على الرغم من عقود من الاستكشاف والدراسة ، لا يزال لدى المريخ نصيبه العادل من الألغاز. على وجه الخصوص ، لا يزال العلماء يحاولون التأكد مما حدث للمياه التي كانت تتدفق على سطح المريخ. لسوء الحظ ، منذ مليارات السنين ، بدأت الرياح الشمسية في تجريد الغلاف الجوي للمريخ بعيدًا ، مما أدى أيضًا إلى فقدان المياه السطحية بمرور الوقت - على الرغم من أنه لم يكن واضحًا تمامًا إلى أين ذهب وما هي الآليات المستخدمة.
لمعالجة هذا الأمر ، استشار فريق من العلماء مؤخرًا البيانات التي تم الحصول عليها من خلال ثلاث بعثات مدارية تدرس الغلاف الجوي للمريخ. في هذه العملية ، وجدوا دليلًا على أن العواصف الترابية الإقليمية الأصغر التي تحدث سنويًا تقريبًا على سطح المريخ موجودة مما يجعل الكوكب أكثر جفافاً بمرور الوقت . تشير هذه النتائج إلى أن العواصف هي القوة الدافعة الرئيسية وراء تطور الغلاف الجوي للمريخ وانتقاله إلى المكان المتجمد والجاف الذي نعرفه اليوم.
تحدث العواصف الترابية بشكل منتظم على سطح المريخ وتحدث كلما ارتفعت درجة حرارة الغلاف الجوي السفلي ، مما يتسبب في التقاط التيارات الهوائية للغبار وتدويره حول الكوكب. يمكن أن يحدث هذا عندما يكون المريخ في أقرب نقطة في مداره من الشمس (الحضيض الشمسي) ويمكن أن يتفاقم أيضًا بسبب الاختلافات في درجة الحرارة بين نصفي الكرة الأرضية - عندما يمر أحدهما بفصل الصيف ، يمكن أن يزداد دوران الغلاف الجوي بشكل كبير.
هذه العواصف الترابية لها تأثير تسخين المناطق العليا من الغلاف الجوي المتناثر للمريخ ، مما يمنع جزيئات الماء من التجمد كما هو معتاد ويجبرها على الارتفاع أعلى. في هذه المرتفعات من الغلاف الجوي للمريخ ، تكون جزيئات الماء عرضة للأشعة فوق البنفسجية ، مما يجعلها تفكك كيميائيًا وتكسر العناصر المكونة لها - الهيدروجين والأكسجين.
في حين أن الأكسجين (العنصر الأثقل) سوف يهرب إلى الفضاء أو يستقر مرة أخرى على السطح ، فإن الهيدروجين يفقد بسهولة في الفضاء. كان مايكل إس شافين ، الباحث في مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء بجامعة كولورادو في بولدر ، المؤلف الرئيسي للدراسة. كما قال في وكالة ناسا الأخيرة خبر صحفى :
'كل ما عليك فعله لتفقد الماء بشكل دائم هو أن تفقد ذرة هيدروجين واحدة لأن الهيدروجين والأكسجين لا يمكن إعادة اتحادهما في الماء. لذلك عندما تفقد ذرة الهيدروجين ، تكون قد فقدت بالتأكيد جزيء ماء '.
لطالما اشتبه العلماء في أن المريخ فقد معظم مياهه بسبب العواصف الترابية لكنهم لم يدركوا أهمية العواصف الإقليمية. يحدث هذا كل صيف تقريبًا في نصف الكرة الجنوبي للكوكب ، في حين أن العواصف الأكبر (التي يمكن أن تشمل الكوكب بأكمله) تحدث عادةً مرة واحدة كل ثلاث إلى أربع سنوات مريخية - أي ما يعادل حوالي خمس سنوات ونصف إلى سبع سنوات ونصف على الأرض.
تم التقاط الصورة بواسطة MRO في 30 نوفمبر 2010 ، تظهر 'برج البرج' (أسفل الوسط) ، سحابة مركزة من الغبار يمكن رفعها عشرات الأميال فوق السطح. الأعمدة ذات اللون الأزرق والأبيض هي سحب بخار الماء. المصدر: NASA / JPL-Caltech / MSSS
في السابق ، كان يُعتقد أن هذه العواصف الهائلة وأشهر الصيف الحارة في نصف الكرة الجنوبي (عندما يكون المريخ أقرب إلى الشمس) هي المحرك الرئيسي. ومع ذلك ، بعد الاطلاع على البيانات التي تم الحصول عليها من قبل المدارات الثلاثة للمريخ ، وجد شافين وزملاؤه أن المريخ يفقد حوالي ضعف كمية المياه خلال عاصفة إقليمية كما يحدث خلال الصيف في نصف الكرة الجنوبي دون عواصف إقليمية.
تأتي هذه البيانات من وكالة ناسا مركبة استطلاع المريخ (MRO) ، وكالة الفضاء الأوروبية تتبع الغاز المداري (TGO) و تطور الغلاف الجوي والمتقلب للمريخ (مافن) المركبة المدارية. جيرونيمو فيلانويفا ، خبير مياه المريخ في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا (ومؤلف مشارك في الورقة) ، وكان أيضًا عضوًا في الفريق العلمي لتتبع الغاز المداري. كما أوضح:
'تساعدنا هذه الورقة فعليًا على العودة بالزمن إلى الوراء والقول ،' حسنًا ، لدينا الآن طريقة أخرى لفقد الماء والتي ستساعدنا على ربط هذه المياه القليلة الموجودة على المريخ اليوم بكمية المياه الهائلة التي كانت لدينا في الماضي ... يجب أن تحكي جميع الآلات نفس القصة ، وهي كذلك '.
نظرًا لأن الماء هو أحد المكونات الرئيسية للحياة كما نعرفها ، فإن العلماء مهتمون جدًا بتحديد المكان الذي ذهب إليه ومدة وجوده على سطح المريخ. بشكل أساسي ، يريدون معرفة ما إذا كانت موجودة لفترة كافية للسماح بظهور أشكال الحياة الأساسية ، مثل الميكروبات وحيدة الخلية. تعد معرفة آليات فقدان المياه أمرًا ضروريًا أيضًا للبعثات المأهولة المستقبلية إلى المريخ ، والتي ستحتاج إلى تأمين مصادر المياه محليًا.
انطباع الفنان عن وصول مهمة مافن حول المريخ. الائتمان: ناسا
بينما كان لدى العلماء العديد من النظريات حول ما كان يحدث للمياه على سطح المريخ اليوم ، فقد افتقروا إلى القياسات اللازمة للتوصل إلى صورة كاملة. بعد ذلك ، أتيحت لـ Chaffin وزملاؤه فرصة عندما حدث تقارب نادر لمدارات المركبات الفضائية أثناء عاصفة ترابية إقليمية (استمرت من يناير إلى فبراير 2019) مما سمح للعلماء بإجراء ملاحظات غير مسبوقة.
نفذت كل مركبة فضائية نوعًا مختلفًا من العمليات العلمية. بينما قامت وكالة ناسا بقياس درجة الحرارة والغبار وتركيزات الجليد المائي من السطح إلى 100 كيلومتر (62 ميل) فوقه ، يقيس TGO التابع لوكالة الفضاء الأوروبية تركيز بخار الماء والجليد في نفس نطاق الارتفاع. وفي الوقت نفسه ، سجلت مركبة الفضاء مافن التابعة لوكالة ناسا كمية غاز الهيدروجين على ارتفاعات تزيد عن 1000 كيلومتر (620 ميل) فوق السطح.
أخيرًا ، جمعت أربع أدوات على المركبة الفضائية الثلاث بيانات عن العاصفة الترابية الإقليمية لتحديد دورها في هروب مياه المريخ. وشمل ذلك مطياف TGO ، الذي اكتشف بخار الماء في الغلاف الجوي السفلي قبل بدء العاصفة الترابية. كما شهد ارتفاع بخار الماء في الغلاف الجوي الأوسط مع بدء العاصفة ، ووصل في النهاية إلى تركيزات كانت أكبر بعشر مرات مما كانت عليه قبل اندلاع العاصفة.
تزامن ذلك مع البيانات التي تم الحصول عليها بواسطة MRO's Mars Climate Sounder (MCS) ، والذي اكتشف ارتفاع درجات الحرارة في الغلاف الجوي مع ارتفاع الغبار فوق الكوكب. كما هو متوقع ، فقد شهدت أيضًا اختفاء سحب المياه الجليدية حيث لم يعد بإمكان الجليد أن يبقى في الغلاف الجوي السفلي الأكثر دفئًا. في هذه الأثناء ، أظهر مطياف التصوير فوق البنفسجي (IUS) التابع لـ مافن أنه قبل أن تضرب العاصفة ، يمكن رؤية الجليد فوق البراكين الضخمة في منطقة ثارسيس بالمريخ.
صورة ملونة حقيقية لجبهة عاصفة تقع بالقرب من يوتوبيا بلانيتيا ، بالقرب من الغطاء الجليدي القطبي الشمالي للمريخ. الائتمان: ائتمانات: ESA / DLR / FU Berlin
اختفت هذه الغيوم عندما بدأت العاصفة وعاودت الظهور في اللحظة التي غطت فيها السماء. أكدت رؤية هذا يتجلى من أعينهم ما كان شافين وزملاؤه يشتبهون به طوال الوقت. في حين أن بعض النمذجة والأدلة غير المباشرة قد اقترحت أن هناك علاقة بين نشاط الغبار وفقدان الماء على المريخ ، فهذه هي الدراسة الأولى التي تمكنت من التمييز بين فقدان المياه الموسمي والتأثير الناجم عن الغبار.
على الرغم من أن بعض أدلة النمذجة والرصد غير المباشر تشير إلى أن نشاط الغبار يمكن أن يفسر الاتجاه الموسمي ، لم تتمكن أي دراسة سابقة من التمييز بشكل لا لبس فيه بين التأثير الموسمي والتأثير الناجم عن الغبار. لا تقدم هذه النتائج نظرة ثاقبة جديدة للديناميكيات التي تحرك بيئة المريخ فحسب ، بل يمكن أن تكون أيضًا مهمة للغاية عندما يتعلق الأمر بالتخطيط لبعثات مأهولة إلى المريخ.
بعد كل شيء ، قد يكون فهم دورة المياه المحدودة في المريخ أمرًا ضروريًا للعثور على مصادر لها بالفعل!
قراءة متعمقة: ناسا و طبيعة سجية
