بعد نصف قرن.. حل لغز الغموض المغناطيسي للقمر

عادت عينات من صخور القمر إلى الأرض خلال برنامج أبولو التابع لوكالة ناسا، منذ عام 1968 إلى عام 1972، وقدمت كما كبيرا من المعلومات حول تاريخ القمر، لكنها كانت أيضًا مصدرًا لغموض دائم.

حيث كشف تحليل الصخور أن بعضها بدا وكأنه تشكل في وجود مجال مغناطيسي قوي، وهو مجال ينافس الأرض من حيث القوة، لكن لم يكن واضحًا كيف يمكن لجسم بحجم القمر أن يولد مجالًا مغناطيسيًا بهذه القوة.

الآن، يقترح البحث، الذي يقوده عالم الجيولوجيا بجامعة براون الأمريكية، تفسيرًا جديدًا للغموض المغناطيسي للقمر، حيث أظهرت الدراسة، التي نُشرت في مجلة "نيتشر استرونومي"، أن التكوينات الصخرية العملاقة التي تغرق في عباءة القمر يمكن أن تنتج نوعًا من الحمل الحراري الداخلي يولد مجالات مغناطيسية قوية.

ويرى الباحثون، أن هذه العمليات قد تكون أنتجت مجالات مغناطيسية قوية بشكل متقطع خلال المليار سنة الأولى من تاريخ القمر.

ويقول ألكسندر إيفانز، الأستاذ المساعد في علوم البيئة والكواكب في جامعة براون: "كل ما فكرنا به حول كيفية توليد المجالات المغناطيسية بواسطة نوى الكواكب؛ يخبرنا أن جسمًا بحجم القمر لا ينبغي أن يكون قادرًا على توليد مجال قوي مثل مجال الأرض، ولكن بدلاً من التفكير في كيفية تشغيل مجال مغناطيسي قوي بشكل مستمر على مدى مليارات السنين، ربما تكون هناك طريقة للحصول على مجال عالي الكثافة بشكل متقطع، ويوضح نموذجنا كيف يمكن أن يحدث ذلك".

وتنتج أجسام الكواكب مجالات مغناطيسية من خلال ما يعرف بالدينامو الأساسي، ويؤدي التبديد البطيء للحرارة إلى انتقال المعادن المنصهرة في قلب الكوكب، وينتج التموج المستمر للمواد الموصلة للكهرباء مجالًا مغناطيسيًا، وهذه هي الطريقة التي يتشكل بها المجال المغناطيسي للأرض، الذي يحمي السطح من أشعة الشمس الأكثر خطورة.

ويفتقر القمر إلى مجال مغناطيسي اليوم، وتشير نماذج من قلبه إلى أنه ربما كان صغيرًا جدًا ويفتقر إلى قوة الحمل الحراري لإنتاج مجال مغناطيسي قوي باستمرار، ومن أجل أن يكون للنواة زخم حمل قوي، فإنها تحتاج إلى تبديد الكثير من الحرارة.

ويقول إيفانز إنه في حالة القمر المبكر، لم يكن الوشاح المحيط بالنواة أبرد بكثير من اللب نفسه، ونظرًا لأن حرارة اللب لم يكن لديها أي مكان تذهب إليه، لم يكن هناك الكثير من الحمل الحراري في اللب، لكن هذه الدراسة الجديدة توضح كيف يمكن أن توفر الصخور الغارقة تعزيزات متقطعة للحمل الحراري.

تبدأ قصة هذه الحجارة الغارقة بعد بضعة ملايين من السنين من تشكل القمر، وفي وقت مبكر جدًا من تاريخه، يُعتقد أن القمر مغطى بمحيط من الصخور المنصهرة، وعندما بدأ محيط الصهارة الشاسع يبرد ويتصلب، غرقت معادن مثل الزبرجد الزيتوني والبيروكسين الأكثر كثافة من الصهارة السائلة إلى القاع، بينما طفت المعادن الأقل كثافة مثل أنورثوسيت لتشكيل القشرة.

وكانت الصهارة السائلة المتبقية غنية بالتيتانيوم وكذلك العناصر المنتجة للحرارة مثل الثوريوم واليورانيوم والبوتاسيوم، لذلك استغرق الأمر وقتًا أطول لتصلب، وعندما تبلورت طبقة التيتانيوم أخيرًا تحت القشرة، كانت أكثر كثافة من المعادن التي تجمدت سابقًا تحتها، بمرور الوقت، غرقت تكوينات التيتانيوم عبر صخور الوشاح الأقل كثافة تحتها، وهي عملية تُعرف باسم انقلاب الجاذبية.

في هذه الدراسة الجديدة، وضع إيفانز وتيكو نموذجًا لديناميكيات كيفية غرق تكوينات التيتانيوم، بالإضافة إلى التأثير المحتمل عند وصولها في النهاية إلى نواة القمر، وأظهر التحليل، الذي استند إلى التكوين الحالي للقمر ولزوجة الوشاح المقدرة، أن التكوينات من المحتمل أن تتكسر إلى نقاط صغيرة يصل قطرها إلى 60 كيلومترا، وتغرق بشكل متقطع على مدار حوالي مليار سنة.

ووجد الباحثون أنه عندما تصل كل من هذه النقط إلى القاع في النهاية، فإنها ستعطي هزة كبيرة للدينامو الأساسي للقمر، وبعد أن جثمت تحت قشرة القمر مباشرة، كانت تكوينات التيتانيوم باردة نسبيًا في درجة الحرارة- أبرد بكثير من درجة حرارة اللب المقدرة في مكان ما بين 2600 و 3800 درجة فهرنهايت- وعندما تلامس النقط الباردة مع اللب الساخن بعد غرقها، كان من الممكن أن يؤدي عدم تطابق درجة الحرارة إلى زيادة الحمل الحراري الأساسي، وهو ما يكفي لدفع مجال مغناطيسي على سطح القمر بقوة أو أقوى من المجال الأرضي.

يقول إيفانز: "يمكنك التفكير في الأمر قليلاً مثل قطرة ماء تضرب مقلاة ساخنة، فلديك شيء باردا حقًا يلامس القلب، وفجأة يمكن أن تتدفق الكثير من الحرارة، ويؤدي ذلك إلى زيادة التموج في القلب، مما يمنحك هذه الحقول المغناطيسية القوية بشكل متقطع".