از زمان پیدایش ماه، ضربات سیارکها نقش مهمی در شکل دادن سطح آن ایفا کردهاند. این برخوردها چاله و حوضههای بزرگی، مثل حوضه قطب جنوب-آیتکن، در سطح ماه حک کرده و چشمانداز و ترکیبات شیمیایی آن را تغییر دادهاند. چیزی که دانشمندان هنوز قادر به فهم آن نشدهاند، این است که تاثیر این برخوردهای عظیم بر لایههای زیر پوستۀ ماه چه اندازه است.
برای بررسی این پرسش، تیمی به سرپرستی پروفسور هنگسی تیان از موسسۀ زمینشناسی و ژئوفیزیک آکادمی علوم چین (IGGCAS)، نمونههای بازالت قمری که چانگای6 برگردانده بود را بررسی کرد. این سنگها از حوضۀ قطب جنوب-آیتکن، بزرگترین و قدیمیترین دهانههای برخوردی در ماه، است. این نمونهها به دلیل سنگینتر بودن ترکیب ایزوتوپی پتاسیم (K) از نمونههای بازالت قمری جمعآوری شده در ماموریتهای آپولو یا یافتهشده در شهابسنگهای قمری، بلافاصله توجه دانشمندان را به خود جلب کردند.
چرا پتاسیم نشانه برخوردهای قدیمی است؟
پتاسیم عنصری با فرّاریت متوسط به شمار میرود، به این معنی که میتواند تا بخشی تحت حرارت شدید تبخیر شود. هنگام برخوردهای عظیمی که با سطح ماه انجام میشود، دما به شدت بالا میرود و به پتاسیم اجازۀ تبخیر میدهد. این تبخیر باعث جدا شدن ایزوتوپهای پتاسیم از آن میشود. این فرآیند اثری شیمیایی از خود بر جای میگذارد که میتواند شدت برخورد، شرایط حاکم و چگونگی تغییر مواد در پوسته و گوشتۀ ماه را آشکار کند.
بر این اساس، محققان بر اندازهگیری ترکیب ایزوتوپی پتاسیم در نمونههای چانگای6 تمرکز کردند.
مدارک شیمیایی برخوردی عظیم
نتیجه این تحقیقات که در مقالات آکادمی ملی علوم ایالات متحده آمریکا (PNAS) منتشر شد، رابطۀ مستقیمی بین اثر غیرعادی پتاسیم و برخورد عظیمی که حوضه قطب جنوب-آیتکن را ایجاد کرد، برقرار میکند.
تیم تحقیقاتی، با تکنیکهایی با دقت بالا، مقدار ایزوتوپ پتاسیم در چهار قطعه بازالت را با استفاده از طیفسنج جرمی پلاسمای جفتشدۀ القایی با چند گردآورنده و سلول برخورد یاقوتی (MC-ICP-MS) اندازهگیری کردند. تمامی نمونههای چانگای6 مقادیر بالایی از δ41K نشان دادند که در محدودۀ ۰.۰۰۱ ± ۰.۰۲۸‰ تا ۰.۰۹۳ ± ۰.۰۱۴‰ قرار داشت (میانگین: ۰.۰۳۸ ± ۰.۰۴۴‰، 2SE). این میانگین حدود 0.16‰ بیشتر از مقدار اندازهگیری شده در بازالتهای قمری آپولو (-۰.۱۳ ± ۰.۰۶‰، 2SE) است. بازالتهای قمریای که از ماموریتهای آپولو بهدست آمدهاند، بهطور گسترده بهعنوان نماینده گوشتۀ ماه و ترکیب سیلیکات کل ماه در نظر گرفته میشوند.
رد دیگر توضیحات
برای تعیین دلیل ایزوتوپهای سنگینتر پتاسیم، محققان عوامل ممکن را بررسی کردند. قرارگیری درازمدت در معرض پرتوهای کیهانی، تغییرات طی تکامل ماگمایی و آلودگی شهابسنگی از عواملی بود که مورد بررسی قرار گرفت. هر کدام از این موارد تنها اثری جزئی و در محدودۀ عدم قطعیت اندازهگیری داشتند و هیچکدام توضیحی برای تغییرات شیمیایی دیدهشده در نمونهها ارائه ندادند.
تاثیر پایدار برخورد بهوجودآورنده حوضه قطب جنوب-آیتکن بر آتشفشان قمری
در عوض، بررسی انجامشده کاهش عظیمی در عناصر فرّار بر اثر تبخیر پتاسیم نشان میدهد که هنگام برخورد رخ داده است. ممکن است که این کاهش، مقدار گدازۀ تولیدشده در سمت پنهانِ ماه را پایین آورده باشد و توضیحی باشد برای علت گستردهتر بودن فعالیتهای آتشفشانی درازمدت در سمت پیدای ماه نسبت به فعالیتهای آتشفشانی سمت پنهان آن.
شبیهسازیهای کامپیوتری این برداشت را تایید کردند. این شبیهسازیها نشان دادند که این برخورد که باعث ایجاد حوضه قطب جنوب-آیتکن شد، نه تنها به عمق پوسته و احتمالاً گوشتۀ ماه نفوذ کرده، بلکه گرمای کافی برای ایجاد همرفت (انتقال گرما در مایع) در درون ماه نیز آزاد کرده است.
معنای یافتهها برای ماه و دیگر سیارات
این یافتهها نشان میدهند که برخوردی که حوضه را ایجاد کرده، عمیقاً لایههای زیر سطح ماه را تغییر داده است. بهطور گستردهتر، این مطالعه نشان میدهد که برخوردهای عظیم چگونه میتوانند ترکیب شیمیایی داخلی و تکامل سیارات و قمرهای سنگی در منظومۀ شمسی را شکل و تغییر دهند.
این تحقیق با حمایت بنیاد ملی علوم طبیعی چین، انجمن ترویج نوآوری جوانان آکادمی علوم چین (CAS) و منابع دیگر انجام شد.
