ناسا با استفاده از داده‌های گرانش ساختار درونی سیارات را بدون نیاز به فرود روی آن‌ها بررسی می‌کندهیچ فضاپیمایی هرگز روی سطح این اجرام فرود نیامده و هیچ دستگاه حفاری هم به پوسته آن‌ها نفوذ نکرده است، اما دو مطالعه جدید با استفاده از داده‌های گرانشی پرده از درون ماه و یکی از بزرگ‌ترین سیارک‌های منظومه شمسی برداشتند.تیمی به رهبری رایان پارک از آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا (JPL) با تحلیل تغییرات ظریف در مسیر حرکت فضاپیماها، دقیق‌ترین نقشه گرانشی ماه را تا به امروز تهیه کرده‌اند و رابطه‌ای شگفت‌انگیز در داخل سیارک وستا کشف کرده‌اند.
رایان پارک گفت: «گرانش یک خاصیت منحصربه‌فرد و اساسی اجرام سیاره‌ای است که می‌توان از آن برای بررسی ساختار درونی عمیق این اجرام استفاده کرد او افزود:«روش ما نیاز به داده‌های سطحی ندارد؛ فقط باید حرکت فضاپیما را با دقت بسیار بالا ردیابی کنیم تا دید کلی از داخل آن‌ها به دست آوریم.»
ردیابی گرانش برای دیدن داخل اجرام فضایی
این روش مبتنی بر اندازه‌گیری‌های داپلر و فاصله بین فضاپیماهای در مدار و آنتن‌های زمینی است. هر برآمدگی یا حفره درون جسم هدف باعث کشش گرانشی روی فضاپیما می‌شود و سرعت آن را تنها به اندازه کسری از میلی‌متر بر ثانیه تغییر می‌دهداین تغییرات به کمک ابررایانه‌ها به نقشه‌های سه‌بعدی از جرم‌های پنهان تبدیل می‌شوند مأموریت GRAIL ناسا منبع اصلی داده‌های اولیه برای مطالعه ماه بود.
از دسامبر ۲۰۱۱ تا دسامبر ۲۰۱۲، دو فضاپیمای دوقلو به نام‌های «اب» و «فلو» در یک مسیر هماهنگ در مدار ماه حرکت کردند و فاصله آن‌ها تا دقت زیر میکرون ردیابی شد برای سیارک وستا، تیم پارک داده‌های رادیومتریک جمع‌آوری شده توسط فضاپیمای Dawn در طی ۱۴ ماه حضورش در مدار این پروسیارک در سال‌های ۲۰۱۱ تا ۲۰۱۲ را تحلیل کرده و آن را با تصاویر با وضوح بالا ترکیب نمودند.
ساختار درونی ماه: تفاوت در کشش گرانشی دو نیمکره
مدل جدید ماه فراتر از توپوگرافی ثابت عمل می‌کند. ماه به دلیل حرکت بیضوی خود، تحت تأثیر گرانش زمین در هر ۲۷ روز، پوسته سنگی خود را فشرده و سپس آزاد می‌کند. پژوهشگران متوجه شدند که میزان این تغییر شکل جزر و مدی بین دو نیمکره ماه متفاوت است پارک بیان کرد: «ما دریافتیم نیمکره رو به زمین ماه بیشتر از نیمکره پشتی تغییر شکل می‌دهد، یعنی ساختار درونی نیمکره رو به زمین اساساً با نیمکره پشتی متفاوت است.»
او ادامه داد: «وقتی نخستین بار داده‌ها را تحلیل کردیم، آنقدر نتیجه برایمان شگفت‌انگیز بود که باورش نمی‌کردیم. به همین دلیل محاسبات را بارها تکرار کردیم تا یافته‌ها را تأیید کنیم. این حاصل ده سال کار است.»این کشش اضافی و قابل اندازه‌گیری در نیمکره نزدیک ماه نشان‌دهنده یک گوشته بالایی گرم‌تر است که عناصر رادیواکتیو تولیدکننده گرما در آن غنی‌تر هستند.
این بخش گرم گوشته، باعث شده است که لاواهای بازالتی روی نیمکره نزدیک به زمین برای مدت طولانی‌تری مذاب باقی بمانند، در حالی که نیمکره پشتی سرد شده است. این موضوع توضیح می‌دهد که چرا مناطق ماریا (دشت‌های تاریک و گسترده) تنها در نیمکره نزدیک وجود دارند و نیمکره پشتی ناهموار باقی مانده است این میدان گرانشی جدید، دقیق‌ترین نمونه تاکنون است و به مأموریت‌های آینده مانند برنامه آرتیمیس ناسا برای ایجاد پایگاه‌های دائمی روی ماه کمک می‌کند تا موقعیت‌یابی و زمان محلی را با دقت بیشتری انجام دهند.
یک سیارک قانون‌شکن: وستا
برخلاف ماه، سیارک وستا مانند یک فرفره ناپایدار می‌چرخد. هر انحراف کوچک در چرخش آن باعث تغییر جابه‌جایی جرم در فضا و در نتیجه تغییر قابل اندازه‌گیری در امضای گرانشی آن می‌شود پارک گفت: «روش ما حساس به هر تغییر در میدان گرانشی اجرام فضایی است، چه این تغییرات به مرور زمان باشد، مانند کشش جزر و مدی ماه، یا در فضا، مانند حرکت ناپایدار یک سیارک.»
وستا هنگام چرخش می‌لرزد، بنابراین توانستیم ممان اینرسی آن را اندازه بگیریم که این ویژگی به شدت به ساختار درونی سیارک وابسته است.طبق نظریه‌های معمول، انتظار می‌رود وستا که زمانی نیمه‌مایع بوده، به لایه‌های مجزا تقسیم شده باشد: یک هسته آهن-نیکل متراکم، گوشته‌ای سنگی و پوسته‌ای بازالتی.اما تحلیل جدید نشان می‌دهد که جداسازی چندانی رخ نداده است. یا هسته بسیار کوچک یا اصلاً وجود ندارد و داخل آن تقریباً یکنواخت است.
این احتمال، نظریه‌های شکل‌گیری و سرد شدن اجرام اولیه منظومه شمسی را دچار بازنگری می‌کند. ممکن است وستا به قدری سریع سرد شده باشد که عناصر سنگین فرصت نداشته‌اند به هسته فرو روند یا برخوردهای بعدی ساختار داخلی آن را به هم زده است.
رمزگشایی از کدهای گرانشی و پاداش این تلاش‌ها
هر دو پروژه نیازمند سال‌ها برنامه‌نویسی و استفاده از ابررایانه‌ها بودند. پژوهشگران با متغیرهای زیادی مانند فعال شدن پیشرانه‌های فضاپیما، فشار تابش خورشید و حتی کشش گرانشی سیارات عبوری سر و کار داشتند تیم پارک مدل‌های خود را آنقدر تکرار کرد تا حرکت شبیه‌سازی شده فضاپیماها دقیقاً با داده‌های ردیابی تاریخی مطابقت داشت، فقط در این صورت بود که توانستند اثرات ساختارهای پنهان را جدا کنند.
برای برنامه‌ریزان مأموریت، نقشه‌های گرانشی دقیق‌تر به معنای مدارهای امن‌تر و فرودهای دقیق‌تر است برای دانشمندان سیاره‌ای، این داده‌ها شرایط مرزی جدیدی برای مدل‌سازی فرایندهایی چون تجمع مواد، آتشفشان و تکامل حرارتی در سراسر منظومه شمسی فراهم می‌کند.این دو مطالعه نشان دادند که یک چارچوب تحلیلی واحد میتواند اجرامی با اندازه‌های متفاوت مانند ماه (با قطر ۳۴۷۵ کیلومتر) و سیارک وستا (با قطر ۵۲۵ کیلومتر) را بررسی کند.
اهداف بعدی ممکن است شامل قمرهای مریخ یعنی فوبوس و دیموس، سیارات کوتوله یخی مانند سرس، یا سیارک‌های آوارهای فضایی مانند آن‌هایی که مأموریت OSIRIS-REx به آن‌ها رفته است، باشند.هر یک از این اجرام کد گرانشی منحصربه‌فرد خود را دارند که منتظر رمزگشایی است.
نتیجه‌گیری
در همین حین، تغییر شکل نامتقارن ماه در اثر کشش گرانشی، شواهدی است بر وجود منابع گرمایی متمرکز زیر پوسته نیمکره نزدیک ماه، در حالی که یکنواختی غیرمنتظره وستا سؤالات جدیدی درباره نخستین مراحل شکل‌گیری سیارات مطرح می‌کند این مطالعات نشان می‌دهند که با استفاده از پیوندهای رادیویی و رقص مداری فضاپیماها، دانشمندان می‌توانند زیر سطوح سخت را ببینند و داستان‌هایی از اقیانوس‌های ماگما، شکل‌گیری‌های جزر و مدی و آغازهای یخ‌زده را بازسازی کنند داستان‌هایی که معماری همسایگی کیهانی ما را شکل می‌دهند.
بیشتر بدانیم: بازنگری ناسا در جریان‌های اقیانوس
لینک منبع: earth
نظرات کاربران