پس از سالها حدس و گمان و تحلیل دادههای پراکنده، تیمی از پژوهشگران بینالمللی اعلام کردند که هستهٔ داخلی ماه جامد و چگالیاش نزدیک به آهن است. این کشف میتواند تصویر ما از تکامل قمری و تاریخچهٔ میدان مغناطیسی ماه را بازنویسی کند.
برای شناخت ساختار درونی اجرام منظومهٔ شمسی، یکی از قویترین ابزارها لرزهنگاری است: مطالعهٔ امواج صوتی تولیدشده توسط «زلزلههای قمری». رفتار امواج—سرعت، شکست و بازتاب—نقشهای از ترکیب و حالت فیزیکی لایهها در اختیار میگذارد. خوشبختانه ما دادههای لرزهای از مأموریتهای آپولو داریم، اما رزولوشن این دادهها بهتنهایی برای پاسخ دادن به سؤال دربارهٔ حالت هستهٔ درونی کافی نبود.
برای حل این معما، آرتور بریاود از CNRS و همکارانش بهجای اتکا صرف به لرزهنگاریِ آپولو، دادههای متنوعی را ترکیب کردند: مشاهدات از مأموریتهای فضایی، آزمایشهای لیزر-برداشتی قمری (lunar laser-ranging) که حرکت و نوسان ماه را زیر ذرهبین میگذارد، و مدلهای چگالی و شکلپذیری ماه. سپس با شبیهسازیهای کامپیوتری انواع ساختارهای هستهای را آزمودند تا ببینند کدام مدلها با دادههای واقعی همخوانی دارند.
یافتهها: هستهٔ بیرونی سیال و هستهٔ درونی جامد
نتیجه روشن بود: مدلهایی که بیشترین انطباق را با مشاهدات نشان دادند، وجود یک هستهٔ بیرونی مایع و یک هستهٔ درونی جامد را پیشبینی میکردند—یعنی ساختاری شبیه زمین. بر پایهٔ شبیهسازیها، شعاع لایهٔ بیرونی هسته حدود ۳۶۲ کیلومتر و شعاع هستهٔ درونی حدود ۲۵۸ کیلومتر برآورد شد؛ چیزی نزدیک به ۱۵ درصد شعاع کلی ماه.
علاوه بر این، چگالی هستهٔ درونی حدود ۷,۸۲۲ کیلوگرم بر متر مکعب تخمین زده شده که بسیار نزدیک به چگالی آهن است. این عدد با تحلیلهای پیشین که در سال ۲۰۱۱ توسط تیمی بهسرپرستی رنی ویبر انجام شد (شعاع داخلی ~۲۴۰ کیلومتر و چگالی ~۸,۰۰۰ کیلوگرم/متر³) همراستا است. پژوهش جدید در واقع تأییدی قوی بر نتایج پیشین محسوب میشود.
آیا این یعنی ماه همانند زمین است؟
شباهت در ساختار هستهای به معنای یکسان بودن تاریخ تکاملی نیست، اما پیامدهای مهمی دارد: یکی از بزرگترین پرسشها دربارهٔ ماه، منشأ و سرنوشت میدان مغناطیسی پیشین آن است. میدان مغناطیسی ناشی از حرکت و همرفتی است که در هستهٔ مایع رخ میدهد؛ بنابراین وجود هستهٔ درونی جامد میتواند به توضیحِ چگونه و چرا کاهش میدان مغناطیسی ماه—که از حدود ۳.۲ میلیارد سال پیش شروع به ضعیف شدن کرد—کمک کند.
علاوه بر ساختار هسته، مدلها نشان میدهند که «واژگونیِ گوشته» (mantle overturn) در عمق ماه رخ داده است: مواد سنگینتر به سوی مرکز سقوط کرده و مواد سبکتر به بالا زدهاند. چنین فرآیندی میتواند توضیح دهد چرا برخی عناصر غنیکننده در مناطقی آتشفشانی روی ماه مشاهده میشوند. به بیان ساده، ماه فعالتر در گذشته داخلیتر بوده و ترکیب موادش تغییر کرده است.
این شواهد، همراه با اندازهها و چگالیهای گزارششده، مجموعهای منسجم از دادهها فراهم میآورد که سناریوی تکامل مغناطیسی و ضربهزنیِ شدید در میلیارد سالهای نخست منظومهٔ شمسی را روشنتر میکند.
تأثیر بر مأموریتهای آینده و پژوهشهای زمینشناسی قمری
با بازگشت برنامهریزیشدهٔ انسان به ماه و ارسال حسگرهای مدرن لرزهنگاری، انتظار میرود که طی دههٔ آینده بتوان این نتایج را بهطور مستقیم با دادههای جدید آزمایش کرد. فرستادن شبکهای از لرزهسنجها و ابزارهای اندازهگیری میدان مغناطیسی میتواند قطعیترین شواهد را دربارهٔ وضعیت هسته و تاریخ مغناطیسی ماه در اختیار بگذارد.
در عمل، دانستن دقیق ساختار درونی ماه برای برنامهریزی پایگاههای انسانی، منابع معدنی و درک بهتر تاریخچهٔ برخوردها و آتشفشانها اهمیت دارد.
در مجموع، تأیید هستهٔ درونی جامد ماه افقهای تازهای برای پژوهشهای قمری میگشاید—از بازسازی تاریخ میدان مغناطیسی تا آمادهسازی مأموریتهای اکتشافی آینده که میتوانند با اندازهگیریهای جدید، روایت فعلی را نهایی کنند.