محققان راز دو روی متفاوت ماه را کشف کردند

محققان ترکیب شیمیایی سه نوع سنگ ماه را بررسی کردند: آنورتوزیت‌ها، سنگ‌های Mg-suite و بازالت‌های دریایی. آن‌ها این نمونه‌ها را از دور پنهان ماه با موادی که در طول مأموریت‌های آپولو و چانگ‌ئه-5 از سمت نزدیک ماه جمع‌آوری شده بودند، مقایسه کردند. یافته‌های آن‌ها نشان می‌دهد که تفاوت‌های چشمگیر ماه از طریق گردش گسترده حرارت‌محور در اقیانوس ماگما (LMO) باستانی آن، پس از قفل شدن گرانشی ماه به زمین، ایجاد شده است.

چرا دو روی ماه اینقدر متفاوت هستند

سمت ماه رو به زمین، تفاوت‌های چشمگیری با نیمکره‌ای که به‌طور دائم از ما دور است، دارد. سمت نزدیک دارای دشت‌های وسیعی از بازالت‌های تاریک آتشفشانی و غلظت‌های نسبتاً بالای پتاسیم، عناصر خاکی کمیاب و فسفر (KREEP) است. در مقابل، دور پنهان توسط دشت‌های باستانی و به‌شدت دهانه‌دار تسلط دارد که دارای پوسته ضخیم‌تر و دشت‌های آتشفشانی کمی هستند.

دانشمندان دهه‌هاست که در مورد منشأ این ساختار ناهموار بحث می‌کنند. توضیحات پیشنهادی شامل تفاوت در نحوه گردش اقیانوس ماگما اولیه، یک برخورد عظیم، گرمایش ناشی از جزر و مد گرانشی و توسعه ناهموار پوسته ماه است. با این حال، هیچ‌کدام از این ایده‌ها به طور کامل مورد پذیرش جهانی قرار نگرفته‌اند.

یک سوال مهم دیگر همچنان بی‌پاسخ مانده است. اگرچه تضادها بین دو نیمکره به وضوح در سطح و در داخل پوسته قابل مشاهده است، اما دانشمندان هنوز مطمئن نبوده‌اند که آیا تفاوت‌های مشابه به اعماق گوشته ماه نیز گسترش می‌یابد یا خیر.

نمونه‌های چانگ‌ئه-6 شباهت شگفت‌انگیزی را نشان می‌دهند

یک فرصت بزرگ برای بررسی این معما در سال 2024 فرا رسید، زمانی که چانگ‌ئه-6 به اولین مأموریتی تبدیل شد که نمونه‌هایی را از دور پنهان ماه بازگرداند. برای اولین بار، دانشمندان می‌توانستند به‌طور مستقیم سنگ‌های جمع‌آوری‌شده از هر دو نیمکره ماه را مقایسه کنند.

تجزیه و تحلیل نشان‌دهنده یک شباهت مهم در زیر سطوح متضاد ماه است. بازالت‌های جمع‌آوری‌شده توسط چانگ‌ئه-6 دارای امضاهای شیمیایی هستند که نشان می‌دهد از مواد گوشته‌ای تخلیه‌شده منشأ گرفته‌اند، درست مانند بازالت‌های کم Ti که توسط فضانوردان آپولو بازگردانده شده‌اند. این نشان می‌دهد که مواد تجمعی گوشته، مواد معدنی که در هنگام متبلور شدن اقیانوس ماگما ماه انباشته شده‌اند، از نظر ترکیب شیمیایی بین دو نیمکره تفاوت چندانی ندارند.

محققان در سنگ‌های Mg-suite نیز شواهد بیشتری برای این نتیجه یافتند. این سنگ‌ها از طریق تعامل بین پوسته و گوشته در هنگام ذوب جزئی مواد تجمعی گوشته تشکیل می‌شوند. عدد منیزیم (Mg#) آن‌ها یک شاخص مهم از ترکیب مواد گوشته‌ای است که از آن منشأ گرفته‌اند.

از آنجایی که نمونه‌های Mg-suite از چانگ‌ئه-6 و آپولو مقادیر Mg# مشابهی دارند، محققان به این نتیجه رسیدند که تجمعات گوشته‌ای زیر هر دو طرف ماه دارای ویژگی‌های شیمیایی مشابهی هستند. به عبارت دیگر، موادی که از اقیانوس ماگما اولیه ماه متبلور شده‌اند، تفاوت ترکیبی قابل توجهی بین سمت نزدیک و دور ندارند.

پوسته ماه داستان متفاوتی را روایت می‌کند

در حالی که گوشته نسبتاً از نظر ترکیب یکنواخت به نظر می‌رسد، پوسته ماه تضاد بسیار برجسته‌تری را نشان می‌دهد.

نمونه‌های آنورتوزیت بازگردانده‌شده توسط چانگ‌ئه-6 دارای مقادیر Mg# بالاتری نسبت به نمونه‌های مشابه آپولو هستند که نشان می‌دهد پوسته دور پنهان حاوی مواد غنی از منیزیم بیشتری است. این با مشاهدات قبلی انجام‌شده توسط ابزارهایی که از راه دور ماه را مطالعه می‌کنند، مطابقت دارد.

محققان همچنین تفاوت‌های شیمیایی مهمی را در سنگ‌های Mg-suite شناسایی کردند. نمونه‌های چانگ‌ئه-6 حاوی غلظت‌های بسیار پایینی از عناصر خاکی کمیاب هستند و نسبت‌های Th/Sm پایین‌تری نسبت به نمونه‌های آپولو دارند.

این تفاوت‌ها دو توضیح احتمالی را ارائه می‌دهند. یا Mg-suite ماگماها در دور پنهان بدون دخالت قابل توجهی از مواد غنی از KREEP تشکیل شده‌اند، یا لایه‌ای که این عناصر را در خود جای داده‌اند، به طور ناهموار در سراسر ماه توسعه یافته و دو نیمکره را با ترکیبات شیمیایی متفاوت باقی گذاشته است.

چگونه گرانش زمین ممکن است شکل‌دهنده ماه باشد

با ترکیب این یافته‌ها، محققان یک مدل ایجاد کردند که می‌تواند توضیح دهد چگونه ماه دو روی به‌شدت متفاوت به دست آورده است.

بر اساس سناریوی پیشنهادی آن‌ها، اقیانوس ماگما اولیه ماه در ابتدا به طور نسبتاً یکنواخت سرد و متبلور شد. این فرآیند اولین تجمعات گوشته و پوسته آنورتوزیت را تولید کرد، قبل از اینکه ماه به دلیل گرانش به زمین قفل شود.

وضعیت زمانی تغییر کرد که ماه در مداری مستقر شد که یک نیمکره را به سمت سیاره ما نگه می‌داشت. در آن زمان، زمین و ماه بسیار به هم نزدیک‌تر بودند و نیروهای جزر و مدی گرانشی گرمای بیشتری را در سمت نزدیک ماه نسبت به دور پنهان ایجاد می‌کردند.

این گرمایش ناهموار یک اختلاف دما را در سراسر فضای داخلی مذاب ماه ایجاد کرد و جریان‌های گسترده افقی را به راه انداخت. گدازه داغ از سمت نزدیک به سمت دور پنهان حرکت می‌کرد و مواد آنورتوزیت شکل‌گرفته قبلی را با خود می‌برد.

در طول زمان، این حرکت مواد بیشتری را در پوسته دور پنهان انباشته کرد و به توضیح اینکه چرا آن نیمکره پوسته ضخیم‌تری با محتوای منیزیم بالاتر ایجاد کرده است، کمک کرد.

در عین حال، مواد باقی‌مانده به سمت سمت نزدیک جریان یافت. در نتیجه، دور پنهان فقط لایه‌های نسبتاً نازکی غنی از KREEP و تجمعات ilmenite-bearing (IBC) ایجاد کرد، در حالی که مواد بیشتری از این نوع در سمت نزدیک متمرکز شد.

این مدل گردش حرارت‌محور ماگما توضیحی برای این است که چرا ماه دارای گوشته‌ای با ترکیب شیمیایی مشابه اما ترکیب‌های پوسته به‌شدت متفاوت است. با اتصال نمونه‌های تجزیه‌وتحلیل‌شده چانگ‌ئه-6 به تاریخچه حرارتی اولیه ماه، این یافته‌ها بینش جدیدی در مورد فرآیندهایی که همسایه آسمانی زمین را شکل داده‌اند، ارائه می‌دهند.