Gizem çözüldü: Ay'ın iki yüzü neden bu kadar farklı?

Bu, karpuzu kesmeden içine bakabilmek gibi bir şey. Olgun olup olmadığını, içinde büyük veya küçük çekirdekler olup olmadığını, içinde çok mu az mı su olduğunu... ve tüm bunları sadece dışarıdan bakarak anlayabilirsiniz. Bilim insanları yıllardır tam olarak bunu yapıyorlar; karpuzlarla olmasa da uydular , asteroitler ve hatta gezegenlerle. Bunu başarmak için yer çekiminin ince ama güçlü kuvvetini kullanırlar ve bu sayede içlerinde gizli olan sırlara erişirler.

NASA'nın ' Nature ' ve ' Nature Astronomy ' dergilerinde yayımlanan iki yeni çalışması, yörüngedeki uzay araçları tarafından toplanan kütle çekim verilerinin analizinin gezegen yapılarına ilişkin anlayışımızda nasıl devrim yarattığına dair mükemmel bir örnektir. Ve tüm bunlar yüzeye inmenize gerek kalmadan. Doğal uydumuz Ay ile Mars ile Jüpiter arasındaki ana kuşakta bulunan devasa asteroit Vesta çok farklı gök cisimleri olmalarına rağmen, her iki araştırmada da iç yapıları hakkında daha önce yayınlanmamış ayrıntıları ortaya çıkarmak için benzer teknikler kullanıldı.

Nature dergisinde yayımlanan ay çalışması için araştırmacılar, uydumuzun Dünya etrafındaki eliptik yörüngesi boyunca çekim alanındaki küçük değişiklikleri hesaba katan yeni bir çekim modeli geliştirdiler.

Bu dalgalanmalar, gezegenimizin uyguladığı 'gelgit kuvveti' nedeniyle Ay'ın hafifçe deforme olmasına neden olur; bu olaya 'gelgit deformasyonu' denir. Ay'ın bu ince 'esnemesi' onun derin iç yapısı hakkında önemli bilgiler sağlar. Bu, elinizle lastik bir topu sıkmaya benzer. Basınca maruz kaldığında şekli değişirdi. Benzer şekilde, Dünya Ay'a bir çekim kuvveti uygular ve bu da Ay'ın yörüngede dönerken hafifçe gerilmesine veya büzülmesine neden olur. Ay'ın bu basınca nasıl tepki vereceği, yani nasıl deforme olacağı, kütlenin içindeki nasıl dağıldığına bağlıdır. Daha sert bir iç kısım, daha esnek olana göre daha az deforme olacaktır.

Araştırmacılar, gelişmiş bilgisayar modellerini kullanarak bugüne kadarki en ayrıntılı Ay kütle çekim haritasını ürettiler. Bu arada, sadece bu tür bilimsel çalışmalar için değil, aynı zamanda gelecekteki uzay görevleri için de paha biçilmez bir araç olan, ay yer çekiminin son derece hassas bir şekilde haritalanması.

Bu başarı, NASA'nın GRAIL (Yerçekimi Kurtarma ve İç Mekan Laboratuvarı) misyonu kapsamında toplanan verilerin kapsamlı bir şekilde analiz edilmesiyle mümkün oldu. Görevin Ebb ve Flow adlı ikiz uzay araçları, Aralık 2011'den Aralık 2012'ye kadar Ay'ın yörüngesinde kalarak, Ay'ın çekim alanındaki küçük değişiklikleri şaşırtıcı bir hassasiyetle ölçtüler.

Bu çalışmanın en ilgi çekici bulgularından biri , Ay'ın görünen yüzü (bize her zaman gösterdiği yüz) ile görünmeyen yüzü arasındaki farklara odaklanıyor. İlki, 'ay denizleri' olarak bilinen ve milyarlarca yıl önce soğuyup katılaşan erimiş kayadan oluşan geniş, karanlık ovalarla kaplıyken, diğer tarafı çok daha dağlık ve engebelidir ve çok az 'deniz' vardır.

Bazı teoriler bu farklılıkların sebebinin görünür yüzdeki yoğun volkanizma olabileceğini öne sürüyor. Bu süreç, manto derinliklerinde radyoaktif elementlerin birikmesine ve ısı oluşmasına neden olmuş olabilir. Yeni araştırma da bunu doğruluyor ve bu hipotezin bugüne kadarki en güçlü kanıtı olarak kendini gösteriyor.

Her iki çalışmanın da lideri olan Güney Kaliforniya'daki NASA Jet Tahrik Laboratuvarı'ndan Ryan Park, " Ay'ın yakın yüzünün uzak yüzüne göre daha fazla esnediğini bulduk" diye açıklıyor. "Bu da iki yüzün iç yapısının temelde farklı olduğu anlamına geliyor." Verileri ilk analiz ettiğimizde sonuçlar o kadar şaşırtıcıydı ki inanamadık. Bu yüzden bulguları doğrulamak için hesaplamaları birçok kez tekrarladık. Toplamda bu, on yıllık bir çalışmayı temsil ediyor.

Park'ın ekibi, sonuçlarını mevcut diğer modellerle karşılaştırdığında, iki ay yarımküresi arasındaki deformasyon miktarında küçük ama önemli bir fark buldu. En olası açıklama, yakın tarafın mantodaki daha sıcak bir bölgeden gelen malzemelerden oluşmuş olmasıdır. Bu da ayrıca, 2 ila 3 milyar yıl önce görünür yüzün yüzeyini şekillendiren volkanik faaliyetin güçlü bir kanıtıdır.

Nature Astronomy dergisinde yayımlanan ikinci çalışmada ise araştırmacılar, Ay'dan çok daha küçük bir gök cismi olan Vesta'nın dönüş özelliklerini analiz etmek için benzer bir teknik uyguladılar. NASA'nın Derin Uzay Ağı'ndan alınan radyometrik veriler ve Temmuz 2011 ile Eylül 2012 arasında asteroitin yörüngesinde dönen Dawn uzay aracından alınan görüntüler kullanılarak, ekip asteroitin iç yapısı hakkında şaşırtıcı bir şey keşfetti.

Şimdiye kadar hakim olan teori, Vesta'nın tıpkı bizimki gibi karasal gezegenler gibi, iyi tanımlanmış iç katmanlara sahip olması gerektiğini öne sürüyordu: kayalık bir kabuk, bir manto ve yoğun bir demir çekirdek. Ancak yeni bulgular Vesta'nın iç kısmının çok daha düzgün olabileceğini , çok az veya hiç demir çekirdeğinin olmadığını gösterdi.

Bu sonuca nasıl varıldığını anlamak için 'eylemsizlik momenti' kavramını anlamak gerekir. Kollarını açmış bir şekilde dönen bir patenciyi hayal edin. Bunları vücudunuza yapışana kadar kaldırırsanız dönüş hızınız artar. Çünkü kütle (kollar) dönme eksenine yaklaştıkça eylemsizlik momenti azalır. Benzer şekilde, Vesta'nın dönerken 'yalpalama' şeklini ölçerek bilim insanları, onun içindeki kütle dağılımına karşı çok hassas bir özellik olan eylemsizlik momentini belirleyebilirler. Düşük bir eylemsizlik momenti kütlenin merkeze doğru yoğunlaştığını, yüksek bir eylemsizlik momenti ise daha düzgün bir dağılım olduğunu gösterir.

Park'ın ekibinin yaptığı ölçümler Vesta'nın ikinci olasılığa uyduğunu, daha homojen bir kütle dağılımına ve çok küçük, hatta hiç yoğun olmayan bir çekirdeğe sahip olduğunu ortaya koydu. Keşif, Vesta'nın oluşumuna dair önceki teorileri sorgulatıyor .

Yerçekimi genellikle zamanla daha ağır elementlerin gezegensel gövdenin merkezine doğru batmasına neden olur, örneğin Dünya'nın sıvı demir çekirdeğinde olduğu gibi. Vesta'nın daha homojen bir yapıya sahip olması, onun hiçbir zaman belirgin katmanlar oluşturmadığını ya da büyük bir çarpma sonucu başka bir gezegen gövdesinin parçalarından oluştuğunu gösterebilir.

Gök cisimlerinin iç yapılarını çıkarmak için kütle çekim verilerini kullanma yaklaşımının yalnızca Ay ve Vesta'ya özgü olmadığını belirtmek önemlidir. Ryan Park da 2016 yılında aynı tekniği, asteroit kuşağında bulunan cüce gezegen Ceres'i incelemek için Dawn misyonundan gelen verilere uyguladı. Bu çalışmanın sonuçları Ceres'in kısmen farklılaşmış bir iç yapıya sahip olduğunu ortaya koydu.

Park ve ekibi yakın zamanda bu metodolojiyi Jüpiter'in volkanik uydusu Io'ya da genişletti. NASA'nın Juno ve Galileo uzay araçlarının Jüpiter'in yakınından geçerken topladığı verileri yer tabanlı gözlemlerle birleştiren bilim insanları, Jüpiter'in güçlü bir gelgit etkisi uygulayan devasa bir gezegen olması nedeniyle Io'nun yörüngesindeki yer çekimindeki ufak değişiklikleri ölçtüler. Bulguları, daha önce de düşünülen bir hipotez olan Io'nun küresel bir magma okyanusuna sahip olmasının pek olası olmadığını ortaya koydu.

Park, "Tekniğimiz," diyor, "Io, Ceres, Vesta veya Ay ile sınırlı değil. Gelecekte Güneş Sistemi'ndeki ilgi çekici gezegensel gövdelerin iç mekanlarının incelenmesinde bunu uygulamak için birçok fırsat var.