میدان‌های مغناطیسی، ویژگی‌های سطحِ ماه را توضیح می‌دهند!

[∆ MeRzaD ∆]

فرضیه‌ی ارایه‌شده که ویژگی‌ِ گیج‌کننده‌ی ماه را به کمکِ میدان‌های مغناطیسی‌ِ کوچک‌مقیاس توضیح می‌داد، هم‌اینک از راهِ انجام آزمایشی در مقیاسِ کوچک‌تر، اثبات شده است.

الگوی سینوسی از موادِ تیره-روشن بر روی سطحِ ماه، برای چندین دهه پژوهش‌گرانِ ماه را سردرگم کرده بود. پژوهش‌گران در مجله‌ی Physical Review Letters گواهی تازه‌ برای اثباتِ فرضیه‌ای ارایه کرده‌اند که مدعی‌ست حباب‌هایی از میدان‌های مغناطیسیِ جای‌گزیده در سطحِ ماه، این ویژگی را پدید آورده است. این گروه ترکیبی از داده‌های رصدی، نظریه‌ی پلاسما و آزمایشی در مقیاسِ کوچک را به کار گرفته‌اند تا برهانی برای نشان‌دادنِ درستیِ فرضیه‌ی ارایه‌شده بیابند. علاوه بر پرده برداشتن از این رازِ دیرینه در موردِ ماه، شناختِ این پدیده که بر روی سطحِ ماه مشاهده شده، می‌تواند نخستین گام برای پیش‌رفته‌تر کردنِ سپرهای منحرف‌کننده برای سفینه‌های فضایی باشد که هم سفینه و هم فضانوردان را در طولِ سفرهای فضاییِ طولانی، از آسیبِ طوفان‌های خورشیدی در امان نگه می‌دارد.

حفره‌های سطحِ ماه مناطقی با رنگِ روشن هستند که با الگویی نواری‌شکل، در برابرِ خاکِ تیره‌رنگِ ماه خودنمایی می‌کنند. به نظر می‌آمد که این لکه‌های رنگ‌پریده با پهنای حدوداً صد کیلومتر، ارتباطی به نقشه‌برداریِ موضعی از سطحِ ماه نداشته باشند. بیش از 12 لکه بر روی سطحِ ماه شناسایی شده، اما پژوهش‌گران بر سرِ چگونگیِ توضیحِ آن‌ها، ‌دیدگاهِ یک‌سانی ندارند. هر یک از این لکه‌ها، محلِ یک ناهنجاریِ مغناطیسی را نشان می‌دهند که به آن مغناطیس‌سپهرهای کوچک (mini-magnetosphere) می‌گویند. این نواحی حباب‌هایی از خطوطِ میدانِ مغناطیسی هستند که به شکلِ دست‌گاهِ تخمِ مرغ‌زنی، از سطحِ ماه بیرون آمده‌اند. یک نظریه آن است که این ناهنجاری‌های مغناطیسی -که سرچشمه‌ی آن، خود یک راز است- به طریقی از این مناطقِ رنگ‌پریده در برابرِ فرسایش نگه‌داری کرده است. درحالی‌که دیگر مناطقِ سطحِ ماه، به دلیل برخوردِ بادهای خورشیدی،تیره‌تر شده‌اند.

اما با نگاهی ساده می‌توان دریافت که ممکن نیست این مغناطیس‌سپهرها، که نسبت به میدانِ مغناطیسیِ زمین از شدتِ کم‌تری برخوردارند، بتوانند به خوبیِ میدانِ مغناطیسیِ زمین، همه‌ی ذراتِ موجود در بادهای خورشیدی را به اطراف پراکنده کنند. میدانِ مغناطیسیِ موجود در اطرافِ لکه‌های سطحِ ماه به اندازه‌ی کافی قوی نیستند تا بتوانند پروتون‌ها را از اطراف چنین ناحیه‌ی گسترده‌ای –که فرض می‌شود توسطِ این مغناطیس‌سپهرهای کوچک محافظت می‌شود- دور کند.

بنا به گفته‌ی Ruth Bamford از آزمایش‌گاهِ Rutherford Appleton Laboratory (RAL) در انگلستان، کلیدِ حلِ این معما، توجه به این نکته است که به واسطه‌ی برهم‌کنشِ میدانِ مغناطیسی با (ذراتِ موجود در) بادهای خورشیدی، میدانی الکتریکی تولید می‌شود. یون‌های سنگینِ مثبتِ موجود در بادهای خورشیدی به دلیل وجودِ حباب‌هایی از میدان مغناطیسی، به سطحِ ماه برخورد می‌کنند درحالی‌که الکترون‌ها که سبک‌ترند، به سوی نواحیِ اطرافِ این حباب‌ها پراکنده می‌شوند. این جداسازیِ بارهای مثبت و منفی، میدانی الکتریکی پدید می‌آورد که به سمتِ بیرونِ نواحیِ دارای ناهنجاریِ مغناطیسی، اشاره می‌کند. این میدانِ الکتریکی، بیش‌ترِ یون‌های مثبت را به شدت منحرف می‌کند اما خودِ میدان هم‌چنان پابرجا می‌ماند چون برخی از این یون‌های مثبت، در فواصلِ کوتاه رخنه می‌کنند و بنابراین روندِ جداسازیِ بارها هم‌چنان برقرار می‌ماند. در سرتاسرِ لایه‌ای نازک که همانند چتری بر سرِ مناطقِ دارای ناهنجاریِ مغناطیسی گسترده شده است، میدانِ الکتریکی بسیار قوی‌تر (از میدانِ مغناطیسی) است. این محافظت در برابرِ بیش از میلیون‌ها سال بمبارانِ بادهای خورشیدی، موجب شده که روی سطحِ ماه، نواحیِ محافظت‌شده با رنگی روشن از نوارهای باریک و تیره جدا شوند.

بنا به گفته‌ی Erika Harnett از دانش‌گاهِ واشینگتن واقع در سیاتل، مدل‌سازیِ تئوری که در گذشته برای توضیحِ این مسئله به کار می‌رفت به اندازه‌ی کافی قانع‌کننده نبود. او می‌گوید: «هیچ‌یک از شبیه‌سازی‌ها کاملاً بدونِ ایراد نبوده است». گرچه در نظرگرفتنِ برخی تخمین‌ها برای پی‌گیریِ مسئله لازم است، اما گاهی همین تخمین‌ها موجب می‌شوند که نتوانیم مسئله را موازی با داده‌های رصدیِ واقعی پیش ببریم.

Bamford  و هم‌کارانش آزمایشی ترتیب دادند تا ببینند آیا میدانِ الکتریکی در چنین لایه‌ی نازکی واقعاً پدید می‌آید و این‌که آیا این لایه‌ی نازک می‌تواند جریانی از یون‌های پرانرژی را پراکنده کند. آن‌ها پیش‌ از این، آزمایشی انجام داده بودند که کاربردِ میدان‌های مغناطیسی در محافظت از سفینه‌های فضایی در برابرِ بادهای خورشیدی را شبیه‌سازی می‌کرد[‎1] و بنابراین می‌توانستند در چنین آزمایشی، اندکی تغییر ایجاد کرده و برای ناهنجاری‌های مغناطیسیِ موجود در سطحِ ماه، مدلی در مقیاسِ آزمایش‌گاهی تهیه کنند. با به کار گیریِ تونلِ (تولیدِ) بادِ پلاسما در آزمایش‌گاه  ، آن‌ها توانستند به کمکِ جریانی به پهنای یک سانتی‌متر از پروتون‌ها و الکترون‌ها، بادهای خورشیدی را شبیه‌سازی کنند. این گروه، آهن‌ربایی به اندازه‌ی مدادپاک‌کن را درونِ باریکه چنان قرار دادند که حبابی از میدانِ مغناطیسی با شکلی همانندِ ناهنجاری‌های مغناطیسیِ سطحِ ماه، ایجاد شود. همان‌گونه که نظریه پیش‌بینی می‌کرد، میدانِ الکتریکی در لایه‌ای نازک و گنبدی‌شکل در اطرافِ آهن‌ربا تشکیل شد و جریانِ ذرات را به اطرافِ آهن‌ربا پراکنده کرد. کلفتیِ این لایه با پیش‌بینی‌های این نظریه هم‌خوانی داشت و این گروه نتیجه گرفتند که سازوکاری همانند در مقیاسی بزرگ‌تر، بر روی سطحِ ماه در جریان است.

 Harnett  بر این باور است که مقاله‌ی Bamford برهانی گیرا دربر دارد که با نظریه و داده‌هaای رصدیِ موجود هم‌خوانی دارد، «اما در واقع، این کارِ آزمایش‌گاهیِ اوست (Bamford) که بسیار برجسته و قابلِ توجه است». Georgiana Kramer  از موسسه‌ی ماه و سیاره‌شناسی در تگزاس نیز با این دیدگاه موافق است که این، نتایجِ آزمایش‌گاهی است که کارِ پژوهشی Bamford را یکتا می‌کند. او می‌افزاید: «آن‌ها در حالِ انجامِ آزمایش‌هایی حقیقی هستند که برای خودِ من، بسیار بسیار اهمیت دارد».

 Bamford  و Harnett  هر دو بر این باورند که پروژه‌ی طراحیِ سپرِ منحرف‌کننده‌ی بادهای خورشیدی برای سفینه‌های فضایی، که بر پایه‌ی این سازوکار عمل می‌کنند، چندان دور از دست‌رس نیست و دریافتنِ این‌که چگونه مناطقی از سطحِ ماه در برابرِ بادهای خورشیدی محافظت می‌شوند، می‌تواند گامِ بزرگی به سوی کاربردی‌کردنِ سپرهای منحرف‌کننده باشد. Bamford می‌گوید: «اگر این سازوکار را درک کنیم، می‌توانیم آن‌ها را بهینه کنیم. فن‌آوریِ انجامِ چنین کاری چندان پیچیده نیست».

شکل 1: لکه‌های رنگ‌پریده‌ی ماه. به نظر می‌رسد که میدان‌های مغناطیسی، از نواحیِ کوچکی از سطحِ ماه در برابرِ بادهای خورشیدی محافظت می‌کنند. خاک و سنگ‌های اطرافِ این نواحیِ کوچک، توسطِ بادهای خورشیدی تیره‌رنگ شده است