ماه در حال زنگ‌زدن است، و همه‌اش تقصیر زمین است

پژوهش تازه، زمین را مقصر اصلی زنگ‌زدگی روی ماه معرفی می‌کند

به گزارش انتخاب و به نقل از  sciencealertاکسیژنی که از زمین نشت می‌کند، احتمالاً مسئول تبدیل آهن به هماتیت (Fe₂O₃) در قطب‌های ماه است. شبیه‌سازی‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهد که این تنها توضیح منطقی برای هم فراوانی هماتیت و هم الگوی پراکندگی آن است؛ یافته‌ای که دریچه‌ای تازه به تبادلات شیمیایی پیچیده میان زمین و ماه می‌گشاید.

«ما مجموعه‌ای از آزمایش‌های تابش اکسیژن و هیدروژن را برای شبیه‌سازی فرایندهای تابشی سطح ماه انجام دادیم»، تیمی به سرپرستی «ژیاندی زِنگ» (دانشمند سیاره‌ای از دانشگاه علوم و فناوری ماکائو در چین) می‌نویسد.
«برای نخستین بار، آزمایش‌های ما هم شکل‌گیری و هم کاهش مواد معدنی هماتیت را نشان داد.»

کشف شگفت‌آور هماتیت روی ماه

چند سال پیش، کشف هماتیت روی ماه دانشمندان را شگفت‌زده کرد. هماتیت از اکسید شدن آهن به وجود می‌آید؛ فرایندی که به‌طور معمول به آن «زنگ‌زدگی» می‌گوییم. این ماده معدنی روی زمین فراوان است، اما ماه نه جو دارد، نه اکسیژن، و تنها یک «اگزوسفر» بسیار نازک دارد.

افزون بر این، سطح ماه پیوسته در معرض بارانی از ذرات هیدروژنِ باد خورشیدی است. هیدروژن یک عامل کاهنده است و الکترون‌هایش را به مواد دیگر می‌بخشد. از سوی دیگر، اکسیداسیون نیازمند از دست دادن الکترون است. بنابراین، حتی اگر همه‌ی عناصر لازم برای اکسیداسیون روی ماه حضور داشتند، باد خورشیدی باید آن را خنثی می‌کرد.

نقش زمین در زنگ‌زدگی ماه

یک توضیح احتمالی پای زمین را وسط می‌کشد. باد خورشیدی که به مگنتوسفر زمین برخورد می‌کند، دُم بلندی پشت آن ایجاد می‌کند که در خلاف جهت خورشید کشیده می‌شود. این «دُم مغناطیسی» (magnetotail) همچنین ذراتی را در خود دارد که از جو زمین نشت می‌کنند.

در زمان ماه کامل، ماه از میان این دم مغناطیسی می‌گذرد و یون‌های اکسیژنِ زمینی به سطح آن برخورد می‌کنند. در همین حال، قرار گرفتن ماه در سایه‌ی زمین باعث می‌شود تا ۹۹ درصد باد خورشیدی به سطح ماه نرسد.
از نظر تئوری، این بدان معناست که ماه تقریباً پنج روز در هر ماه، با اکسیژن بمباران می‌شود و همزمان از بمباران هیدروژن در امان است؛ ترکیبی ایده‌آل برای شکل‌گیری هماتیت.

آزمایش‌های آزمایشگاهی برای بازسازی شرایط

برای آزمودن این فرضیه، پژوهشگران یون‌های اکسیژن را به مواد معدنی غنی از آهن کوبیدند تا اثر «باد زمینی» در دم مغناطیسی زمین را شبیه‌سازی کنند.

آن‌ها پیرُوکسین، الیوین، ایلمنیت، ترولیت و یک شهاب‌سنگ آهنی را به‌عنوان مواد مشابه مواد معدنی آهن‌دار ماه انتخاب کردند. همچنین بر روی مگنتیت (Fe₃O₄) آزمایش کردند و تأیید نمودند که این ماده یک مرحله‌ی میانی بین آهن فلزی و هماتیت است.

نتایج نشان داد که یون‌های اکسیژن می‌توانند آهن فلزی، ایلمنیت و ترولیت را اکسید کنند – و این اثر روی آهن فلزی بسیار قوی‌تر است. در مقابل، سیلیکات‌های آهن‌دار مانند پیروکسین و الیوین هیچ‌گاه هماتیت تشکیل ندادند، که نشان می‌دهد فرایند انتخابی است.

نقش باد خورشیدی در معکوس‌سازی فرایند

پژوهشگران برای بررسی این‌که آیا باد خورشیدی می‌تواند این زنگ‌زدگی را به سرعت معکوس کند یا نه، پرتوهای یون هیدروژن را با شدت‌های مختلف به هماتیت تاباندند. پرتوهای پرانرژی (مانند باد زمینی) قادر به معکوس‌سازی بودند، اما پرتوهای کم‌انرژی (مانند باد خورشیدی) چنین اثری نداشتند.

این بدان معناست که باد خورشیدی نمی‌تواند زنگ‌زدگی ناشی از اکسیژن زمین را از بین ببرد. همچنین توضیح می‌دهد که چرا هماتیت بیشتر در نزدیکی قطب‌های ماه متمرکز است: زیرا دم مغناطیسی زمین یون‌های اکسیژن را به سمت عرض‌های جغرافیایی بالا هدایت کرده و همزمان بسیاری از یون‌های هیدروژن را منحرف می‌کند.

هماتیت، آب و تاریخ زمین

این پژوهش شاید راز دیگری را هم حل کند: ارتباط هماتیت با آب. دانشمندان پیش‌تر تصور می‌کردند وجود آب دلیل پیدایش هماتیت است. اما زِنگ و همکارانش دریافتند که در آزمایش‌های کاهش هماتیت، آب به‌عنوان محصول جانبی ایجاد می‌شود؛ یعنی وقتی هیدروژن پرانرژی به هماتیت برخورد می‌کند، اکسیژن جدا شده و با هیدروژن ترکیب می‌شود. این نشان می‌دهد که آب نزدیک به ذخایر هماتیت ماه می‌تواند حاصل همین فرایند باشد.

جالب‌تر آن‌که هماتیت ماه شاید تاریخ اکسیژن در جو زمین را نیز در خود ثبت کرده باشد – تاریخی که به «رویداد اکسیداسیون بزرگ» حدود ۲.۴ میلیارد سال پیش بازمی‌گردد.

نتیجه‌گیری

«تشکیل هماتیت (و احتمالاً مگنتیت) در اثر تابش باد زمینی، نشان‌دهنده‌ی تبادل مواد میان زمین و ماه است؛ تبادلی که شاید بیش از ۴ میلیارد سال ادامه داشته باشد، به‌دلیل تعامل میان مگنتوسفرهای دو جرم.» پژوهشگران در مقاله‌ی خود چنین می‌نویسند.

«این یافته‌ها بر ضرورت تحقیقات بیشتر درباره‌ی برهم‌کنش‌های خاک ماه با پلاسماهای میان‌ستاره‌ای تأکید دارد. مهم‌تر آن‌که فرود موفقیت‌آمیز مأموریت چاندریان-۳ در عرض جغرافیایی ۶۹ درجه جنوبی، به‌همراه مأموریت آینده‌ی چین (چانگ-اِی ۷) در قطب جنوب ماه، فرصت‌های ارزشمندی برای درک عمیق‌تر تاریخ درهم‌تنیده‌ی زمین و ماه فراهم می‌کند.»