ناسا در ماموریت GRAIL خود که برای نقشه‌برداری گرانشی ماه طراحی شده است، موفق شده تا نگاهی دقیق‌تر به سطوح زیرین ماه بیندازد و دقیق‌ترین نقشه گرانشی یک جرم آسمانی پس از زمین را استخراج نماید. یافته‌های این مأموریت نشان می‌دهد که سطح ماه دارای شکستگی‌های فراوان است و لایه‌های زیرین آن بسیار نرم هستند.

اولین نتایج مأموریت «بازیابی گرانش و آزمایشگاه داخلی» ناسا موسوم به GRAIL منتشر شده است. این داده‌های گرانشی، ساختارهای سطحی از ماه را با تفکیک بالا آشکار می‌کنند که قبلا دیده نشده بودند. این داده‌ها نشان داده‌اند که پوسته‌ی ماه نسبت به انتظار قبلی، چگالی کمتری دارد و  برخوردهای سهمگین تأثیر بیشتری بر شکست آن داشته‌اند. این مأموریت همچنین گذرهای عمیقی را در سطح ماه یافته که حکایت دارد ماه در حین شکل‌گیری، دوره‌‌ای انبساطی را تجربه کرده است. به علاوه، داده‌های GRAIL برای ایجاد باکیفیت‌ترین نقشه گرانش یک جرم آسمانی (جز زمین) به کار رفته است.

هدف اصلی ماموریت ۴۹۵ میلیون دلاری ناسا که در سپتامبر ۲۰۱۱ پرتاب شد، نقشه‌برداری گرانشی دقیق ماه با استفاده از دو فضاپیمای اب[1] و فلو [2] است. GRAIL در دسامبر ۲۰۱۱ وارد مدار ماه شد و فاز اصلی ماموریت خود را از ۱ مارچ تا ۲۹ می امسال انجام داد که در طی آن این دو فضاپیما با ارتفاع میانگین ۵۵ کیلومتری پشت سر هم حرکت کردند.

تغیرات میدان گرانشی در سطح ماه

طرف دیگر ماه

ماه جرمی باستانی، بی آب و هواست که از فرسایش مصون است – یعنی سطح و مناطق داخلی ماه، همان تاریخچه‌ی سال‌های اولیه منظومه شمسی را حفظ کرده اند. با این حال، مطالعه کامل گرانش و مناطق داخلی ماه دشوار می‌نماید زیرا تنها یک نیم‌کره ماه به سمت زمین است. برای غلبه بر این مشکل، ماموریت GRAIL تغییرات بسیار کوچک فاصله را بین دو فضاپیما می‌سنجد. این تغییرات ناشی از اختلالات میدان گرانشی ماه و به خاطر ويژگی‌های توپوگرافیکی و تغییرات چگالی زیر سطح ماه می‌باشد. محققان با این اندازه‌گیری‌ها نقشه گرانشی دقیقی از ماه تهیه کردند که نشان می‌دهد میدان گرانشی داخلی ماه با یک پوسته بسیار شکسته سازگار است.

سه مقاله مرتبط با این داده‌های جدید توسط گروه بین‌المللی GRAIL در مجله ساینس چاپ شده است. در اولین مقاله سرپرست مأموریت GRAIL، ماریا زوبر [3] از موسسه فنآوری ماساچوست و همکارانش بر نقشه کلی گرانش ماه تمرکز می‌کنند و ساختارهای توپوگرافی بدیعی را نشان می‌دهند. این ساختارها شامل عوارض آتشفشانی، حوزه‌ها و قلل برخوردی می‌شوند. شگفت آن‌که این گروه شواهدی در زیر سطح ماه یافته که نشان می‌دهد پوسته ماه تقریبا به طور کامل نرم و پودرمانند است. این مشاهده نشان می‌دهد که در طی اولین میلیارد سال‌های عمر خود، ماه به دلیل برخورد اجرام سنگین شکسته شده است. همین موضوع در مورد زمین و دیگر سیارات نیز صادق است و اثر مهمی بر تکامل سیاره‌ای داشته.

نقشه‌های GRAIL و LRO

توپوگرافی خیره‌کننده

برای یافتن میدان گرانشی بخش داخلی ماه، گروه زوبر از اندازه‌گیری‌های توپوگرافی توسط ارتفاع‌سنج مدارگرد شناسایی ماه[4] (LRO)  استفاده کردند؛ فضاپیمایی مستقل که به دور ماه می‌چرخد. دانشمندان میدان گرانشی انتظاری از توپوگرافی ماه را محاسبه کردند و سپس آن را از میدان اندازه گیری شده توسط GRAIL کم کردند. گروه فهمید که بیشترین تغییرات موضعی در گرانش ماه به دلیل ویژگی‌های سطحی مانند لبه دهانه یا کوه‌ها است.

در مقاله دوم، مارک ویکزورک [5] از موسسه فیزیک زمین پاریس و همکارانش نشان‌ می‌دهند که چگالی پوسته بالایی ماه کمتر از پیش‌بینی قبلی و شاید متخلخل‌تر است. همچنین در اکثر قسمت‌های ماه، پوسته بین ۳۴-۴۳ کیلومتر ضخامت دارد. با این حال، گروه دریافت که پوسته زیر حوزه‌های اصلی تقریبا وجود ندارند، که خود نشانه‌ای از خروج گوشته ماه به واسطه برخوردهای اولیه است.

در مقاله سوم، جفری اندروز-هانا [6] از مدرسه معدن کلرادو  و همکارانش اعلام می‌کنند که پوسته ماه با سدهای آذرین سوراخ شده است. این سدها صفحات بزرگی از ماگمای سردشده هستند –با صدها کیلومتر عرض- که در شکستگی پوسته نفوذ کرده‌اند. گروه باور دارد که ممکن است این صفحات در طی دوره‌ای از انبساط اولیه در تاریخ ماه شکل گرفته باشند. به نظر زوبر بعضی از شکستگی‌ها می‌توانند طریقه اتلاف گرما را در جسم سماوی تحت تاثیر قرار دهند زیرا این شکستگی‌ها مسیری برای انتقال سیالات در داخل جرم سماوی هستند. پژوهشگران می‌گویند هر دو فضاپیما GRAIL بهتر از انتظارها عمل کرده‌اند – این فضاپیماها ۲۰۰ کیلومتر از یکدیگر دورند و باید تغییرات فاصله‌شان را در حدود چند دهم میکرون در ثانیه اندازه بگیرند. با این حال، فضاپیماها می‌توانند تغییرات فاصله را تا چند صدم میکرون در ثانیه بسنجند.

منبع:

GRAIL mission peers beneath the Moon's fractured surface

مراجع:

1.     Science10.1126/science.1231753

2.     Science10.1126/science.1231530

3.     Science10.1126/science.1231507