مثل الأرض ، يمر المريخ بتغيرات مناخية على مدار عام بسبب انحراف محور دورانه. يؤدي هذا إلى الترسب / التسامي السنوي لجليد / ثلج ثاني أكسيد الكربون ، مما يؤدي إلى تكوين القبعات القطبية الموسمية. وبالمثل ، تؤدي هذه الاختلافات في درجات الحرارة إلى تفاعل بين الغلاف الجوي والقمم الجليدية القطبية ، مما يؤثر بشكل موسمي على سمات السطح.
على الرغم من ذلك ، تعمل الأشياء بشكل مختلف قليلاً على المريخ. بالإضافة إلى الجليد المائي ، تتكون نسبة كبيرة من القمم الجليدية القطبية للمريخ من ثاني أكسيد الكربون المجمد ('الجليد الجاف'). في الآونة الأخيرة ، استخدم فريق دولي من العلماء بيانات من وكالة ناسا مساح المريخ العالمي (MGS) إلى قياس كيفية القمم الجليدية القطبية للكوكب تنمو وتنحسر سنويا. يمكن أن توفر نتائجهم رؤى جديدة حول كيفية تغير مناخ المريخ بسبب التغير الموسمي.
الدراسة التي تصف النتائج التي توصلوا إليها بقيادة هايفنغ شياو ، مساعد باحث في معهد الجيوديسيا وعلوم المعلومات الجغرافية في جامعة برلين التقنية. وانضم إليه باحثون من جامعة ستانفورد ، جامعة باريس ساكلاي ، و معهد جامعة فرنسا ، ومركز الفضاء الألماني (DLR) معهد أبحاث الكواكب و معهد فيزياء الغلاف الجوي .
فيديو بفاصل زمني يوضح تسامي الغطاء القطبي الموسمي في القطب الشمالي للمريخ. الائتمان: W.M. كالفين وآخرون. (2015)
ما نعرفه عن القمم الجليدية القطبية المريخية يشير إلى أنها تتكون من ثلاثة أجزاء. أولاً ، هناك الغطاء الجليدي المتبقي (أو الدائم) ، والذي يتكون من صفائح من الجليد المائي بسمك عدة أمتار في القطب الشمالي ، وصفيحة بسمك 8 أمتار (~ 10 أقدام) من ثاني أكسيد الكربون المجمد في القطب الجنوبي. تحتها توجد رواسب ذات طبقات قطبية (PLDs) ، والتي يبلغ سمكها 2 إلى 3 كيلومترات (ميل) وتتكون من جليد مائي وغبار.
الأخير هو الغطاء الجليدي الموسمي ، وهو طبقة من ثاني أكسيد الكربون المجمد2تترسب فوق القمم الجليدية الدائمة كل شتاء. من أجل دراستهم ، ركز هايفنغ وزملاؤه على الغطاء الجليدي الموسمي للكشف عن كيفية تأثرها بالتغيرات في درجات الحرارة الموسمية والإشعاع الشمسي - وكيف يرتبط ذلك بالتغيرات السنوية في مناخ المريخ. كما قال هايفنغ لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
'كل سنة مريخية ، ما يقرب من 30٪ من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2الكتلة في تبادل حي مع الأسطح القطبية من خلال الترسيب / التسامي الموسمي. يمكن للتغيرات الزمنية في مستويات وأحجام الثلج / الجليد المرتبطة بهذه العملية أن تضع قيودًا حاسمة على نظام مناخ المريخ ونماذج الدوران المتقلبة.
'بالإضافة إلى ذلك ، فإن التراكم الموسمي لثاني أكسيد الكربون2يمكن أن يتأثر الجليد الذي يتكون من هذه القبعات القطبية الموسمية بالعواصف الترابية والبقع الباردة والرياح الكاتباتية والخطية والتظليل المحلي. وبالتالي ، يمكن أن تشير التغيرات القصيرة والطويلة المدى للقبعات القطبية الموسمية إلى التغيرات في مناخ المريخ '.
خلال سنة على كوكب المريخ ، والتي تستمر لأكثر من 687 يومًا من أيام الأرض (أو 668.5 يوم مريخي) ، تؤدي التغيرات الموسمية إلى هجرة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي (والعكس صحيح). هذه الإجراءات الموسمية هي المسؤولة عن نقل كميات كبيرة من الغبار وبخار الماء ، مما يؤدي إلى الصقيع وتشكيل السحب الرقيقة الكبيرة التي يمكن رؤيتها من الفضاء.
تُظهر هذه الصورة من مركبة استكشاف المريخ (MRO) 'العناكب' الخارجة منغطاء جليدي ثاني أكسيد الكربون فيالقطب الجنوبي للمريخ. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
عملية التسامي والتبادل هذه بين القطبين مسؤولة أيضًا عن السمات الجيولوجية البارزة على كوكب المريخ ، مثل التضاريس الأفقية (المعروفة أيضًا باسم 'العناكب') بالقرب من القطب الجنوبي والطريقة التي أصبحت بها حقول الكثبان الرملية في الطائرات الشمالية مجعدة مع الوصول من المواسم. كما أوضح هايفنغ ، فإن فهم العلاقة بين القمم القطبية الموسمية وتكوين السمات الجيولوجية على المريخ يمكن أن يؤدي إلى فهم أفضل لبيئة المريخ.
على مدى العقدين الماضيين ، أجريت قياسات القمم الجليدية القطبية باستخدام طرق مختلفة - اختلاف الجاذبية ، وتدفق أشعة جاما والنيوترون - ونمذجة بناءً على نماذج الدوران العام وتوازن الطاقة. في دراستهم ، اعتمد Haifeng وزملاؤه على البيانات التي حصل عليها مقياس الارتفاع بالليزر للمريخ المداري (MOLA) على متن MGS للحصول على قياسات دقيقة لارتفاع وحجم القمم الجليدية القطبية للمريخ بمرور الوقت.
يتألف هذا من إعادة معالجة سجلات بيانات تجربة الدقة MOLA (PEDR) - أو قراءات قياس الارتفاع الفردية لـ MOLA - باستخدام أحدث بيانات مدار MGS المتاحة ونموذج دوران المريخ. ثم قاموا بتسجيل هذه الملامح ذاتيًا في نموذج التضاريس الرقمية المتوافق ذاتيًا (DTM) ، والذي كان بمثابة قياس ثابت لسطح المريخ. كما أوضح هايفنغ:
'لقد اقترحنا وتحققنا من التسجيل المشترك لأجزاء ملف تعريف مقياس الارتفاع بالليزر المداري للمريخ الديناميكي المحلي (MOLA) لنماذج التضاريس الرقمية الثابتة (DTMs) كنهج للحصول على تغيرات موسمية في عمق الغطاء الجليدي CO2 على سطح المريخ. بالإضافة إلى ذلك ، اقترحنا أيضًا إجراء ما بعد التصحيح استنادًا إلى عمليات التقاطع الزائفة لملفات تعريف MOLA لزيادة تحسين دقة السلاسل الزمنية لتغير العمق '.
كثبان 'مجعدة' في المنطقة المليئة بالفوهات بالقرب من القطب الشمالي للمريخ. حقوق الصورة: NASA / JPL-Caltech / جامعة أريزونا
من هذا ، حصل الفريق على سلسلة من قياسات تغير الارتفاع التي تم الحصول عليها في منطقة اختبار فوق الغطاء القطبي المتبقي للقطب الجنوبي حيث يمكن توقع أعمق ثلوج / جليد.
بدقة تصل إلى 4.9 سم (1.93 بوصة) وتغيرات ارتفاع من الذروة إلى الذروة تصل إلى 2.2 م (7.2 قدم). قام الفريق أيضًا بتوسيع هذه النتائج لتشمل القطب الجنوبي بأكمله ، والتي يأملون في تغطيتها بمزيد من التفصيل في دراسة أخرى سيتم نشرها قريبًا. يخطط هايفنغ وزملاؤه أيضًا لمقارنة نتائجهم ببيانات قياس الارتفاع بالرادار التي تم الحصول عليها بواسطة مسبار SHAllow RADar (SHARAD) على متن وكالة ناسا مركبة استطلاع المريخ 's (MRO).
'كخطوة تالية ، سنحاول قياس الارتفاع بالرادار SHARAD للتحقق من صحة قياسات MOLA واشتقاق تطور العمق الموسمي طويل المدى للقبعات القطبية الموسمية للمريخ ، والتي ستكون مهمة أيضًا لتقييم الاستقرار على المدى الطويل من قبعات المريخ القطبية المتبقية ، لا سيما الغطاء الجنوبي القطبي المتبقي الذي يعتبر في حالة شبه مستقرة ، 'قال هايفنغ.
ستتيح هذه القياسات لعلماء الكواكب معرفة المزيد عن مناخ المريخ والتغيرات السنوية التي يمر بها. كما سيساعدون في التحضير لبعثات استكشاف روبوتية وبشرية مستقبلية إلى الكوكب الأحمر ، والتي لا تزال متوقعة لبعض الوقت في العقد المقبل.
قراءة متعمقة: arXiv
