در واقع راز بزرگی از فضا را پنهان کرده بود.
در ذرات ریز غبار ترویلایت که توسط آپولو ۱۷ در سال ۱۹۷۲ جمعآوری شدند، دانشمندان موادی را یافتهاند که ممکن است به قدری کهنه باشد – یا حتی از خود ماه نیز قدیمیتر باشد – یک اثر ۴.۵ میلیارد ساله از سیستم خورشیدی اولیه.
جیمز داتین، دانشمند سیارهشناس دانشگاه براون در آمریکا میگوید:
«اولین فکری که به ذهنم رسید این بود که «این نمیتواند درست باشد»!»
«پس دوباره همه کارها را بررسی کردیم تا مطمئن شویم که درست انجام شده، و همه چیز درست بود. این نتایج واقعاً غیرمنتظرهاند.»
در دهههای ۱۹۶۰ و اوایل ۱۹۷۰، فضانوردان برنامه آپولو مجموعاً ۳۸۲ کیلوگرم (۸۴۲ پوند) ماده از سطح ماه به زمین آوردند تا دانشمندان بتوانند آنها را در آزمایشگاههای مجهزی که در ماه وجود نداشت، مورد مطالعه قرار دهند.
اما این دانشمندان میدانستند روزی فرا میرسد که فناوریهای پیشرفتهتر خیلی بهتر از تجهیزات آنها عمل خواهند کرد، بنابراین مقداری از نمونههای سنگها را مهر و موم کرده و نگهداری کردند تا آن زمان برسد.
یکی از این نمونههای محفوظشده، توسط داتین و تیمش مورد بررسی قرار گرفت؛ آنها از طیفسنجی جرمی استفاده کردند تا منشأ گوگرد در نمونه را تعیین کنند.
گوگرد عنصری مهم برای درک تاریخ زمینشناسی اشیاء است. این عنصر با فلزاتی مانند آهن پیوند میخورد، میتواند بین هسته، گوشته و اتمسفر یک سیاره جابهجا شود و اثر انگشت ایزوتوپی محیطی که در آن شکل گرفته را حفظ کند.
ایزوتوپها نسخههایی از یک عنصر هستند که تعداد نوترونهای متفاوتی دارند. نسبت آنها در یک ماده، بسته به نحوه تشکیل آن ماده، متفاوت است و مانند یک بارکد شیمیایی عمل میکند که دانشمندان میتوانند برای ردگیری منشأ، مکانیزم شکلگیری و سن یک نمونه از آن استفاده کنند.
نمونه داخل لوله رانش آپولو ۱۷ با شماره ۷۳۰۰۱/۲ حاوی قطعاتی از ترویلایت بود، ترکیبی از آهن و گوگرد که معمولاً در فضا یافت میشود.
داتین و تیمش خواستند نسبت ایزوتوپهای گوگرد داخل ترویلایت را مطالعه کنند تا اطلاعات بیشتری درباره تاریخ ماه به دست آورند، خصوصاً دانههایی که به نظر میرسید منشأ آتشفشانی دارند.
بخشهایی از نمونه کمی افزایش در سطحِ گوگرد-۳۳ داشت، نسبت ایزوتوپی که با خارج شدن گازهای آتشفشانی سازگار است – همان چیزی که داتین و تیمش انتظار داشتند در سنگهای آتشفشانی ماه ببینند.
اما بخشهای دیگر نمونه عکس این وضعیت را نشان دادند: نسبت ایزوتوپها به طور شگفتآوری در گوگرد-۳۳ کاهش یافته بود.
داتین توضیح میدهد:
«قبلاً تصور میشد که گوشته ماه نسبت ایزوتوپی گوگردی مشابه زمین دارد.»
«من هم انتظار داشتم همین را در تحلیل نمونهها ببینم، اما به جای آن، مقادیری دیدیم کاملاً متفاوت از هر چیزی که روی زمین دیدهایم.»
تا پیش از این، دانشمندان هیچ نمونه ماهی با این نسبت ایزوتوپی ندیده بودند و راههای کمی برای شکلگیری چنین چیزی وجود دارد. این مقدار کاهش گوگرد-۳۳ نشاندهنده برهمکنش گوگرد با نور فرابنفش در یک اتمسفر نازک است که دو احتمال جالب را مطرح میکند – هر دو نشان میدهند که این ترویلایت کهنه است.
احتمال اول این است که گوگرد مستقیماً روی خود ماه شکل گرفته است، زمانی که مطالعات نشان میدهد اقیانوسی از ماگما در سطح ماه تازه تشکیلشده وجود داشته است. هرچه این اقیانوس سرد میشد و به تدریج جامد میگردید، گوگرد-۳۳ ممکن است از سطح تبخیر شده و وارد اتمسفر اولیه ماه شده باشد و ایزوتوپهای سنگینتر را در سطح باقی گذاشته باشد.
احتمال دوم خیلی جذابتر است. نظریه اصلی در مورد شکلگیری ماه این است که زمین تازه تولد یافته توسط جرمی به اندازه مریخ به نام تیا در آشوب سیستم خورشیدی اولیه، برخورد شد.
دهها نظریه پیشنهاد میدهند که خردههای حاصل از این برخورد در مدار زمین جمع شدند و به شکل ماه درآمدند، در حالی که بخشی از تیا در داخل زمین جا ماند.
اما ممکن است بخشی از تیا هم با ماه باقی مانده باشد.
محققان میگویند گوگرد عجیب در نمونه میتواند منشأ آن نیز روی تیا باشد.
تشخیص اینکه کدام سناریو محتملتر است، غیرممکن است، اما میتوانیم پیامدهای احتمالی را بررسی کنیم.
اگر گوگرد به صورت فوتوشیمیایی تغییر کرده باشد، این میتواند نشانهی تبادل مواد قدیمی بین سطح ماه و گوشته آن باشد، داتین میگوید.
او توضیح میدهد: «روی زمین، تکتونیک صفحهای این تبادل را انجام میدهد، اما ماه چنین مکانیسمی ندارد.»
«پس این ایده که نوعی مکانیزم تبادل در ماه اولیه وجود داشته باشد، هیجانانگیز است.»
وجود این گوگرد عجیب همچنین میتواند نظریه شکلگیری ماه از خردههای پراکنده ناشی از برخورد زمین و تیا را رد کند، چون اگر چنین بود، گوگرد باید به طور یکنواخت در گوشته ماه توزیع شده باشد.
این موضوع واقعاً پیچیده است – و فقط یک نمونه باقی مانده است که از دهه ۱۹۷۰ در یک محفظه هلیوم قفل شده بود.
اما هیچ مشکلی پیش نیامده است. حل این راز احتمالاً نیازمند نمونههای بیشتری از فضا است: از ماه، از مریخ، و شاید حتی از سیارکها. جمعآوری این نمونهها زمان خواهد برد.
مهم نیست منشأ این گوگرد عجیب چیست، این دانهها کهنهترین و عجیبترین اثر انگشت ایزوتوپی گوگردی را در ماه حفظ کردهاند، نشانهای که ما را به دوران شکلگیری سیستم خورشیدی خودمان هدایت میکند.
