لماذا يظل القمر يرنّ كل هذا الوقت

حين تعبر موجة زلزالية القمر، لا تنتهي الإشارة بمرور الموجة. بل يتبعها ذيل طويل من الاهتزازات، هو الكودا (coda)، الذي قد يدوم على القمر ما يصل إلى ساعات — أي أطول بنحو عشر مرات مما يعقب زلزالًا أرضيًا بقدر مماثل. وبالنسبة إلى علماء الزلازل، هذا الرنين مصدر إزعاج: فهو يُغرق الأصداء الخافتة القادمة من الطبقات العميقة، والتي من شأنها أن تكشف باطن القمر.

وكان التفسير المعتاد هو التشتت القوي في قشرة متصلة لكنها شديدة التفاوت، تتسارع فيها الموجات وتتباطأ من مكان إلى آخر. لكن عمليات المحاكاة المبنية على هذه الفكرة لم تطابق قط تسجيلات أجهزة رصد الزلازل التي خلّفتها بعثات أبولو، حتى مع تباينات قوية على نحو غير واقعي.

شقوق لا تلتئم أبدًا

سلك لي جانغ (Lei Zhang) وجينهاي جانغ (Jinhai Zhang) وزملاؤهما في الأكاديمية الصينية للعلوم وجامعة الصين لعلوم الأرض طريقًا آخر. فالقشرة القمرية تعجّ بالكسور: إذ حطّمتها مليارات السنين من الاصطدامات، وانكماشُ القمر وهو يبرد، وقوى المدّ والجزر، والنشاطُ البركاني. وعلى الأرض، ترمّم السوائل هذه الشقوق تدريجيًا. أما على القمر، فلا يوجد ماء، لذا تبقى مفتوحة — فجواتٍ فارغة في الصخر.

والشق الفارغ جدارٌ بالنسبة إلى الموجة الزلزالية: لا شيء يعبره. فتنعكس الموجة انعكاسًا كليًا. ومع شق واحد، يرتد جزء من جبهة الموجة بينما يمضي الباقي دون اضطراب. ومع شقوق كثيرة، تتحطم جبهة الموجة وتُحتجز، مرتدةً من شق إلى شق، وتتسرب طاقتها ببطء. وبحسب المؤلفين، لم يُؤخذ أثر هذه الكسور في الموجات الزلزالية القمرية في الحسبان من قبل قط.

إعادة تشغيل اصطدامات أبولو

لاختبار الفكرة، بنى الفريق شريحة ثنائية الأبعاد من القشرة القمرية، طولها 1,000 كيلومتر وعمقها 80 كيلومترًا، تتناثر فيها شقوق فارغة داخل صخر متجانس فيما عدا ذلك. وقارن تنبؤاتها مع 13 تسجيلًا من أبولو لاصطدامات اصطناعية: مراحل صواريخ مستهلكة ومراحل صعود لوحدات قمرية أُسقطت عمدًا على القمر، ويُعرف زمن اصطدامها ومكانه بدقة. وكانت المحطات على بعد يتراوح بين 2.2 و28 درجة قوسية.

وبدلًا من التموجات المنفردة، قارن الفريق الغلاف (envelope) العام لكل تسجيل — صعود تدريجي، وذروة عريضة، وانحسار بطيء يجعله يبدو كالمغزل.

الكيلومتر الأول هو السبب

مع شقوق مركّزة في الكيلومتر العلوي، تطابق الأغلفة المحاكاة تسجيلين نموذجيين بمعاملَي ارتباط قدرهما 0.90 و0.92. أما القشرة الخالية من الشقوق فلا تعطي سوى 0.56 و0.47.
وتحدد اثنتا عشرة صيغة بديلة للنموذج أين تكون الشقوق مؤثرة. فالشقوق الممتدة حتى عمق 12 كيلومترًا تطابق التسجيلات بالقدر نفسه الذي تطابقها به الشقوق المحصورة في الكيلومتر العلوي. لكن أزل الشقوق من ذلك الكيلومتر العلوي، فينخفض الارتباط إلى 0.4–0.5.
ويهم طول الشقوق أيضًا: فالأطوال من 0.5 إلى 2 كيلومتر تعطي ارتباطات تقارب 0.85، والطول 4 كيلومترات لا يعطي سوى نحو 0.64. والأرجح أن طول الشقوق 2 كيلومتر أو أقل.
ولا يعيد إنتاجَ شكل الكودا وسرعة خفوتها معًا إلا كثافةٌ مرتفعة نسبيًا من الشقوق: فالكيلومتر العلوي شديد التصدّع.

في النموذج المرجعي، تتوزع 85 شقًا، طول كل منها كيلومتر واحد وعرضه 250 مترًا، في الكيلومتر العلوي من الشريحة.

أداة لما سيأتي

سبرت رادارات المركبات الجوّالة القمرية طبقاتٍ حتى عمق بضع مئات من الأمتار، عادةً أقل من 500. أما النتيجة الزلزالية فتصل إلى عمق أكبر، نحو كيلومتر، وتربط بين الرادار وخرائط الجاذبية والقياسات التي أُجريت على العينات المُعادة إلى الأرض.

ويمكن أيضًا قلب النموذج: فما إن تُعرف الشقوق، حتى يمكن حساب رنينها وطرحه من التسجيلات، فتظهر الانعكاسات الخافتة القادمة من باطن القمر العميق. ويمكن لأجهزة رصد الزلازل المستقبلية — على متن تشانغ-إي 7 (Chang’e-7)، وقرب القطب الجنوبي مع برنامج أرتميس (Artemis)، وعلى الجانب البعيد — أن تختبره. أما المشاريع التي تأمل رصد الموجات الثقالية بالإنصات إلى القمر، فقد يتعيّن عليها أن تأخذ الشقوق نفسها في الحسبان.

ولا يزال النموذج تبسيطًا: شريحة ثنائية الأبعاد، وصخر متجانس حول الشقوق. أما الشقوق الحقيقية فثلاثية الأبعاد، وتتقاطع، وتقع في قشرة متفاوتة هي الأخرى. لكن حتى هذه النسخة المجرّدة ترنّ كما يرنّ القمر.