चंद्रमा इतनी देर तक क्यों गूँजता है

जब कोई भूकंपीय तरंग चंद्रमा को पार करती है, तो तरंग के गुज़र जाने पर संकेत ख़त्म नहीं होता। उसके पीछे कंपनों की एक लंबी पूँछ आती है, कोडा (coda), जो चंद्रमा पर घंटों तक चल सकती है — पृथ्वी पर मिलते-जुलते परिमाण (magnitude) के भूकंप के बाद की तुलना में लगभग दस गुना अधिक। भूकंपविज्ञानियों के लिए यह गूँज एक बाधा है: यह गहरी परतों से आने वाली उन मंद प्रतिध्वनियों को डुबो देती है जो चंद्रमा के भीतर का हाल बता सकती थीं।

अब तक की प्रचलित व्याख्या एक निरंतर लेकिन बेहद असमान पर्पटी में प्रबल प्रकीर्णन (scattering) रही है, जहाँ तरंगें जगह-जगह तेज़ और धीमी होती रहती हैं। लेकिन इस विचार पर बने सिमुलेशन कभी भी अपोलो भूकंपमापियों के रिकॉर्डों से मेल नहीं खा पाए, अवास्तविक रूप से प्रबल विषमताओं (contrasts) के साथ भी नहीं।

दरारें जो कभी नहीं भरतीं

चीनी विज्ञान अकादमी (Chinese Academy of Sciences) और चाइना यूनिवर्सिटी ऑफ़ जियोसाइंसेज़ (China University of Geosciences) के लेई झांग (Lei Zhang), जिनहाई झांग (Jinhai Zhang) और सहयोगियों ने एक अलग रास्ता अपनाया। चंद्रमा की पर्पटी दरारों से छलनी है: अरबों वर्षों के प्रहारों (impacts), ठंडे होते चंद्रमा के सिकुड़ने, ज्वारों और ज्वालामुखीय गतिविधि — सबने इसे तोड़ा है। पृथ्वी पर, तरल पदार्थ ऐसी दरारों को धीरे-धीरे भर देते हैं। चंद्रमा पर पानी नहीं है, इसलिए वे खुली रहती हैं — चट्टान में खाली रिक्त स्थान।

किसी भूकंपीय तरंग के लिए खाली दरार एक दीवार है: उसमें से कुछ भी पार नहीं होता। तरंग पूर्णतः परावर्तित हो जाती है। एक दरार हो, तो तरंगाग्र (wavefront) का एक हिस्सा लौट आता है जबकि बाक़ी बिना बाधा के आगे बढ़ जाता है। कई दरारें हों, तो तरंगाग्र बिखर जाता है और फँस जाता है, एक दरार से दूसरी दरार तक टकराता रहता है, और उसकी ऊर्जा धीरे-धीरे रिसकर बाहर निकलती है। लेखकों के अनुसार, चंद्र भूकंपीय तरंगों पर ऐसी दरारों के प्रभाव पर पहले कभी विचार नहीं किया गया था।

अपोलो के प्रहारों को दोहराना

इस विचार को परखने के लिए, टीम ने चंद्र पर्पटी का एक द्वि-आयामी (two-dimensional) खंड बनाया, 1,000 किलोमीटर लंबा और 80 किलोमीटर गहरा, जिसकी अन्यथा एकसमान चट्टान में खाली दरारें बिखरी थीं। उन्होंने इसकी भविष्यवाणियों की तुलना कृत्रिम प्रहारों के अपोलो के 13 रिकॉर्डों से की: इस्तेमाल हो चुके रॉकेट चरण और चंद्र मॉड्यूलों के आरोहण चरण (ascent stages), जिन्हें जान-बूझकर चंद्रमा पर गिराया गया था और जिनके टकराने का समय और स्थान ठीक-ठीक ज्ञात है। स्टेशन 2.2 से 28 चाप-अंश (degrees of arc) दूर थे।

अलग-अलग उतार-चढ़ावों के बजाय, उन्होंने हर रिकॉर्ड के समग्र आवरण (envelope) की तुलना की — एक क्रमिक उठान, एक चौड़ा शिखर, एक धीमा क्षय, जो इसे तकुए (spindle) जैसा रूप देता है।

सारा खेल पहले किलोमीटर का

• जब दरारें ऊपरी किलोमीटर में केंद्रित हों, तो सिमुलेशन से मिले आवरण दो प्रतिनिधि रिकॉर्डों से 0.90 और 0.92 के सहसंबंध (correlation) के साथ मेल खाते हैं। बिना दरारों वाली पर्पटी केवल 0.56 और 0.47 देती है।
• बारह रूपांतर (variants) यह तय करते हैं कि दरारें कहाँ मायने रखती हैं। 12 किलोमीटर की गहराई तक पहुँचने वाली दरारें उतना ही अच्छा मेल देती हैं जितना ऊपरी किलोमीटर तक सीमित दरारें। लेकिन उस ऊपरी किलोमीटर से दरारें हटा दीजिए, और सहसंबंध गिरकर 0.4–0.5 रह जाता है।
• दरारों की लंबाई भी मायने रखती है: 0.5 से 2 किलोमीटर पर सहसंबंध लगभग 0.85 रहता है, 4 किलोमीटर पर केवल लगभग 0.64। दरारें शायद 2 किलोमीटर या उससे कम लंबी हैं।
• केवल दरारों का काफ़ी अधिक घनत्व ही कोडा के आकार और उसके क्षीण होने की गति, दोनों को दोहरा पाता है: ऊपरी किलोमीटर भारी रूप से दरारयुक्त है।

संदर्भ मॉडल में, 85 दरारें, हर एक एक किलोमीटर लंबी और 250 मीटर चौड़ी, खंड के ऊपरी किलोमीटर में फैली हुई हैं।

आगे के काम का एक औज़ार

चंद्र रोवरों पर लगे रडार ने कुछ सौ मीटर तक की परतों की जाँच की है, आमतौर पर 500 से कम। भूकंपीय परिणाम और गहराई तक, लगभग एक किलोमीटर तक पहुँचता है, और रडार, गुरुत्व मानचित्रों तथा पृथ्वी पर लाए गए नमूनों पर किए गए मापों को आपस में जोड़ता है।

मॉडल को उलटकर भी इस्तेमाल किया जा सकता है: एक बार दरारें ज्ञात हो जाएँ, तो उनकी गूँज की गणना करके उसे रिकॉर्डों से घटाया जा सकता है, जिससे चंद्रमा के गहरे भीतरी भाग से आने वाले मंद परावर्तन उभरकर दिख सकें। भविष्य के भूकंपमापी — चांग’ई-7 (Chang’e-7) पर, आर्टेमिस (Artemis) के साथ दक्षिणी ध्रुव के पास, और सुदूर पक्ष (far side) पर — इसे परख सकते हैं। और जो परियोजनाएँ चंद्रमा को सुनकर गुरुत्वीय तरंगों का पता लगाने की उम्मीद रखती हैं, उन्हें भी शायद इन्हीं दरारों को ध्यान में रखना पड़े।

मॉडल अब भी एक सरलीकरण है: एक द्वि-आयामी खंड, दरारों के चारों ओर एकसमान चट्टान। असली दरारें त्रि-आयामी होती हैं, एक-दूसरे को काटती हैं, और एक ऐसी पर्पटी में स्थित होती हैं जो स्वयं भी असमान है। लेकिन यह सादा रूप भी चंद्रमा की तरह ही गूँजता है।