پایان یک راز ده‌ها ساله؛ دانشمندان MIT منشا میدان مغناطیسی ماه را کشف کردند

چرا صخره‌های ماه خاصیت مغناطیسی دارند اما خود ماه فاقد آن است؟ دانشمندان MIT با کشف منشا مغناطیس ماه، به این راز ده‌ها ساله پایان دادند. با این فرضیه جدید آشنا شوید.

میدان مغناطیسی ماه کجا رفت؟ این پرسشی است که دهه‌ها ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده بود. اکنون، تیمی از MIT با یک فرضیه جدید، معمای منشا مغناطیس ماه را حل کرده است.

از زمانی که فضاپیماها در مدار ماه، نشانه‌هایی از میدان مغناطیسی قوی را در صخره‌های سطح آن شناسایی کردند، دانشمندان با یک راز بزرگ روبه‌رو شدند. خود ماه امروزه هیچ میدان مغناطیسی ذاتی ندارد، اما نمونه‌های بازگشته از ماموریت‌های آپولو ناسا در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۷۰ و همچنین اندازه‌گیری‌های جهانی، وجود بقایای مغناطیسی را در سنگ‌ها، به‌ویژه در سمت پنهان ماه، تایید می‌کنند.

یک برخورد عظیم و یک میدان باستانی

دانشمندان MIT اکنون این معما را حل کرده‌اند. آن‌ها در مطالعه‌ای که در ژورنال Science Advances منتشر شده، نشان می‌دهند که ترکیبی از یک میدان مغناطیسی ضعیف و باستانی به همراه یک برخورد عظیم تولیدکننده پلاسما، ممکن است به طور موقت یک میدان مغناطیسی قدرتمند را در سمت پنهان ماه ایجاد کرده باشد.

شبیه‌سازی‌های دقیق آن‌ها نشان می‌دهد که یک برخورد، مانند برخورد یک سیارک بزرگ، می‌توانسته ابری از ذرات یونیزه (پلاسما) ایجاد کند که برای مدت کوتاهی ماه را در بر گرفته است. این پلاسما در اطراف ماه جریان یافته و در نقطه‌ی مقابل محل برخورد اولیه، متمرکز شده است. در آنجا، پلاسما با میدان مغناطیسی ضعیف ماه تعامل کرده و آن را برای لحظه‌ای تقویت کرده است. هر سنگی در آن منطقه می‌توانسته قبل از ناپدید شدن سریع میدان، این مغناطیس تقویت‌شده را در خود ثبت کند.

این زنجیره از رویدادها می‌تواند وجود صخره‌های بسیار مغناطیسی شناسایی‌شده در نزدیکی قطب جنوب، در سمت پنهان ماه را توضیح دهد. از قضا، یکی از بزرگ‌ترین حوضه‌های برخوردی ماه به نام حوضه ایمبریوم (Imbrium)، دقیقاً در نقطه مقابل و در سمت پیدای ماه قرار دارد. محققان معتقدند هر چیزی که آن برخورد را ایجاد کرده، احتمالاً همان ابری از پلاسما را آزاد کرده است که سناریوی شبیه‌سازی آن‌ها را کلید زده است.

آیزاک نارت، دانشجوی کارشناسی ارشد در MIT و نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: «بخش‌های بزرگی از مغناطیس ماه هنوز توضیح داده نشده‌اند. اما اکثر میدان‌های مغناطیسی قوی که توسط فضاپیماهای مداری اندازه‌گیری می‌شوند، با این فرآیند قابل توضیح هستند؛ به‌ویژه در سمت پنهان ماه.»

امواج ضربه‌ای و ثبت مغناطیس

توضیح رایج برای مغناطیس سطحی، وجود یک دینام داخلی (هسته‌ای مذاب و چرخان) است، مشابه آنچه امروز در زمین وجود دارد. تصور می‌شد که ماه نیز زمانی چنین دینامی داشته، اما هسته بسیار کوچک‌تر آن، میدانی حدود ۱ میکروتسلامی (۵۰ برابر ضعیف‌تر از میدان امروزی زمین) تولید می‌کرده که برای توضیح مغناطیس قوی سنگ‌ها کافی نبود.

در مطالعه جدید، محققان فرض کردند که همین میدان ضعیف باستانی وجود داشته است. شبیه‌سازی‌ها نشان داد که پس از یک برخورد در مقیاس ایمبریوم، ابر پلاسما در سمت مقابل ماه متمرکز شده و میدان ضعیف آن را فشرده و برای مدت کوتاهی تقویت کرده است. به گفته نارت، کل این فرآیند، از لحظه تقویت میدان تا بازگشت آن به حالت اولیه، فوق‌العاده سریع و در حدود ۴۰ دقیقه رخ داده است.

اما آیا این پنجره کوتاه برای ثبت مغناطیس در صخره‌ها کافی بوده است؟ محققان می‌گویند بله، اما با کمک یک اثر دیگر ناشی از برخورد. آن‌ها دریافتند که چنین برخوردی، یک موج فشار شبیه به یک شوک لرزه‌ای را در سراسر ماه ارسال می‌کند. این امواج در سمت مقابل همگرا شده و سنگ‌های اطراف را «به لرزه درآورده‌اند». این شوک باعث شده الکترون‌های سنگ‌ها که جهت‌گیری اسپین آن‌ها به میدان مغناطیسی خارجی وابسته است، برای لحظه‌ای ناپایدار شوند.

بنجامین وایس، یکی از نویسندگان مقاله، این فرآیند را این‌گونه توصیف می‌کند: «مثل این است که یک دسته کارت ۵۲تایی را در یک میدان مغناطیسی به هوا پرتاب کنید و هر کارت یک سوزن قطب‌نما داشته باشد. وقتی کارت‌ها دوباره روی زمین می‌نشینند، این کار را با یک جهت‌گیری جدید انجام می‌دهند. این اساساً فرآیند مغناطیسی شدن است.»

این فرضیه اکنون قابل آزمایش است. ماموریت‌های آینده مانند برنامه آرتمیس ناسا که قصد کاوش در نزدیکی قطب جنوب ماه را دارند، می‌توانند با نمونه‌برداری مستقیم از این صخره‌ها و بررسی علائم شوک و مغناطیس بالا، این نظریه را تایید یا رد کنند.