مقصر زنگ‌زدگی ماه کیست؟

دانشمندان چینی در یک مطالعه جدید، مقصر اصلی زنگ‌زدگی ماه را زمین معرفی کردند. اکسیژنی که از زمین نشت می‌کند، احتمالاً مسئول تبدیل آهن به «اکسید آهن»(Fe2O3) در قطب‌های ماه است. شبیه‌سازی‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهد که این تنها توضیح برای فراوانی اکسید آهن و الگوی توزیع آن است. یک گروه پژوهشی به سرپرستی «شیاندی زنگ»(Xiandi Zeng) دانشمند علوم سیاره‌ای «دانشگاه علم و فناوری ماکائو»(Macau) در چین گفت: ما مجموعه‌ای از آزمایش‌های تابش اکسیژن و هیدروژن را برای شبیه‌سازی فرآیندهای تابش سطح ماه انجام دادیم و برای اولین بار، آزمایش‌های ما تشکیل و کاهش کانی‌های اکسید آهن را باهم نشان دادند.

به نقل از ساینس‌آلرت، کشف شوکه‌کننده اکسید آهن روی ماه چند سال پیش انجام شد. این کانی از اکسیداسیون یا زنگ‌زدگی آهن تشکیل می‌شود و به طور گسترده‌ روی زمین یافت می‌شود؛ اما ماه اتمسفر ندارد و تنها یک «اگزوسفر»(exosphere) نازک دارد که حاوی اکسیژن نیست. علاوه بر این، ماه دائماً با جریانی از هیدروژن ناشی از باد خورشیدی بمباران می‌شود. هیدروژن یک عامل کاهنده است که الکترون‌های خود را به موادی که با آنها تعامل دارد، اهدا می‌کند. فرآیند زنگ‌زدگی به دلیل از دست دادن الکترون‌ها رخ می‌دهد. بنابراین حتی اگر تمام عناصر مورد نیاز برای وقوع زنگ‌زدگی روی ماه وجود داشتند، باد خورشیدی باید آن را خنثی می‌کرد.

«اگزوسفر» یا «برون‌سپهر»، بیرونی‌ترین لایه اتمسفر یا آخرین لایه پیش از فضای بیرونی است. گازهای سبک در این لایه مانند هیدروژن، امکان گریز از اتمسفر را پیدا می‌کنند. هوا در آنجا بسیار رقیق است و تفاوت چندانی با خلأ ندارد. تراکم ذرات در این لایه بسیار کم است و با افزایش ارتفاع، دما زیاد می‌شود. افزایش دما در این لایه ناشی از فعالیت‌های خورشیدی است. دما در این لایه به علت تابش‌های خورشیدی بسیار زیاد است؛ اما چون شمار ذرات در این لایه بسیار کم است، جابه‌جایی گرما بسیار کند صورت می‌گیرد. این لایه به‌طور عمده از هیدروژن و مقداری هلیوم و کربن دی‌اکسید و اکسیژن اتمی تشکیل شده است و در آن گرانش زمین نیروی چندانی ندارد.

یکی از توضیحات احتمالی برای وجود اکسید آهن، زمین را نیز درگیر می‌کند. باد خورشیدی که به «مگنتوسفر»(magnetosphere) زمین فشار می‌آورد، باعث می‌شود که ساختار آن در جهت مخالف خورشید و پشت زمین امتداد یابد. همچنین، این دنباله مغناطیسی حاوی ذراتی است که از جو زمین نشت می‌کنند. یون‌های اکسیژن زمینی در طول ماه کامل، ماه را در حالی که از دنباله مغناطیسی زمین عبور می‌کند، بمباران می‌کنند. در همین حال، قرار گرفتن در سایه زمین به این معنی است که ۹۹ درصد از باد خورشیدی از رسیدن به ماه باز می‌ماند.

مگنتوسفر یا «مغناطیس‌سپهر»، منطقه مغناطیسی پیرامون یک جرم فضایی است. این لایه هنگامی شکل می‌گیرد که جریانی از ذره‌های باردار مانند بادهای خورشیدی، در برهم‌کنش با میدان مغناطیسی یک سیاره یا یک جرم مشابه منحرف می‌شود. زمین و دیگر سیاره‌های دارای میدان مغناطیسی توسط یک مگنتوسفر احاطه شده‌اند. به طور خلاصه، این لایه به انرژی‌هایی گفته می‌شود که از قطب شمال از هسته زمین بیرون می‌روند و از قطب جنوب به هسته زمین بازمی‌گردند.

این امر از لحاظ نظری بدان معناست که ماه تقریباً پنج روز در ماه با اکسیژن بمباران می‌شود و همزمان، کاهش بمباران هیدروژن را تجربه می‌کند. این فرآیند یک دستورالعمل بالقوه برای تشکیل اکسید آهن است. دانشمندان برای آزمایش این موضوع، یون‌های اکسیژن را به سمت کانی‌های غنی از آهن پرتاب کردند تا اثر باد زمین را در دنباله مغناطیسی زمین تقلید کنند. نتایج مطالعه آنها نشان داد که یون‌های اکسیژن به طور قابل توجهی قادر به ایجاد زنگ‌زدگی آهن هستند.

دانشمندان می‌گویند: نتایج تجربی ما شواهد قوی‌ را مبنی بر این موضوع ارائه می‌دهند که اکسید آهن می‌تواند روی سطح ماه از طریق تابش یون اکسیژن تشکیل شود. باد زمین، منبع اصلی یون‌های اکسیژن پرانرژی روی ماه و عامل زنگ‌زدگی است. این روند عامل زنگ‌زدگی کانی‌های مختلف مانند آهن، اکسیدها و سولفیدها در خاک ماه است. این کانی‌ها ممکن است به عنوان ریزذرات در خاک ماه وجود داشته باشند. با وجود این، آنها هنگام قرار گرفتن در معرض باد زمین می‌توانند دچار اکسیداسیون یا زنگ‌زدگی مستقیم شوند.

پژوهشگران برای تعیین این که آیا از سرگیری باد خورشیدی می‌تواند این فرآیند را با سرعت کافی برای خنثی کردن آن معکوس کند یا خیر، پرتوهایی از یون‌های هیدروژن را با شدت‌های مختلف به اکسید آهن شلیک کردند. یک پرتو پرانرژی که باد زمین را تقلید می‌کرد، قادر به معکوس کردن فرآیند زنگ‌زدگی بود؛ اما یک پرتو کم‌انرژی که باد خورشیدی را تقلید می‌کرد، این کار را نکرد. این امر  نشان می‌دهد که باد خورشیدی قادر به معکوس کردن زنگ‌زدگی آهن ماه نیست. همچنین، توضیح می‌دهد که چرا این کانی در نزدیکی قطب‌های ماه متمرکز است.

اکسید آهن به علت هدایت یون‌های اکسیژن به سمت عرض‌های جغرافیایی بالا توسط دنباله مغناطیسی زمین در قطب‌های ماه متمرکز است. این مطالعه ممکن است معمای دیگری را درباره کانی روی ماه حل کند. این ماده اغلب در نزدیکی آب یافت می‌شود. این گروه پژوهشی در آزمایش‌های کاهش خود، آب را به عنوان یک محصول جانبی یافتند. هنگامی که آنها هیدروژن پرانرژی را به «هماتیت» شلیک کردند، اکسیژن از آهن جدا شد و به هیدروژن پیوست. این نشان می‌دهد که آب نزدیک اکسید آهن ماه، یک محصول جانبی ناشی از کاهش این کانی است.

مطالب زیادی برای کاوش در ماه وجود دارد. اکسید آهن روی ماه حتی ممکن است تاریخچه اکسیژن در جو زمین را نشان دهد که به رویداد بزرگ زنگ‌زدگی حدود ۲/۴ میلیارد سال پیش باز می‌گردد. پژوهشگران در مقاله پژوهش خود نوشتند: تشکیل اکسید آهن از طریق تابش باد زمین، تبادل مواد را میان زمین و ماه نشان می‌دهد. این یافته‌ها بر نیاز به مطالعه بیشتر درباره تعاملات خاک ماه با پلاسمای میان‌ستاره‌ای تأکید می‌کنند. همچنین، فرود موفقیت‌آمیز ماموریت «چاندرایان-۳»(Chandrayaan-3) به تازگی همراه با ماموریت آینده «چانگ‌ای-۷»(Chang'E-7) چین با هدف بررسی قطب جنوب ماه، فرصت‌های امیدوارکننده‌ای را برای درک بیشتر ما از تاریخ ارائه می‌دهد.

این مطالعه در مجله Geophysical Research Letters منتشر شده است.

منبع: ایسنا