سن ماه از چیزی که فکر می‌کردیم بیشتر است

نیم قرن از زمانی که انسان برای اولین‌بار پا روی ماه گذاشت، می‌گذرد، اما سنگ‌هایی که جمع‌آوری شده‌اند همچنان اطلاعات مهمی را درباره همسایه نورانی زمین آشکار می‌کنند. برخی از این مواد دهه‌ها حفظ شده‌اند تا بتوانیم آن‌ها را با ابزارهای پیشرفته‌تر مطالعه کنیم. حالا موادی که از سال ۱۹۷۲ حفظ شده‌اند، نشان داده‌اند که سن ماه میلیون‌ها سال بیشتر از چیزی است که پیش‌تر تصور می‌کردیم.

دانشمندان با مطالعه سرنخ‌های اتمی گرفتار‌شده درون کریستال‌های زیرکُن، یکی از قدیمی‌ترین کانی‌های باقی‌مانده از زمان تشکیل ماه، دریافته‌اند که ماه حداقل ۴٫۴۶ میلیارد سال عمر دارد. این عدد، منتشرشده در ژورنال Geochemical Perspectives Letters، سن ماه را ۴۰ میلیون سال از تخمین‌های پیشین بالاتر می‌برد. این سن به زمان تولد منظومه شمسی در ۴٫۵۷ میلیارد سال قبل نزدیک‌تر است.

تعیین سن دقیق ماه می‌تواند به دانشمندان کمک کند توالی رویدادهای روزهای آغازین منظومه شمسی را دریابند. «جنیکا گریر» (Jennika Greer)، اخترشیمی‌دان دانشگاه گلاسکو و نویسنده اصلی مقاله می‌گوید «زمان‌بندی همه‌چیز است. منظومه شمسی ما مدت‌ها اینجا بوده، اما بسیاری از فرایندهای واقعاً پویای آن در چند میلیون سال اول رخ داده‌اند.»

وقتی منظومه شمسی جوان بود، زمین نوزاد ماه نداشت، بلکه سیاره‌ای تنها بود که دور خورشید آغازین می‌گشت. اما روزهای آغازین زمین هرچیزی بود جز آرام. دانشمندان باور دارند که در اوایل تاریخ سیاره ما، یک جرم به اندازه مریخ به پیش‌زمین برخورد نمود و هر دو دنیا را تکه‌پاره کرد.

گرمای این برخورد همه‌چیز (زمین جوان و سیاره نابودگرش) را مایع کرد و دو جرم در یک بدنه به یکدیگر جوش خوردند. گلوله‌ای از سنگ مایع به خارج از این جرم جریان یافت، در یک مدار پایدار به دام افتاد و سرانجام سرد شد تا ماه را شکل دهد.

مواد داخل ماه در دو لایه پوسته و گوشته از هم جدا شدند. کانی‌های جدیدی از سنگ‌های مذاب شکل گرفتند و زیرکن یکی از آخرین کانی‌های این مرحله بود؛ مرحله‌ای که در آن ماه به شکلی که امروز می‌شناسیم، متولد شد.

شمارش اتم‌ها

زیرکن‌ها به‌دلیل سرسخت‌بودنشان، کانی‌هایی محبوب در میان دانشمندان هستند. این کریستال‌ها که ابعادی چند میکرونی دارند، می‌توانند میلیاردها سال در برابر فرسایش مقاومت کرده و رازهای ژئولوژیکی زمان تولد خود را حفظ کنند. آن‌ها همچنین می‌توانند در هنگام شکل‌گیری ایزوتوپ‌های اورانیوم را از محیط خود جذب کنند. این ایزوتوپ‌ها زمان‌سنجی هستند که از لحظه کریستالیزه‌شدن زیرکن‌ها تولید می‌شوند.

ایزوتوپ‌های اورانیوم در نرخی قابل پیش‌بینی به سرب تبدیل می‌شوند. دانشمندان می‌توانند با شمارش تعداد اتم‌های سربی که شکل می‌گیرند و اتم‌های اورانیومی که باقی می‌مانند، بفهمند از زمانی که زیرکن سخت از مواد مذاب شکل گرفت چقدر گذشته است.

نویسنده‌های مقاله زیرکن‌های محاط‌شده را درون یک نمونه سنگی از مأموریت آپولو ۱۷ در سال ۱۹۷۲ کاوش کردند و یک نقشه سه‌بعدی از اتم‌ها ساختند. شمارش ایزوتوپ‌های سرب حاکی از عمر ۴٫۴۶ میلیارد سالی ماه داشت. این قدیمی‌ترین سن محاسبه‌شده برای همسایه زمین تا به امروز است.

پیش‌تر در سال ۲۰۲۱، بیدونگ ژانگ (Bidong Zhang) و آدری بوویر (Audrey Bouvier)، همکاران گریر، این سن را محاسبه کرده بودند. اما گزارش آن‌ها شکاکیت‌هایی را برانگیخت. منتقدان به این حقیقت اشاره می‌کردند که اتم‌های سرب تمایل دارند از طریق جابجایی درون سنگ نقاطی با تمرکز بالا یا پایین تشکیل دهند. این احتمال وجود دارد که با نگاه کردن به نقاط مختلف سنگ به نقاطی با تمرکز غیریکنواخت سرب برخورد و سن زیرکن را اشتباه محاسبه کنیم.

برای آرام کردن این انتقادها، بوویر به تیم گریر مراجعه کرد تا اتم‌ها را دوباره بشمارند. آن‌ها این بار از یک پویشگر یونی استفاده کردند که می‌توانست از سنگ با تفکیک فضایی بالاتری نسبت به پویشگر پژوهش قبلی نمونه‌برداری کند. یک پویشگر دقیق‌تر به تیم این اجازه را می‌داد تا نواحی با ابعاد نانو شامل اتم‌های فراوان یا اندک سرب را شناسایی کنند؛ البته اگر چنین نقاطی وجود داشتند. اما آن‌ها چیزی نیافتند.

فیلیپ هک (Philipp Heck)، نویسنده مقاله و اخترشیمی‌دان موزه فیلد و دانشگاه شیکاگو، می‌گوید «در این زیرکن، همه چیز یکنواخت بود، پس نیازی نبود نگران آن [مسئله] باشیم.» این نتیجه تأیید کرد که سن ۴٫۴۶ میلیارد سالی محاسبه‌شده برای ماه دقیق بود.

ملانی باربونی (Melanie Barboni)، ژئوشیمی‌دان دانشگاه ایالتی آریزونا که در این پژوهش نقشی نداشته است، می‌گوید «این یک مطالعه خیلی خیلی خوب است.» باربونی روی ایزوتوپ‌های نمونه‌های ماه مطالعه و کشف کرده است که داخل ماه اولین بار ۴٫۵۱ میلیارد سال قبل به لایه‌هایی مجزا تقسیم شد. این مرحله پس از فازهای نهایی شکل‌گیری پوسته در مطالعه جدید بود.

باربونی می‌گوید پژوهش جدید با یافته‌های خودش سازگار است. او می‌گوید «بسیاری از مقاله‌ها می‌گویند که، برای مثال، ماه کمتر از ۴٫۳ میلیارد سال قبل شکل گرفت. این به‌وضوح با درنظرگرفتن این داده‌ها ممکن نیست.»

تاریخ ماه و زمین

تعیین این که ماه چه زمانی سخت شد به پژوهشگران آینده یک نقطه مرجع برای مدلسازی تکامل ماه می‌دهد. گریر می‌گوید «گاهشماری به ما کمک می‌کند تا همه چیز را در پس‌زمینه خود بگذاریم. به این ترتیب می‌توانیم شروع به فهم فرایندهایی که در جریان هستند بکینم.» دانستن این که چه اتفاقی در چه زمانی از شکل‌گیری ماه افتاد می‌تواند توضیح دهد که قمر زمین چرا امروز به این صورت است.

منفعت اصلی مطالعه ماه در حقایقی نهفته است که درباره زمین به ما می‌گوید. سرنوشت زمین و ماه، به‌عنوان شرکای آسمانی با منشأ واحد، به یکدیگر گره خورده است. اما زمین که از لحاظ آتشفشانی فعال است، مانند یک مجرم، علاقه شدیدی به مدفون و نابود کردن شواهد گذشته خود دارد. ماه یک شریک صادق‌تر است. فقدان فعالیت‌های پوسته‌ای به این معنی است که شواهد ژئولوژیکی می‌توانند برای دوران‌های طولانی روی سطح باقی بمانند.

دانشمندان می‌توانند به شواهد ماه بنگرند و نتیجه بگیرند که چه چیزهایی احتمالاً در همان دوران برای زمین نیز اتفاق افتاده است. برای مثال، گریر می‌گوید در آن برخورد سرنوشت‌ساز که ماه را ایجاد کرد، زمین غیرقابل سکونت شد ــ هیچ چیز نمی‌توانست از فاجعه‌ای به آن بزرگی جان سالم به در ببرد ــ و تمام آب‌هایش تبخیر شدند. در این صورت، آب باید همان زمان به زمین بازگشته باشد، احتمالاً در دل سیارک‌هایی که به زمین برخورد می‌کردند. این سیارک‌ها می‌توانند بقایایی نیز روی ماه به‌جا گذاشته باشند.

در حالی که مطالعه جدید زمان تکمیل شکل‌گیری پوسته ماه را حداقل ۴٫۴۶ میلیارد سال قبل تعیین می‌کند، کل این فرایند، از برخورد سیاره‌ای تا سخت‌شدن نهایی، هزاران سال به‌طول انجامید. زیرکن‌ها آخرین بقایای اقیانوس مواد مذاب ماه هستند ــ آخرین فصل شروع خشونت‌آمیز ماه و آغاز دوران آرام‌تر آن.

هک و باربونی غافلگیر نخواهند شد اگر پژوهش‌های آینده یک زیرکن قدیمی‌تر پیدا کنند که سن ماه را از این نیز بالاتر ببرند. شاید یک کریستال باستانی‌تر در انبار نمونه‌های ناسا وجود داشته باشد، گرچه هک می‌گوید چنین چیزی بسیار نادر است. حتی شاید کریستال‌های بیشتری روی ماه، که انسان‌ها هنوز تصرفش نکرده‌اند، منتظرند تا پیدا شوند.

چند مأموریت در حال طراحی‌شدن هستند تا نمونه‌هایی را از نقاطی از ماه که تا به حال کسی روی آن‌ها قدم نگذاشته به زمین بیاورند. در سال ۲۰۲۴، چین یک مأموریت رباتیک را عازم ماه می‌کند تا نمونه‌هایی از سمت دورتر ماه به زمین بیاورد. همچنین در مأموریت آرتمیس ۳ ناسا در سال ۲۰۲۵، انسان‌هایی روی قطب جنوب ماه فرود می‌آیند. سنگ‌های جدید جمع‌آوری‌شده در این نقاط می‌توانند به تکمیل داستان منشأ ماه کمک کنند.