میدان مغناطیسی ماه پس از میلیاردها سال کماکان فعال است

دانشمندان با بررسی تکه‌سنگی از کره‌ی ماه که در سال ۱۹۷۱ به زمین آورده شد، به نشانه‌هایی از وجود میدان مغناطیسی در ماه رسیده‌اند که بر پایه‌ی تصورات قبلی دانشمندان، می‌بایست در زمانی حدود یک میلیارد سال پیش با آن شدت وجود می‌داشت. در واقع ماه میدان مغناطیسی خود را بسیار بیشتر از آن مدتی حفظ کرده است که دانشمندان انتظارش را داشتند.

مطالعه‌ی جدید دانشمندان نشان می‌دهد که نزدیک‌ترین همسایه‌ی ما، در لایه‌های داخلی خود هنوز هم حالت مذاب دارد؛ ما در زمانی سپری می‌کنیم که به باور دانشمندان باید حدود یک تا ۲.۵ میلیارد سال از زمان منجمد شدن کلی کره‌ی ماه گذشته باشد. یافته‌ی اخیر می‌تواند روی پژوهش‌های ما در زمینه‌ی جستجو به دنبال حیات در کرات دیگر مفید باشد.

دانشمندان از مراکز MIT، دانشگاه راتگرز و دانشگاه کالیفرنیا برکلی با انجام پژوهش‌هایی روی تکه سنگ نمونه‌ای که توسط فضانوردان آپولو ۱۵ به زمین آورده شده بود، به شواهدی دست یافته‌اند که نشان می‌دهد در حال حاضر، شدت میدان مغناطیسی در کره‌ی ماه حدود ۵ میکروتسلا است.

در واقع شدت میدان مغناطیسی در کره‌ی خودمان بیش از پنج تا سیزده برابر مقدار اشاره‌شده برای ماه و دارای مقداری در محدوده‌ی ۲۵ تا ۶۵ میکروتسلا است.

تفاوت بین ماه و زمین در این است که سیاره‌ی ما یک هسته‌ی چگال و در حال دوران از جنس آهن و نیکل دارد و این هسته توسط لایه‌ای از آهن مذاب پوشانده شده است و همین امر باعث متحرک ماندن ذراتی در محلی می‌شود که به آن دینامو می‌گوییم.

این احتمال وجود دارد که تأثیرات گرانشی ماه روی زمین، باعث متلاطم ماندن بخش‌های درونی بسیار روان و ملتهب زمین بوده باشد. اما نکته‌ای که وجود دارد این است خود کره‌ی ماه امیدی به چنین تأثیراتی نداشته و در نهایت به یک جسم جامد و خشک سنگی تبدیل شده است. اما اکنون به نظر می‌رسد که اوضاع همیشه این‌چنین نبوده است.

کره‌ی ماه در ادامه‌ی برخوردی عظیم میان زمین اولیه و یک جرم آسمانی در اندازه‌های مریخ در حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش شکل گرفته است. ماه همچنین بخش داخلی مذابی داشته که دارای لغزش و فشردگی کافی برای ایجاد یک میدان مغناطیسی نسبتا قوی به‌اندازه‌ی تقریبی ۷۰ میکروتسلا در این کره بوده‌ است.

با گذشت زمان و با سردتر شدن تدریجی ماه، میدان مغناطیسی آن نیز تضعیف‌ شده است. هنگامی که فضانوردان آپولو، سطح ماه را در حدود نیم قرن پیش مورد آزمایش قرار دادند، به این نتیجه رسیدند که شدت آن حدود ۱۰۰ برابر ضعیف‌تر از میدان مغناطیسی زمین است.

از آنجایی که ماه در قیاس با سیاره‌ی خودمان کوچک‌تر و چگالی آن نیز کمتر است، دیگر جای سؤالی نمی‌ماند که چرا میدان مغناطیسی ماه در نهایت ضعیف‌تر شده و از میان رفته است.

پرسش اصلی در این است که میدان مغناطیسی فوق چرا کماکان وجود دارد؟ تقریبا پس از گذشت ۳.۵۶ میلیارد سال از آن تصادم اصلی، میدان مغناطیسی ماه همچنان در قوی‌ترین حالت خود پابرجا بوده است و حدود ۴۰۰ میلیون سال پس از آن رفته‌رفته شروع به ضعیف‌تر شدن کرده و به مقدار ۴ میکروتسلا کاهش یافته است.

هسته‌ی مذاب ماه نیز به‌طور عجیبی می‌بایست حدود ۵۰۰ میلیون سال پس از آن تصادم اولیه به حالت جامد در می‌آمد؛ همان عاملی که باعث فعال بودن میدان مغناطیسی می‌شود. بنجامین ویس، پژوهشگر MIT، در این باره می‌گوید:

ایده‌ی مفهومی مربوط به ایجاد میدان مغناطیسی سیاره‌ای توسط مایعات مذاب متحرک، موردی است که تنها در چند دهه‌ی اخیر مطرح شده است. آن عاملی که باعث تأمین توان چنین حرکتی می‌شود، به‌ویژه در کره‌ی ماه، هنوز به‌خوبی درک نشده است. ما می‌توانیم با شناخت طول عمر دیناموی ماه به سازوکار آن پی ببریم.

برخوردهای سنگ‌های آسمانی که به‌طور ثابت روی داده‌اند نیز احتمالا نقش اندکی در بخشیدن انرژی گرمایی بیشتر به ماه ایفا کرده‌اند؛ زیرا بارش‌های سنگ‌های فضایی به‌طور چشمگیری در ۳.۵۶ میلیارد سال پیش، آرام‌تر از بازه‌های قبل‌تر از آن مقطع بوده است.

ایده‌ی دوم این است که ماه در هنگام نزدیک‌تر بودن به زمین، دارای ارتعاش‌های بیشتری بوده و همین امر موجب لرزش بخش‌های داخلی آن تا هنگام بیشتر شدن فاصله‌اش از زمین بوده است.

امکان دیگر هم این است که گرمای برخاسته از متبلور شدن مواد معدنی در هسته‌ی ماه می‌توانسته برای به راه افتادن یک روند همرفتی در آنجا کافی باشد و آن ذرات باردار را به نحوی به حرکت درآورد که بتوانند در نهایت یک میدان مغناطیسی ایجاد کنند.

بخشی از مسئله‌ی ما این است که به‌طور دقیق نمی‌دانیم دیناموی ماه چه زمانی به‌طور کامل توقف کرده است و دلیل عمده‌ی این ندانستن، به خاطر دسترسی نداشتن ما به نمونه‌های سنگی مذاب و منجمدشونده پس از گذشت ۳ میلیارد سال از آن دوران است.

در پژوهش اخیر، دانشمندان از نمونه‌های بازالت (نوعی سنگ) به‌دست‌آمده از مأموریت آپولو ۱۵ از یک گودال در بخشی از نیمکره‌ی شمالی ماه به نام توده‌ی میر (Mare) استفاده کرده‌اند و قدمت این توده تا ۳.۳ میلیارد سال تخمین زده می‌شود.

بازالت‌‌های بررسی‌شده دارای تکه‌های شیشه‌مانندی بوده‌اند که در هنگام عبور شهاب‌سنگ‌ها از فواصل بسیار نزدیک ماه در حدود ۱ تا ۲.۵ میلیارد سال پیش شکل گرفته‌اند.

این تکه‌ها می‌توانستند ذوب و سپس به‌سرعت سرد شده باشند و به این ترتیب به اتم‌های آهن اجازه بدهند تا تحت تأثیر هر نوع میدان مغناطیسی بالقوه‌ای، دوباره منسجم شوند.

آزمایش‌های صورت‌گرفته روی آن خاصیت مغناطیسی نشان داد که با وجود گذشت زمان فراوان، هنوز هم در آن نمونه‌های مقادیر اندکی و نابرابر با صفری از میدان مغناطیسی وجود دارد. سونیا تیکو، یکی از پژوهشگران، در این باره می‌گوید:

ما فکر نمی‌کنیم که آن اجرام سیاره‌ای کوچک توانسته باشند میدان‌های مغناطیسی را برای زمان‌های بسیار طولانی ایجاد کنند؛ زیرا خود آن اجرام دارای هسته‌های کوچک‌تری هستند که می‌تواند بسیار سریع و در لحظات ابتدایی از عمر خود سرد و متبلور شوند.

یافته‌ی اخیر تلویحا ما را به این نکته می‌رساند که کره‌ی ماه باید دارای دو مکانیزم برای توان بخشیدن به دیناموی خود بوده باشد. یکی از آن‌ها مربوط به جوانی این کره (در مقیاس کیهانی) و عامل دیگر هم احتمالا مربوط به روندی است که باعث دوام یافتن میدان مغناطیسی برای مدت بسیار بیشتر از حد انتظار شده است.

تا به اینجا چنین به نظر می‌آید که ایده‌ی متبلور شدن آهسته‌ی هسته‌ی ماه محبوب‌ترین فرضیه باشد؛ اما پژوهش‌های زیادی مورد نیاز است تا ما بتوانیم به ترکیب دقیق هسته‌ی ماه و ماهیت آن پی ببریم.

کشف اخیر می‌تواند به ما در فهم بهتر این موضوع کمک کند که چرا برخی سیاره‌ها همچون عطارد، هنوز هم دارای میدان مغناطیسی هستند و در همین حال برخی دیگر مانند مریخ چنین میدانی ندارند.

از آنجایی که وجود میدان مغناطیسی برای یک سیاره به‌طور شگفت‌انگیزی سودمند است، ما می‌توانیم در ادامه به دانش بهتری در مورد بررسی سیاره‌های فراخورشیدی و امکان‌سنجی وجود یا عدم وجود حیات در مکان‌های دیگری از جهان هستی دست یابیم. تیکو معتقد است:

هنگامی که ما به سیاره‌های فراخورشیدی با احتمال حضور در محدوده‌ی زیست‌پذیر نگاه می‌کنیم، در آنجا می‌توانیم میدان مغناطیسی را نیز به‌عنوان یک بازیگر مهم در زیست‌پذیر بودن یا نبودن آن کره قلمداد کنیم.

دستاوردهای پژوهش اخیر در ژورنال Science Advances منتشر شده است.