کشف رازهای جدید در ماه و سیارک وِستا توسط ناسا

دو مطالعه معتبر از ناسا که در بخشی از مجله‌ علمی Nature منتشر شده، اطلاعات تازه‌ای را درباره داخلی‌ترین لایه‌های ماه و سیارک وِستا، که دو جسم آسمانی بسیار متفاوت هستند، به دست آورده است. با استفاده از داده‌های دقیق گرانشی از فضاپیماهای در حال چرخش، پژوهشگران توانسته‌اند تغییرات داخلی subtile را نقشه‌برداری کنند بدون اینکه به سطح این اجسام دست بزنند. این یافته‌ها فرضیات دیرینه را به چالش کشیده و نور تازه‌ای بر تاریخ و ساختار اجسام سیاره‌ای در منظومه شمسی می‌تاباند.

گرانش به‌عنوان ابزاری برای کاوش درون اجسام فضایی

به جای اتکا به نمونه‌برداری فیزیکی یا داده‌های لرزه‌ای، پژوهشگران از تکنیک نقشه‌برداری گرانشی استفاده کردند که تغییرات جزئی در حرکت فضاپیماها را تحت تأثیر گرانش یک جسم پیگیری می‌کند. ساختار داخلی ماه با استفاده از داده‌های ماموریت GRAIL ناسا و ساختار وِستا از ماموریت Dawn استخراج شده است.

به گفته رایان پارک، نویسنده اصلی و سرپرست گروه دینامیک منظومه شمسی در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا، "گرانش یک ویژگی منحصر به فرد و بنیادی از یک جسم سیاره‌ای است که می‌تواند برای کاوش درون عمیق آن مورد استفاده قرار گیرد". "تکنیک ما نیازی به داده‌های سطحی ندارد، ما به سادگی نیاز داریم تا حرکت فضاپیما را بسیار دقیقاً پیگیری کنیم تا تصویر کلی از آنچه درون است بدست آوریم".

این روش به تیم این امکان را داد تا تغییرات بسیار کوچک در سرعت و موقعیت مداری را اندازه‌گیری کنند و اطلاعاتی درباره تفاوت‌های پیچیده زیرسطحی کسب کنند. این تکنیک جبهه‌ای جدید در اکتشافات سیاره‌ای گشوده است که قادر به نمایاندن ساختارهای عمیق ماه‌ها، سیارک‌ها و حتی سیارات کوتوله دوردست می‌باشد.

انحنای نامتقارن ماه و نشانه‌های گرمای باستانی

دو طرف ماه به طور معروفی با یکدیگر متفاوت هستند: سمت نزدیک‌تر صاف‌تر و پر از دشت‌های وسیع مار است، در حالی که سمت دورتر ناهموار و کوهستانی است. با بررسی داده‌های ماموریت GRAIL، دانشمندان دریافتند که این تفاوت‌های سطحی ناشی از تفاوت‌های عمیق داخلی در نحوه پاسخ هر نیمکره به جاذبه زمین است.

پارک گفت: "متوجه شدیم که سمت نزدیک‌تر ماه بیشتر از سمت دورتر انحنا دارد که نشان‌دهنده یک تفاوت بنیادی در ساختار داخلی سمت نزدیک‌تر نسبت به سمت دورتر است". "در هنگام تجزیه و تحلیل اولین داده‌ها، چنان متعجب شدیم که نمی‌توانستیم آن را باور کنیم. بنابراین بارها و بارها محاسبات را انجام دادیم تا اثبات‌های مورد نظر را تأیید کنیم. مجموعاً این یک دهه کار است".

مدل پیشنهادی این تیم نشان می‌دهد که عناصر رادیواکتیوی که گرما تولید می‌کنند احتمالاً میلیاردها سال پیش زیر سمت نزدیک‌تر جمع شده و منجر به فعالیت‌های آتش‌فشانی شدید شده است. این موضوع توضیح می‌دهد که چرا دشت‌های وسیع بازالت که از زمین قابل مشاهده هستند، وجود داشته و همچنین نشان‌دهنده یک هسته داغ و پلای فرهنگ پذیری بیشتر در زیر چهره ماه است. چنین یافته‌ای نه تنها درک ما از تکامل ماه را تغییر می‌دهد بلکه دقت در برنامه‌ریزی و ناوبری در ماموریت‌های آینده به سمت ماه را نیز بهبود می‌بخشد.

وِستا شاید هسته‌ای نداشته باشد

بر خلاف ماه، انتظار می‌رفت که وِستا یک سیارک کاملاً تفکیک شده باشد که شامل لایه‌های مشخصی از جمله یک هسته فلزی، جبه‌ی سیلیکاتی و پوسته سنگی است. اما تجزیه و تحلیل میدان گرانشی‌اش داستان متفاوتی را بازگو می‌کند. با استفاده از داده‌های رادیویی و تصویری از فضاپیمای Dawn، تیم بررسی کرد که چگونه وِستا تکان می‌خورد در حین چرخش، رفتاری که به شدت به مقدار ممان اینرسی آن مرتبط است.

پارک گفت: "تکنیک ما به هر گونه تغییر در میدان گرانشی یک جسم در فضا حساس است، چه اینکه آن میدان گرانشی در طول زمان تغییر کند، مانند انعطاف پذیری جاذبه ماه، یا در داخل فضا، مانند یک سیارک متکی". "وِستا در حین چرخش لرزان است، بنابراین ما می‌توانیم مقدار ممان اینرسی آن را اندازه‌گیری کنیم؛ که مشخصه‌ای است که به شدت به ساختار داخلی سیارک حساس است".

یافته‌ها شگفت‌انگیز بود: توده وِستا به طور یکنواخت‌تری نسبت به آنچه که انتظار می‌رفت توزیع شده و ممکن است فقط یک هسته کوچک آهنی داشته باشد—یا اصلاً هسته‌ای نداشته باشد. این نظریه به مدل رایج "لایه‌پیاز" در شکل‌گیری سیارات چالش می‌اندازد و نشان می‌دهد که وِستا ممکن است تحت شرایط کاملاً متفاوتی شکل گرفته باشد، احتمالاً از بقایای به جای مانده از یک برخورد بزرگ. این موضوع همچنین سوالاتی را در مورد دیگر اجسام به‌ظاهر تفکیک‌شده و چقدر تکامل اجسام کوچک سیاره‌ای می‌تواند متنوع باشد، به وجود می‌آورد.

از ماه تا ایو: عصر جدیدی از نقشه‌برداری گرانشی

موفقیت این روش فقط محدود به ماه و وِستا نیست. تیم پارک قبلاً مدل‌سازی گرانشی مشابهی را بر روی سرس و ایو پیاده‌سازی کرده و بینش‌های جدیدی درباره لایه‌بندی داخلی و فعالیت‌های آتش‌فشانی کشف کرده است. برای ایو، اندازه‌گیری‌های نشانه‌های گرانشی در حین گردش آن به دور مشتری نشان داده که این ماه احتمالاً به یک اقیانوس ماگما جهانی دسترسی ندارد که با نظریه‌های قبلی مغایرت دارد.

پارک گفت: "تکنیک ما فقط محدود به ایو، سرس، وِستا یا ماه نیست". "فرصت‌های زیادی برای استفاده از تکنیک ما در آینده برای مطالعه درون اجسام سیاره‌ای جذاب در سراسر منظومه شمسی وجود دارد".

با ادامه پیشرفت این تکنیک، این ابزار قوی و غیرتهاجمی برای علوم سیاره‌ای فراهم می‌آید که قادر است فرضیات دیرینه‌ را درباره چگونگی شکل‌گیری جهان از درون تا بیرون تغییر دهد. چه بر پیگیری گرمای داخلی ماه یا بر توزیع نسبتاً یکنواخت وِستا، گرانش اکنون به عنوان جدیدترین شیوه برای درک گذشته عمیق منظومه شمسی ما عمل می‌کند.