دلائل جديدة حول المجال المغناطيسي للقمر تغير من نظرتنا السابقة عنه

تشير أدلة جديدة من الصخور القمرية القديمة إلى أنه قد وجِد دينامو نشط على القمر قد تكوّن بفعل المعادن المنصهرة في نواة القمر، وتولد عنه مجال مغناطيسي استمر ما لا يقل عن مليار سنة أطول مما كان يعتقده الباحثون سابقا.

الدينامو هي المولدات الطبيعية للمجالات المغناطيسية للأجرام، والمتولد من تماوج السوائل الموصلة داخل العديد من النجوم والكواكب. وفي ورقة نُشرت بمجلة “ساينس أدفانس” يقول باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة روتجرز أن صخرة القمر التي أتت بها بعثة أبولو 15 تُظهر علامات على أنها تشكلت قبل 1 إلى 2.5 مليار سنة في ظل وجود مجال مغناطيسي ضعيف نسبيًا حوالي 5 ميكروتيسلا، أي حوالي 10 مرات أضعف من المجال المغناطيسي الحالي للأرض ولكن لا يزال 1000 مرة أكبر من الحقول البين كوكبية.

قبل عدة سنوات، قام نفس الباحثون بتقدير أن صخور القمر – البالغة من العمر 4 مليارات سنة – تشكلت في حقل مغناطيسي أقوى بكثير حوالي 100 ميكروتيسلا، وقرروا أن قوة هذا المجال قلّت قبل حوالي 3 مليارات سنة. في ذلك الوقت، كان الباحثون غير متأكدين ما إذا كان دينامو القمر – المجال المغناطيسي – انتهى بعد ذلك بوقت قصير أو بقي في حالة ضعف قبل أن يتبدد.

النتائج التي تم الوصول إليها اليوم تدعم السيناريو الأخير: بعد أن تضاءل المجال المغناطيسي للقمر، استمر مع ذلك لمدة مليار سنة على الأقل، مما يجعل وجوده ككل مستمرًا لـ 2 مليار سنة على الأقل.

يقول المؤلف المشارك في الدراسة بنيامين وايس أستاذ علوم الكواكب في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، إن هذا العمر الجديد يساعد على تحديد الظواهر التي ولدت دينامو القمر. على وجه التحديد، فإن النتائج تشير الى إمكانية وجود آليتين مختلفتين – واحدة قد تكون متكونة بفعل دينامو سابق أقوى بكثير، والثانية التي حافظت على جعل نواة القمر في غليان بطيء حتى نهاية حياة القمر.

يقول وايس: “إن المفهوم القائل بأن المجال المغناطيسي للكواكب ناتج عن تحريك المعدن السائل داخله هو مفهوم لم يمر عليه سوى عقود قليلة. “فما صلاحيات هذا الاقتراح على الأرض وغيرها من الاجسام. وخاصة على سطح القمر، فكرة ليست مفهومة تمامًا، ويمكننا معرفة ذلك من خلال معرفة عمر الدينامو القمري.”

المؤلفوو المشاركون للمؤلف الرئيسي وايس هم : سونيا تيكو، وهي طالبة الدراسات العليا سابقاً في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وهي الآن أستاذ مساعد في روتجرز، ديفيد شوستر من جامعة كاليفورنيا في بيركلي، كليمنت سوافيت وهوابي وانغ من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. وتيموثي غروف، وشكروك أستاذ الجيولوجيا والرئيس المنتسب لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

مُسَجِلات أبولو الزجاجية:

منذ أن أحضر رواد الفضاء في أبولو ناسا عينات من سطح القمر، وجد العلماء إن هذه الصخور “مسجلات” دقيقة للمجال المغناطيسي القديم للقمر. هذه الصخور تحتوي على آلاف من الحبوب الصغيرة التي هي كـ إبر البوصلة، الإنحياز في اتجاه الحقول القديمة عندما تبلورت الصخور قبل دهور يمكن أن يعطي العلماء مقياسا لشدة المجال القديم للقمر.

حتى وقت قريب، كان وايس وآخرون غير قادرين على العثور على عينات أصغر بكثير من 3.2 مليار سنة من العمر التي يمكن أن تسجل بدقة المجالات المغناطيسية على القمر، ونتيجة لذلك، لم يتمكنوا إلا من قياس قوة الحقل المغناطيسي للقمر بين 3.2 و 4.2 مليار سنة مضت.

“المشكلة هي أن هناك عدد قليل جدًا من الصخور القمرية التي تقل أعمارها عن حوالي 3 مليارات سنة، لأن القمر أخذ بالبرود، البراكين توقفت إلى حد كبير، مما جعل تشكيل الصخور النارية الجديدة على سطح القمر أمرا نادرا. ويشرح وايس. “لذلك لم تكن هناك عينات شابة يمكننا قياسها لمعرفة ما إذا كان هناك حقل بعد 3 مليارات سنة أو لا”.

ومع ذلك، هناك فئة صغيرة من الصخور التي جلبوها معهم من بعثات أبولو والتي لم تتشكل من الثورات البركانية للقمر، لكن من ارتطام الكويكبات في وقت لاحق. هذه الصخور ذابت من حرارة هذه الآثار وأعادت تبلورها في التوجهات التي يحددها المجال المغناطيسي للقمر.

حلل وايس وزملاؤه واحدة من هذه الصخور، والمعروفة باسم أبولو 15 عينة 15498، التي جمعت في الأصل في 1 أغسطس 1971، من الحافة الجنوبية للقمر. العينة هي مزيج من المعادن وشظايا الصخور، ملحومة معا.

يقول فايس: “لقد وجدنا أن هذه المادة الزجاجية التي تلحم الأشياء معا لها خصائص تسجيل مغناطيسية ممتازة”.

صخور باكنغ:

قدر الفريق أن عمر عينة الصخور حوالي 1 إلى 2.5 مليار سنة – أصغر بكثير من العينات التي سبق تحليلها. فطوروا تقنية لفك المجال المغناطيسي القديم المسجل في المصفوفة الزجاجية الصخرية من خلال قياس الخصائص المغناطيسية للطبيعية الصخرية أولا باستخدام مغنطيس حساس جدا.

ثم عرضوا الصخور لمجال مغناطيسي معروف في المختبر، وسخنوها على مقربة من درجات الحرارة القصوى التي تشكلت عندها وقاسوا كيف تغيرت مغنطة الصخور بازدياد درجة الحرارة المحيطة بها.

يقول فايس: “نراقب كيفية تغير التمغنط مع تغير درجة الحرارة عند مجال مغناطيسي معروف ثم تقارن هذا المجال بالمجال المغناطيسي الطبيعي الذي قيس مسبقا، ومن ذلك يمكنك معرفة مقدار قوة المجال القديم فيه”.

وقد قام الباحثون بإجراء تعديل كبير على التجربة لمحاكاة أفضل لبيئة القمر الأصلية، وعلى وجه الخصوص، الغلاف الجوي. في حين أن الغلاف الجوي للأرض يحتوي على 20 في المئة من الأُكسجين، فالقمر ليس له آثار محسوسة لأي غاز.

وبالتعاون مع “غروف”، قامت “سوافيت” ببناء فرن مخصص محمي من الأكسجين، لتسخين الصخور، ومنعها من الصدأ وفي نفس الوقت محاكاة للبيئة الخالية من الأكسجين التي كانت فيها الصخور ممغنطة في الأصل.

يقول وايس: “بهذه الطريقة، حصلنا أخيرا على قياس دقيق للمجال القمري”.

من صناعة الآيس كريم إلى مصابيح الحمم البركانية:

فمن خبراتهم، قرر الباحثون أنه منذ حوالي 1 إلى 2.5 مليار سنة مضت، كان القمر يؤوي مجالا مغناطيسيا ضعيفا نسبيا، بقوة تبلغ نحو 5 ميكروتيسلا – أضعف من الحقل الموجود قبل حوالي 3 إلى 4 مليارات سنة . هذا الانخفاض الكبير يشير إليه وايس وزملائه بأن دينامو القمر قد تكون مدفوعاً بآليتين متميزتين.

وقد اقترح العلماء أن دينامو القمر قد نتج من قوة سحب الجاذبية الأرضية، ففي وقت مبكر، كان القمر يدور في مدار أقرب بكثير حول الأرض، وجاذبية الأرض في مثل هذا القرب قوية بما فيه الكفاية لسحب وتدوير الصخور الخارجية للقمر. وقد يكون قد تم سحب المركز السائل للقمر جنبا إلى جنب مع الغلاف الخارجي له، وتولد مجال مغناطيسي قوي جدا في هذه العملية.

ويُعتقد أن القمر قد انتقل بعيدا عن الأرض بما فيه الكفاية قبل حوالي 3 مليارات سنة، بحيث أن الطاقة المتاحة للدينامو من قبل هذه الآلية أصبحت غير كافية فانخفضت قوة المجال المغناطيسي للقمر، وقد تكون هناك آلية مختلفة قد بدأت بعد ذلك في الحفاظ على هذا الحقل الضعيف. ومع ابتعاد القمر عن الأرض، كان من المرجح أن يحافظ على غليان منخفض عن طريق عملية بطيئة للتبريد على مدى مليار سنة على الأقل.

يقول وايس: “عندما يبرد القمر، تصبح نواته كـمصباح حمم منخفض الكثافة لأنها ساخنة أو لأن تركيبته تختلف عن تركيبة السائل المحيط، هذه هي الطريقة التي يعمل بها دينامو الأرض”.

ويخطط الباحثون لتحليل الصخور القمرية الأصغر سنا لتحديد متى توقف الدينامو تماما.

يقول وايس: “نقدر اليوم حقل القمر المغناطيسي صفرًا. وأضاف “نعرف الآن إنها توقفت في وقت ما بين تشكيل هذه الصخرة ووقتنا هذا”.

المصادر: 1