یک نمونهی بسیار کوچک از سنگ ماه که بیش از ۵۰ سال در حالت کاملاً حفاظتشده نگهداری میشد، در نهایت راز شگفتآوری را آشکار کرد.
بهگزارش انتخاب و به نقل از sciencealert؛ در ذرات بسیار ریز غبار «ترولایت» که در مأموریت آپولو ۱۷ در سال ۱۹۷۲ جمعآوری شده بود، دانشمندان به موادی دست پیدا کردند که ممکن است همسن ماه — یا حتی قدیمیتر از آن — باشد؛ یک یادگار ۴.۵ میلیارد ساله از روزهای آغازین منظومهی خورشیدی.
جیمز داتین، دانشمند علوم سیارهای از دانشگاه براون آمریکا، میگوید:
«اولین فکرم این بود که: وای خدای من، امکان نداره!»
او ادامه میدهد:
«به همین دلیل دوباره برگشتیم و همهچیز را با دقت بررسی کردیم و دیدیم که کار را کاملاً درست انجام دادهایم. این نتایج واقعاً شگفتانگیز هستند.»
پسزمینهای از مأموریت آپولو
در دههی ۱۹۶۰ و اوایل ۱۹۷۰، فضانوردان آپولو در مجموع ۳۸۲ کیلوگرم نمونهی سنگ و خاک ماه را به زمین آوردند تا در آزمایشگاههایی بررسی شوند که امکان انجام آزمایشهای پیچیدهای را داشتند که روی ماه ممکن نبود.
اما دانشمندان آن زمان میدانستند که در آینده فناوریهای بسیار پیشرفتهتر ظهور خواهد کرد؛ بنابراین بخشی از نمونهها را مهر و موم کردند تا برای نسلهای بعدی و ابزارهای قدرتمندتر حفظ شوند.
داتین و همکارانش یکی از همین نمونههای مهر و موم شده را با استفاده از طیفسنجی جرمی تجزیه کردند تا منشأ گوگرد موجود در نمونه را مشخص کنند.
چرا گوگرد مهم است؟
گوگرد یکی از عناصر کلیدی برای فهم تاریخ زمینشناسی هر جرم آسمانی است.
این عنصر میتواند با فلزاتی مانند آهن پیوند برقرار کند، بین هسته، گوشته و جو یک سیاره جابهجا شود و «اثر انگشت ایزوتوپی» محیطی را که در آن شکل گرفته، در خود ثبت کند.
ایزوتوپها نسخههایی از یک عنصر هستند که تعداد نوترونهای متفاوتی دارند. نسبت میان آنها بسته به شرایط شکلگیری تغییر میکند و مانند بارکدی شیمیایی عمل میکند که به کمک آن میتوان سن، منشأ و فرآیندهای تشکیل یک نمونه را تعیین کرد.
کشفی که همهچیز را تغییر داد
نمونهی قرارگرفته در لولهی جمعآوری آپولو ۱۷ با شمارهی 73001/2 حاوی قطعاتی از «ترولایت» بود؛ ترکیبی از آهن و گوگرد که عمدتاً در فضا یافت میشود.
هدف داتین و تیمش، اندازهگیری نسبت ایزوتوپهای گوگرد در این ذرات بود، بهویژه در دانههایی که از نظر ظاهری منشأ آتشفشانی داشتند.
بخشی از نمونه مقدار اندکی از گوگرد-۳۳ بیشتری داشت — الگویی که با فرآیندهای گاززدایی آتشفشانی سازگار است و دقیقاً همان چیزی بود که دانشمندان از سنگهای آتشفشانی ماه انتظار داشتند.
اما قسمتهای دیگر، کاملاً برعکس بودند: نسبتهای ایزوتوپی بهشدت فقیر از گوگرد-۳۳.
داتین میگوید:
«پیش از این، تصور میشد که ترکیب ایزوتوپی گوگرد در گوشتهی ماه شبیه زمین است. انتظار داشتم همین را ببینیم، اما در عوض با مقادیری مواجه شدیم که هیچ شباهتی به نمونههای زمینی ندارند.»
چیزی که قبلاً هرگز در ماه دیده نشده بود
این الگوهای ایزوتوپی در هیچ نمونهی ماه دیگری دیده نشدهاند. تنها تعداد محدودی فرآیند میتوانند چنین نسبتهایی ایجاد کنند. این میزان از کاهش گوگرد-۳۳ نشاندهندهی برهمکنش میان گوگرد و نور فرابنفش در یک جو بسیار نازک است — و این موضوع دو امکان جذاب را مطرح میکند:
فرضیهی اول: گوگرد روی خود ماه و در دوران بسیار ابتدایی شکل گرفته است
در دوران تولد ماه، احتمالاً یک اقیانوس ماگمایی سطح آن را پوشانده بود. هنگام سرد شدن و تبلور این اقیانوس، ممکن است گوگرد-۳۳ تبخیر شده و وارد جو اولیهی ماه شده باشد و ایزوتوپهای سنگینتر در سطح باقی مانده باشند.
فرضیهی دوم: گوگرد از جسم سیارهمانند «تیا» آمده است
طبق نظریهی مشهور شکلگیری ماه، سیارهی نوزاد زمین توسط جرمی به اندازهی مریخ با نام تیا برخورد کرده است.
برخی نظریهها میگویند بقایای این تصادم در مدار زمین باقی ماند و ماه را تشکیل داد، برخی بخشهایی از تیا را در دل زمین میدانند، و برخی دیگر احتمال میدهند که بخشی از تیا همراه ماه باقی مانده باشد.
داتین و همکارانش میگویند ممکن است این گوگرد عجیب نیز منشأیی غیرزمینی – و متعلق به تیا داشته باشد.
اگر این گوگرد دستخوش فرآیندهای نوری شده باشد…
این موضوع میتواند نشانهای از نوعی مبادلهی مواد بین سطح و گوشتهی ماه در دوران بسیار ابتدایی باشد.
داتین توضیح میدهد:
«روی زمین، صفحههای تکتونیکی این کار را انجام میدهند. اما ماه چنین فرایندی ندارد. پس اگر چنین جابهجایی در ماه اولیه رخ داده باشد، بسیار هیجانانگیز است.»
وجود این گوگرد غیرعادی همچنین میتواند نظریهی شکلگیری ماه از گرد و غبار پس از برخورد زمین–تیا را زیر سؤال ببرد؛ چون اگر ماه از آن غبار تشکیل شده بود، گوگرد باید در سراسر گوشتهی ماه بهطور یکنواخت پخش میشد.
یک سرنخ باستانی از روزگار تولد منظومهی خورشیدی
این یافتهها تنها بر اساس یک نمونهی کوچک است که از دههی ۱۹۷۰ در محفظهای پر از هلیوم قفل شده بود.
برای حل قطعی این معما، نیاز به نمونههای بیشتری از ماه، مریخ و حتی سیارکها داریم — و جمعآوری این نمونهها زمانبر خواهد بود.
با این حال، هر منشأی که این گوگرد داشته باشد، دانههای آن قدیمیترین و عجیبترین اثر ایزوتوپی گوگرد کشفشده در ماه را ثبت کردهاند؛ مسیری از نشانههای شیمیایی که ما را تا لحظهی تولد منظومهی خورشیدی هدایت میکند.
این پژوهش در مجلهی JGR Planets منتشر شده است.
