پژوهش تازه می‌گوید: سمت تاریک ماه، سردترین بخش آن هم هست

وقتی فضانوردان مأموریت آپولو از ماه بازگشتند، نمونه‌هایی از خاک ماه (رِگولیت) و سنگ‌های سطح آن را با خود به زمین آوردند. تجزیه‌ و تحلیل این نمونه‌ها، نگاه بشر را به چگونگی شکل‌گیری و تحول سامانه‌ی زمین و ماه برای همیشه دگرگون کرد. به همین ترتیب، نمونه‌هایی که در سال‌های اخیر توسط برنامه‌ی فضایی چین، چانگ‌ئه (Chang’e)، از ماه بازگردانده شده‌اند نیز درک ما را از تنها قمر زمین، به‌ویژه از بخش موسوم به «سمت تاریک» آن، متحول کرده‌اند.

ماه جرمی قفل‌شده‌ی کشندی است، به این معنا که همیشه یک سمت آن رو به زمین است (سمت نزدیک)، در حالی که سمت دیگرش، یعنی سمت دور یا «تاریک»، همواره رو به فضا دارد. بر اساس یافته‌های تازه‌ی گروهی از پژوهشگران چینی، سمت دور ماه نه‌تنها در ظاهر با سمت نزدیک تفاوت دارد، بلکه سردتر نیز هست. نتیجه‌گیری آن‌ها مبتنی بر بررسی نمونه‌هایی است که مأموریت چانگ‌ئه-۶ در سال ۲۰۲۴ از دهانه‌ی آپولو واقع در حوضه‌ی قطب جنوبی-آیتکن (South Pole-Aitken Basin) جمع‌آوری کرده است.

این پژوهشگران با بررسی ترکیب شیمیایی نمونه‌ها دریافتند که این مواد از ماگمای درون گوشته‌ی ماه و در دمایی حدود ۱۱۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد (۲۰۱۲ درجه‌ی فارنهایت) شکل گرفته‌اند؛ یعنی تقریباً ۱۰۰ درجه سردتر از نمونه‌هایی که از سمت نزدیک ماه به‌دست آمده‌اند.

تیم تحقیقاتی شامل پژوهشگرانی از مؤسسه‌ی پژوهشی زمین‌شناسی اورانیوم پکن (BRUIG) وابسته به شرکت ملی انرژی هسته‌ای چین، دانشکده‌ی علوم زمین و فضا در دانشگاه پکن، کالج دانشگاهی لندن (UCL) و دانشکده‌ی علوم و فناوری فضا در دانشگاه شاندونگ بود. نتایج آن‌ها در نشریه‌ی معتبر Nature Geoscience منتشر شد.

بر پایه‌ی چند دهه کاوش‌های رباتیک، اکنون می‌دانیم که سمت دور ماه نسبت به سمت نزدیک، کوهستانی‌تر و پر از دهانه‌های برخوردی است و فعالیت‌های آتشفشانی در آن بسیار کمتر رخ داده است. به همین دلیل، سطح آن تیره‌تر نیست و از سنگ‌های بازالتی کمتری پوشیده شده است. پژوهشگران در این مطالعه پیشنهاد کردند که گوشته‌ی سمت دور ماه سردتر است چون در آن مقدار عناصر تولیدکننده‌ی گرما مانند اورانیوم، توریم و پتاسیم کمتر است. این عناصر در طی فرایند واپاشی پرتوزا گرما آزاد می‌کنند و در ماه معمولاً همراه با عناصر خاکی کمیاب و فسفر یافت می‌شوند. چنین موادی به طور کلی با اصطلاح KREEP شناخته می‌شوند (K به معنی پتاسیم، REE به معنی عناصر خاکی کمیاب، و P برای فسفر).

پژوهش‌های پیشین نشان داده بودند که این توزیع نامتوازن KREEP ممکن است نتیجه‌ی برخورد عظیمی در سمت دور ماه باشد که باعث شده مواد چگال‌تر به سمت دیگر رانده شوند. نظریه‌ی دیگری بیان می‌کند که ماه در گذشته بر اثر دو برخورد جداگانه با قمرهای کوچک‌تر (moonlets) با ترکیب‌های متفاوت شکل گرفته است، که یکی از آن‌ها مواد پرتوزای بیشتری داشته است. نظریه‌ی سوم نیز می‌گوید که کشش گرانشی زمین موجب افزایش دمای گوشته در سمت نزدیک ماه شده است.

به گفته‌ی «یانگ لی»، استاد دانشگاه پکن و پژوهشگر وابسته به کالج دانشگاهی لندن،

«سطح و درون ماه از سمت نزدیک تا سمت دور تفاوت‌های چشمگیری دارد. ما این پدیده را “ماه دوچهره” می‌نامیم. اختلاف دمای چشمگیر میان گوشته‌ی دو سمت ماه از مدت‌ها پیش مطرح بوده، اما مطالعه‌ی ما نخستین شاهد تجربی با استفاده از نمونه‌های واقعی است.»

در این پژوهش، دانشمندان حدود ۳۰۰ گرم خاک ماه (در اصل سنگ‌های بازالتی) را که به مؤسسه‌ی زمین‌شناسی اورانیوم پکن اختصاص یافته بود، بررسی کردند. در مجموع، مأموریت چانگ‌ئه-۶ ۱۹۳۵ گرم خاک و سنگ ماه از سمت دور آن جمع‌آوری کرد — نخستین نمونه‌هایی که تاکنون از این بخش ماه به زمین آورده شده‌اند.

گام نخست آن‌ها بررسی ترکیب شیمیایی بخش‌هایی از نمونه با استفاده از پروب الکترونی بود. در این روش، پرتوهای متمرکز الکترونی به سطح نمونه تابانده می‌شود و در نتیجه، نمونه پرتوهای ایکس ساطع می‌کند که حاوی امضای عناصر شیمیایی تشکیل‌دهنده‌ی آن است. سپس پژوهشگران برای مطالعه‌ی ایزوتوپ‌های سرب (که از واپاشی طبیعی اورانیوم تولید می‌شوند)، از ابزار طیف‌سنج جرمی یونی ثانویه (SIMS) استفاده کردند. این تحلیل به آن‌ها امکان داد تغییرات بسیار جزئی در میزان سرب را شناسایی کرده و سن نمونه‌ها را حدود ۲٫۸ میلیارد سال برآورد کنند.

در مرحله‌ی بعد، تیم تحقیقاتی دمای شکل‌گیری نمونه‌ها را در اعماق گوشته و در مراحل گوناگون تکامل ماه برآورد کرد. نخست، داده‌های به‌دست‌آمده از تحلیل کانی‌ها را با شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای مقایسه کردند تا دمای تبلور کانی‌ها مشخص شود. سپس، دمای سنگ‌هایی را که ذوب و مجدداً منجمد شده بودند تا بازالت‌های کنونی را بسازند، محاسبه کردند. هر دو نتیجه نشان دادند که دمای شکل‌گیری در سمت دور حدود ۱۰۰ درجه کمتر از سمت نزدیک بوده است.

آن‌ها همچنین با گروهی از دانشگاه شاندونگ همکاری کردند تا با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای مربوط به محل فرود چانگ‌ئه-۶، دمای سنگ مادر را تخمین بزنند. مقایسه‌ی این داده‌ها با داده‌های سمت نزدیک نیز اختلاف دمایی حدود ۷۰ درجه سانتی‌گراد (۱۵۸ درجه فارنهایت) را نشان داد.

به گفته‌ی «شوی‌لین جو»، دانشجوی دکترای دانشگاه پکن و از نویسندگان همکار،

«این یافته‌ها ما را یک گام به درک تفاوت‌های بنیادی دو سمت ماه نزدیک‌تر می‌کند. آن‌ها نشان می‌دهند که تفاوت‌ها تنها در سطح نیستند، بلکه تا اعماق درونی ماه نیز امتداد دارند.»

رایج‌ترین نظریه درباره‌ی منشأ ماه همان فرضیه‌ی برخورد عظیم (Giant Impact Hypothesis) است. طبق این نظریه، حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش، جرمی به اندازه‌ی سیاره‌ی مریخ با زمین اولیه برخورد کرد. در نتیجه‌ی این برخورد، بخشی از مواد هر دو جرم ذوب و به شکل ماگمای داغ درآمد. با سرد و منجمد شدن این ماگما، سامانه‌ی زمین-ماه امروزی شکل گرفت. با این حال، مواد KREEP با ترکیبات در حال تبلور ناسازگار بودند و مدت بیشتری در ماگما باقی ماندند. به نظر می‌رسد که این مواد به طور یکنواخت پخش نشده‌اند و بیشتر در سمت نزدیک ماه تجمع یافته‌اند؛ موضوعی که می‌تواند توضیح دهد چرا فعالیت‌های آتشفشانی در آن بخش بیشتر بوده است.

با وجود این پیشرفت‌ها، پرسش‌های بسیاری درباره‌ی تفاوت‌های ژرف میان دو نیم‌کره‌ی ماه هنوز بی‌پاسخ مانده‌اند. احتمالاً پاسخ نهایی زمانی به دست خواهد آمد که فضانوردان یا تایکونات‌های چینی در آینده بتوانند به‌صورت مستقیم بر سطح ماه پژوهش‌های زمین‌شناسی انجام دهند و از لایه‌های زیرین آن نمونه‌برداری کنند.

در مجموع، یافته‌های مأموریت چانگ‌ئه-۶ نشان می‌دهد که ماه، این همدم دیرین زمین، نه‌تنها در ظاهر بلکه در درون نیز چهره‌ای دوگانه دارد — چهره‌ای گرم و فعال در سمتی که رو به ماست، و چهره‌ای سرد و خاموش در سمت تاریکی که هنوز بسیاری از اسرارش را پنهان کرده است.