איור סכמטי עם מפת שיפוע כבידה (תבנית משושה כחולה) של הירח ליד וחתך המראה שתי שקעים מצטברים נושאי אילמניט מהתהפכות מעטפת הירח. קרדיט: אדריאן ברוקט/אוניברסיטת אריזונה ואודרי לאסבורדס
מדענים מאוניברסיטת אריזונה שילבו הדמיות ממוחשבות ונתוני חלליות כדי לפתור תעלומה ארוכת שנים סביב הגיאולוגיה "המשובשת" של הירח.
לפני כ-4.5 מיליארד שנים, כוכב לכת קטן התנפץ לתוך כדור הארץ הצעיר, והעיף סלע מותך לחלל. לאט לאט, הפסולת התלכדה, התקררה והתמצקה ויצרה את הירח שלנו. התרחיש הזה של איך נוצר ירח כדור הארץ הוא התרחיש המוסכם על רוב המדענים. אבל הפרטים של איך בדיוק זה קרה הם "יותר רומן הרפתקאות בחר-בעצמך", לפי חוקרים במעבדת הירח והכוכבים של אוניברסיטת אריזונה שפרסמו מאמר ב- מדעי הגיאוגרפיה של הטבע. הממצאים מציעים תובנות חשובות לגבי האבולוציה של פנים הירח, ואולי גם לגבי כוכבי לכת כמו כדור הארץ או מַאְדִים.
משימות אפולו והרכב הירח
רוב מה שידוע על מקור הירח מגיע מניתוחים של דגימות סלע, שנאספו על ידי אסטרונאוטים של אפולו לפני יותר מ-50 שנה, בשילוב עם מודלים תיאורטיים. הדגימות של סלעי הלבה הבזלתיים שהוחזרו מהירח הראו ריכוזים גבוהים באופן מפתיע של טיטניום. תצפיות לוויין מאוחרות יותר גילו שהסלעים הוולקניים העשירים בטיטניום ממוקמים בעיקר בצידו הסמוך של הירח, אבל איך ולמה הם הגיעו לשם נשארו בגדר תעלומה – עד עכשיו.
לפני יותר מ-50 שנה, האסטרונאוטים של אפולו החזירו מהירח סלעי לבה בזלת עם ריכוזים גבוהים באופן מפתיע של טיטניום. מאוחר יותר, תצפיות לוויין גילו שהסלעים הוולקניים העשירים בטיטניום נמצאים בעיקר בצידו הקרוב של הירח – אבל איך ולמה הם הגיעו לשם נשארו בגדר תעלומה – עד עכשיו. קרדיט: נאס"א
דינמיקה פנימית והתהפכות ירח
מכיוון שהירח נוצר מהר וחם, סביר להניח שהוא היה מכוסה באוקיינוס מאגמה עולמי. כשהסלע המותך התקרר והתמצק בהדרגה, הוא יצר את מעטפת הירח ואת הקרום הבהיר שאנו רואים כאשר אנו מסתכלים למעלה על ירח מלא בלילה. אבל עמוק יותר מתחת לפני השטח, הירח הצעיר היה מחוץ לשיווי משקל. מודלים מצביעים על כך שהשרירים האחרונים של אוקיינוס המאגמה התגבשו למינרלים צפופים כולל אילמניט, מינרל המכיל טיטניום וברזל.
"מכיוון שהמינרלים הכבדים האלה צפופים יותר מהמעטפת שמתחת, זה יוצר אי יציבות כבידתית, והיית מצפה שהשכבה הזו תשקע עמוק יותר לתוך פנים הירח", אמר ויגאנג ליאנג, שהוביל את המחקר כחלק מעבודת הדוקטורט שלו ב-LPL.
איכשהו, באלפי השנים שלאחר מכן, החומר הצפוף הזה אכן שקע בפנים, התערבב עם המעטפת, נמס וחזר אל פני השטח כזרימות לבה עשירות בטיטניום שאנו רואים על פני השטח כיום.
הצד הקרוב של הירח עם האזורים הכהים שלו, או "סוסה", המכוסה בזרימות געשיות עשירות בטיטניום (במרכז) מרכיב את המראה המוכר של הירח מכדור הארץ (משמאל). אזור הסוסה מוקף בתבנית מצולעת של חריגות כבידה ליניאריות (כחול בתמונה מימין) המתפרשות כשרידים של חומר צפוף ששקע בפנים. נוכחותם מספקת את ההוכחה הפיזית הראשונה לאופי התהפכות המעטפת העולמית לפני יותר מ-4 מיליארד שנים. קרדיט: אדריאן ברוקט/אוניברסיטת אריזונה
"הירח שלנו ממש הפך את עצמו מבפנים החוצה", אמר מחבר שותף ופרופסור עמית ל-LPL, ג'ף אנדרוז-האנה. "אבל היו מעט ראיות פיזיות לשפוך אור על רצף האירועים המדויק במהלך השלב הקריטי הזה של תולדות הירח, ויש הרבה אי הסכמה בפרטים של מה שירד – תרתי משמע."
האם החומר הזה שקע כשהוא נוצר קצת בכל פעם, או בבת אחת לאחר שהירח התמצק במלואו? האם הוא שקע בפנים גלובלי ואז התרומם בצד הקרוב, או האם הוא נדד לצד הקרוב ואז שקע? האם הוא שקע בגוש אחד גדול, או בכמה כתמים קטנים יותר?
"ללא ראיות, אתה יכול לבחור את הדגם האהוב עליך. לכל מודל יש השלכות עמוקות על האבולוציה הגיאולוגית של הירח שלנו", אמר הסופר המוביל אדריאן ברוקט מהמרכז הגרמני לתעופה וחלל בברלין, שעשה את העבודה בתקופתו כאחראי מחקר ב-LPL.
חוקרת תעלומות ירח
במחקר קודם, בראשות נאן ג'אנג מאוניברסיטת פקין בבייג'ינג, שהוא גם מחבר שותף במאמר האחרון, דגמים חזו כי השכבה הצפופה של חומר עשיר בטיטניום מתחת לקרום נדדה לראשונה לצד הקרוב של הירח. , אולי מופעלת על ידי פגיעה ענקית בצד הרחוק, ואז שקועה בפנים ברשת של לוחות דמויי יריעות, שנשפכות לתוך פנים הירח כמעט כמו מפלים. אבל כשהחומר הזה שקע, הוא הותיר אחריו שריד קטן בתבנית גיאומטרית של גופים ליניאריים מצטלבים של חומר צפוף עשיר בטיטניום מתחת לקרום.
"כשראינו את תחזיות המודל האלה, זה היה כמו נורה נדלקת", אמרה אנדרוז-חנה, "מכיוון שאנו רואים את אותה תבנית בדיוק כשאנו מסתכלים על וריאציות עדינות בשדה הכבידה של הירח, וחושפת רשת של חומר צפוף האורבת מתחת. הקרום."
במחקר החדש השוו המחברים סימולציות של שכבה שוקעת עשירה באילמניט לקבוצה של חריגות כבידה ליניאריות שזוהו על ידי נאס"אמשימת GRAIL, ששתי החלליות שלה הקיפו את הירח בין 2011 ל-2012, תוך מדידת וריאציות זעירות בכוח הכבידה שלה. חריגות ליניאריות אלו מקיפות אזור אפל עצום של הצד הקרוב הירחי המכוסה בזרימות געשיות המכונה סוסה (בלטינית עבור "ים").
חיבור בין עדויות גיאופיזיות ומודלים
המחברים מצאו כי חתימות הכבידה שנמדדו על ידי משימת GRAIL תואמות סימולציות של שכבת אילמניט, וכי ניתן להשתמש בשדה הכבידה כדי למפות את התפלגות שרידי האילמניט שנותרו לאחר שקיעת רוב השכבה הצפופה.
"הניתוחים שלנו מראים שהמודלים והנתונים מספרים סיפור אחד עקבי להפליא", אמר ליאנג. "חומרי אילמניט נדדו לצד הקרוב ושקעו בפנים במפלים דמויי יריעות, והותירו מאחוריהם שריד שגורם לאנומליות בשדה הכבידה של הירח, כפי שניתן לראות ב-GRAIL."
תצפיות הצוות גם מגבילות את העיתוי של אירוע זה: חריגות הכבידה הליניאריות נקטעות על ידי אגני ההשפעה הגדולים והעתיקים ביותר בצד הקרוב ולכן בטח נוצרו מוקדם יותר. בהתבסס על קשרים צולבים אלה, המחברים מציעים שהשכבה העשירה באילמניט שקעה לפני 4.22 מיליארד שנים, מה שעולה בקנה אחד עם תרומה לוולקניות מאוחרת יותר שנראתה על פני הירח.
"ניתוח הווריאציות הללו בשדה הכבידה של הירח אפשר לנו להציץ מתחת לפני הירח ולראות מה מסתתר מתחת", אמר ברוקט, שעבד עם ליאנג כדי להראות שהחריגות בשדה הכבידה של הירח תואמות את הצפוי עבור אזורי הכבידה של הירח. חומר צפוף עשיר בטיטניום שנחזה על ידי מודלים של הדמיית מחשב של התהפכות הירח.
חשיפת טבעו השחית של הירח
בעוד שזיהוי חריגות כוח הכבידה של הירח מספק עדות לשקיעת שכבה צפופה בפנים הירח ומאפשר הערכה מדויקת יותר של איך ומתי התרחש אירוע זה, מה שאנו רואים על פני הירח מוסיף עוד יותר תככים ל- סיפור, על פי צוות המחקר.
"הירח עקום ביסודו מכל הבחינות," אמרה אנדרוס-חנה, והסבירה שהצד הקרוב שפונה לכדור הארץ, ובמיוחד האזור האפל המכונה אזור Oceanus Procellarum, הוא נמוך יותר בגובהו, בעל קרום דק יותר, מכוסה במידה רבה ב- זורמת לבה, ויש בה ריכוזים גבוהים של יסודות נדירים בדרך כלל כמו טיטניום ותוריום. הצד הרחוק שונה בכל אחד מהבחינות הללו. איכשהו, התהפכות מעטפת הירח נחשבת קשורה למבנה הייחודי ולהיסטוריה של אזור פרוצלרום הצד הקרוב. אבל הפרטים של המהפך הזה היו עניין של ויכוח רב בין מדענים.
השלכות על חקר הירח העתידי
"העבודה שלנו מחברת את הנקודות בין העדויות הגיאופיזיות למבנה הפנימי של הירח לבין מודלים ממוחשבים של האבולוציה שלו", הוסיף ליאנג.
"לראשונה יש לנו ראיות פיזיקליות שמראות לנו מה התרחש בפנים הירח במהלך השלב הקריטי הזה באבולוציה שלו, וזה באמת מרגש", אמרה אנדרוס-חנה. "מסתבר שההיסטוריה המוקדמת ביותר של הירח כתובה מתחת לפני השטח, וצריך רק את השילוב הנכון של מודלים ונתונים כדי לחשוף את הסיפור הזה."
"שרידי האבולוציה המוקדמת של הירח נמצאים היום מתחת לקרום, וזה מהפנט", אמר ברוקט. "משימות עתידיות, כמו עם רשת סיסמית, יאפשרו חקירה טובה יותר של הגיאומטריה של המבנים הללו."
ליאנג הוסיפה: "כאשר האסטרונאוטים של ארטמיס ינחתו בסופו של דבר על הירח כדי להתחיל עידן חדש של חקר אנושי, תהיה לנו הבנה שונה מאוד של השכן שלנו ממה שהייתה לנו כשהאסטרונאוטים של אפולו דרכו עליו לראשונה".
