24
Oct
2022

ความพรุนของเปลือกดวงจันทร์เผยประวัติศาสตร์การทิ้งระเบิด

เมื่อประมาณ 4.4 พันล้านปีก่อน ระบบสุริยะในยุคแรกนั้นคล้ายกับเกมดอดจ์บอลหินอวกาศ เนื่องจากดาวเคราะห์น้อยและดาวหางขนาดใหญ่ และต่อมา หินก้อนเล็กๆ และเศษซากของกาแลคซีก็กระแทกดวงจันทร์และวัตถุอื่นๆ บนพื้นโลกของทารก ช่วงเวลานี้สิ้นสุดเมื่อประมาณ 3.8 พันล้านปีก่อน บนดวงจันทร์ เวลาอันแสนวุ่นวายนี้ทิ้งไว้เบื้องหลังใบหน้าที่มีหลุมอุกกาบาตอย่างหนัก และเปลือกโลกที่แตกร้าวและมีรูพรุน

ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ของ MIT ได้พบว่าความพรุนของเปลือกโลกของดวงจันทร์ซึ่งอยู่ใต้พื้นผิวได้ดี สามารถเปิดเผยเรื่องราวเกี่ยวกับการทิ้งระเบิดของดวงจันทร์ได้อย่างมาก

ในการศึกษาที่ปรากฎในวันนี้ในNature Geoscienceทีมงานได้แสดงให้เห็นผ่านการจำลองว่าในช่วงเริ่มต้นของการทิ้งระเบิด ดวงจันทร์มีรูพรุนสูง — เกือบหนึ่งในสามมีรูพรุนเท่ากับหินภูเขาไฟ ความพรุนสูงนี้น่าจะเป็นผลมาจากการกระแทกครั้งใหญ่ในช่วงแรกซึ่งทำลายเปลือกโลกส่วนใหญ่

นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าการกระแทกอย่างต่อเนื่องจะทำให้เกิดรูพรุนขึ้นอย่างช้าๆ แต่น่าประหลาดใจที่ทีมงานพบว่าความพรุนของดวงจันทร์เกือบทั้งหมดก่อตัวขึ้นอย่างรวดเร็วด้วยอิมแพคขนาดมหึมาเหล่านี้ และการโจมตีอย่างต่อเนื่องโดย Impactors ขนาดเล็กกว่าก็ทำให้พื้นผิวของดวงจันทร์แน่นขึ้น ผลกระทบที่น้อยกว่าเหล่านี้ในเวลาต่อมาทำหน้าที่บีบและบีบอัดรอยร้าวและรอยตำหนิที่มีอยู่ของดวงจันทร์บางส่วน

จากการจำลอง นักวิจัยยังได้ประมาณการว่าดวงจันทร์ได้รับผลกระทบเป็นสองเท่าตามที่เห็นบนพื้นผิว ค่าประมาณนี้ต่ำกว่าที่คนอื่นคิดไว้

Jason Soderblom ผู้เขียนร่วมการศึกษา นักวิทยาศาสตร์การวิจัยใน Department of Earth ของ MIT กล่าวว่า “การประมาณการก่อนหน้านี้ทำให้ตัวเลขนั้นสูงขึ้นมาก มากถึง 10 เท่าของผลกระทบที่เราเห็นบนพื้นผิว และเราคาดการณ์ว่าจะมีผลกระทบน้อยลง , วิทยาศาสตร์บรรยากาศและดาวเคราะห์ (EAPS). “เรื่องนั้นสำคัญเพราะนั่นจำกัดวัสดุทั้งหมดที่ส่งผลกระทบเช่นดาวเคราะห์น้อยและดาวหางไปยังดวงจันทร์และวัตถุบนบกและให้ข้อ จำกัด ในการก่อตัวและวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ทั่วทั้งระบบสุริยะ”

ผู้เขียนนำของการศึกษาคือ EAPS postdoc Ya Huei Huang พร้อมด้วยผู้ทำงานร่วมกันที่ Purdue University และ Auburn University

บันทึกที่มีรูพรุน

ในการศึกษาครั้งใหม่ของทีม นักวิจัยมองหาการติดตามความพรุนที่เปลี่ยนแปลงของดวงจันทร์และใช้การเปลี่ยนแปลงใต้พื้นผิวเพื่อประเมินจำนวนผลกระทบที่เกิดขึ้นบนพื้นผิว

“เราทราบดีว่าดวงจันทร์ถูกทิ้งระเบิดมากจนสิ่งที่เราเห็นบนพื้นผิวไม่ได้เป็นบันทึกของการกระทบทั้งหมดที่ดวงจันทร์เคยได้รับอีกต่อไป เพราะเมื่อถึงจุดหนึ่ง ผลกระทบได้ลบล้างการกระทบครั้งก่อน” โซเดอร์บลอมกล่าว “สิ่งที่เราพบคือผลกระทบที่สร้างรูพรุนในเปลือกโลกจะไม่ถูกทำลาย และนั่นสามารถทำให้เราจำกัดจำนวนผลกระทบทั้งหมดที่ดวงจันทร์ต้องเผชิญได้ดีขึ้น”

เพื่อติดตามวิวัฒนาการของความพรุนของดวงจันทร์ ทีมงานได้พิจารณาการวัดโดย Gravity Recovery and Interior Laboratory ของ NASA หรือ GRAIL ซึ่งเป็นภารกิจที่ MIT ออกแบบไว้ ซึ่งเปิดตัวยานอวกาศแฝดรอบดวงจันทร์เพื่อทำแผนที่แรงโน้มถ่วงของพื้นผิวได้อย่างแม่นยำ

นักวิจัยได้แปลงแผนที่แรงโน้มถ่วงของภารกิจเป็นแผนที่โดยละเอียดเกี่ยวกับความหนาแน่นของเปลือกโลกใต้ดวงจันทร์ จากแผนที่ความหนาแน่นเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ยังสามารถทำแผนที่ความพรุนในปัจจุบันได้ทั่วทั้งเปลือกโลกบนดวงจันทร์ แผนที่เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าบริเวณรอบๆ ปากปล่องที่อายุน้อยที่สุดนั้นมีรูพรุนมาก ในขณะที่บริเวณที่มีรูพรุนน้อยกว่านั้นล้อมรอบปล่องที่มีอายุมากกว่า

ลำดับเหตุการณ์ปล่องภูเขาไฟ

ในการศึกษาใหม่ของพวกเขา Huang, Soderblom และเพื่อนร่วมงานของพวกเขามองหาการจำลองว่าความพรุนของดวงจันทร์เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อถูกทิ้งระเบิดด้วยการกระแทกขนาดใหญ่ครั้งแรกและขนาดเล็กลง พวกเขารวมไว้ในการจำลองอายุ ขนาด และตำแหน่งของหลุมอุกกาบาตที่ใหญ่ที่สุด 77 แห่งบนพื้นผิวดวงจันทร์ พร้อมกับการประมาณค่าความพรุนของหลุมอุกกาบาตแต่ละปล่องในปัจจุบันที่ได้มาจาก GRAIL การจำลองประกอบด้วยแอ่งที่รู้จักทั้งหมด ตั้งแต่แอ่งที่เก่าที่สุดไปจนถึงแอ่งที่อายุน้อยที่สุดบนดวงจันทร์ และมีอายุระหว่าง 4.3 พันล้านถึง 3.8 พันล้านปี

สำหรับการจำลอง ทีมงานได้ใช้หลุมอุกกาบาตที่อายุน้อยที่สุดที่มีความพรุนสูงสุดในปัจจุบันเป็นจุดเริ่มต้นเพื่อแสดงถึงความพรุนขั้นต้นของดวงจันทร์ในช่วงเริ่มต้นของการทิ้งระเบิดหนักบนดวงจันทร์ พวกเขาให้เหตุผลว่าหลุมอุกกาบาตที่มีอายุมากซึ่งก่อตัวขึ้นในระยะแรกจะเริ่มมีรูพรุนสูง แต่จะได้รับผลกระทบเพิ่มเติมเมื่อเวลาผ่านไปซึ่งบีบอัดและลดความพรุนเริ่มต้นของหลุมอุกกาบาต ในทางตรงกันข้าม หลุมอุกกาบาตอายุน้อยแม้ว่าจะก่อตัวในภายหลัง แต่ก็จะได้รับผลกระทบน้อยลงหากเกิดผลกระทบตามมา ความพรุนที่แฝงอยู่จะเป็นตัวแทนของสภาวะเริ่มต้นของดวงจันทร์มากขึ้น

“เราใช้แอ่งที่อายุน้อยที่สุดที่เรามีบนดวงจันทร์ ซึ่งไม่ได้รับผลกระทบมากเกินไป และใช้สิ่งนั้นเป็นจุดเริ่มต้นในการเริ่มต้น” หวงอธิบาย “จากนั้นเราใช้สมการเพื่อปรับจำนวนการกระแทกที่จำเป็นเพื่อให้ได้จากรูพรุนเริ่มต้นนั้นเป็นรูพรุนที่อัดแน่นกว่าในปัจจุบันของแอ่งที่เก่าที่สุด”

ทีมงานได้ศึกษาหลุมอุกกาบาต 77 หลุมตามลำดับเวลา โดยพิจารณาจากอายุที่เคยกำหนดไว้ก่อนหน้านี้ สำหรับแต่ละปล่องภูเขาไฟ ทีมจำลองปริมาณที่รูพรุนที่อยู่เบื้องล่างเปลี่ยนไปเมื่อเทียบกับความพรุนเริ่มต้นที่แสดงโดยปล่องที่อายุน้อยที่สุด พวกเขาสันนิษฐานว่าการเปลี่ยนแปลงความพรุนที่ใหญ่กว่านั้นเกี่ยวข้องกับผลกระทบจำนวนมาก และใช้ความสัมพันธ์นี้เพื่อประเมินจำนวนผลกระทบที่จะทำให้เกิดความพรุนในแต่ละวันของปล่องภูเขาไฟแต่ละหลุม

การจำลองเหล่านี้มีแนวโน้มที่ชัดเจน: ในช่วงเริ่มต้นของการทิ้งระเบิดหนักบนดวงจันทร์ เมื่อ 4.3 พันล้านปีก่อน เปลือกโลกมีรูพรุนสูง ประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ (โดยการเปรียบเทียบ ความพรุนของหินภูเขาไฟอยู่ที่ประมาณ 60 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์) เมื่อใกล้ถึง 3.8 พันล้านปีก่อน เปลือกโลกมีรูพรุนน้อยลง และยังคงอยู่ที่ความพรุนในปัจจุบันประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์

ความพรุนที่เปลี่ยนไปนี้น่าจะเป็นผลมาจากตัวกระแทกที่มีขนาดเล็กลงซึ่งทำหน้าที่ทำให้เปลือกโลกแตกร้าว เมื่อพิจารณาจากการเปลี่ยนแปลงรูพรุนนี้ นักวิจัยประเมินว่าดวงจันทร์มีประสบการณ์เกี่ยวกับผลกระทบเล็กๆ น้อยๆ ที่สามารถมองเห็นได้บนพื้นผิวในปัจจุบันถึงสองเท่า

“นี่เป็นการจำกัดอัตราการกระแทกทั่วทั้งระบบสุริยะ” Soderblom กล่าว “ตอนนี้เรามีความซาบซึ้งครั้งใหม่เกี่ยวกับผลกระทบที่ควบคุมความพรุนของวัตถุบนบก”

งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับการสนับสนุนจาก NASA บางส่วน

หน้าแรก

Share

You may also like...