنها در مورد ویژگی های گوشته ماه در زمان شکل گیری، به ویژه ویسکوزیته گوشته بگوید. بروک گفت: “این ایلمنیت ها در گوشته فرو می روند، اما با سرد شدن ماه، برخی از این آبشارها یخ می زنند.” او این فرآیند را با گرم کردن مایع غلیظی مانند عسل در یک قابلمه مقایسه می‌کند: با گرم‌تر شدن، سریع‌تر جریان می‌یابد و حباب‌های کوچک‌تری تشکیل می‌دهد. اگر ناگهان سرد شود و حباب ها باقی بمانند، می توانند سرعت جریان مایع را آشکار کنند. به همین ترتیب، هندسه آبشارهای یخ زده ایلمنیت می تواند به دانشمندان بگوید که گوشته ماه میلیاردها سال پیش چقدر راحت جریان داشته است.
او گفت: این ایده بسیار جالب است، اما اثبات یا رد آن بسیار دشوار است جیمز تاتل کین، یک دانشمند سیاره‌شناسی در آزمایشگاه رانش جت ناسا که در مطالعه جدید شرکت نداشت. (کین مشاور علمی است Eos.او گفت: «شما می‌توانید مدل‌های زیادی برای توضیح مشاهدات گرانش بسازید، و بنابراین استفاده از داده‌های گرانش برای از بین بردن این چیزها دشوار است». کین افزود، مشاهدات اضافی می تواند این ایده ها را مورد آزمایش قرار دهد، چه از مدل سازی، تجزیه و تحلیل داده های گرانشی یا در حالت ایده آل، نشان دهد که نمونه های این مناطق دارای ژئوشیمی متفاوت هستند.
کی و کجا
محققان با بررسی سن حوضه های برخوردی ماه، رویداد غرق شدن ایلمنیت را تعیین کردند. آبشارهای ایلمنیت توسط قدیمی‌ترین حوضه‌های برخوردی نزدیک ماه، که حدود 4.22 میلیارد سال پیش تشکیل شده‌اند، مختل می‌شوند، که نشان می‌دهد این آبشارها زودتر تشکیل شده‌اند. به گفته نویسندگان، زمان غرق شدن با یک انفجار بعدی از فعالیت های آتشفشانی که جریان های گدازه غنی از تیتانیوم را که توسط ماموریت های آپولو جمع آوری شده بود، به سطح آورد.
GRAIL هیچ ناهنجاری مشابهی در سمت دور ماه که پوسته ضخیم تری دارد، پیدا نکرد. این می تواند به این معنی باشد که ویژگی ها وجود دارند، اما در عمقی که GRAIL نمی تواند آنها را شناسایی کند. احتمال دیگر این است که لایه ایلمنیت هرگز در سمت عقب تشکیل نشده است. بروک توضیح داد: یا شاید شکل گرفته اما به کشوری نزدیک مهاجرت کرده است.
یکی از دلایل بالقوه چنین مهاجرتی می تواند یک تأثیر بزرگ باشد، مانند آنچه که حوضه قطب جنوب-آیتکن را در سمت دور ماه تشکیل داد. اگر چنین برخوردی هنگام متبلور شدن ماه اتفاق بیفتد، که به گفته براک احتمالاً وجود دارد، شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که چنین برخوردی می‌تواند باعث حرکت توده‌ای به سمت پاد پاد حوضه شود، «که دقیقاً همان جایی است که ما ایلمنیت را در کشور نزدیک می‌بینیم». بروک افزود: محل فرود هدف ماموریت خدمه آرتمیس III ناسا به ماه، حوضه قطب جنوب-آیتکن است که فرصتی برای جمع آوری نمونه هایی فراهم می کند که می تواند به آزمایش این ایده ها کمک کند.
– خاویر باربوزانو (@javibarbuzano)، نویسنده علم