مثل كوكب الأرض ، شهد المريخ فترات من التجلد الشديد أو تغطية الغطاء الجليدي ، والتي تُعرف بالعصور الجليدية. عندما تأتي هذه العصور الجليدية وتذهب ، تتوسع الأنهار الجليدية وتتقلص على طول سطح الكوكب ، مما يؤدي إلى طحن الصخور الضخمة إلى صخور أصغر. من خلال فحص حجم الصخور في مواقع محددة على المريخ ، يجب أن نكون قادرين على فهم تاريخ العصور الجليدية المريخية.
دراسة جديدة فعلت ذلك بالضبط.
هناك علامة استفهام معلقة على مسألة العصور الجليدية للمريخ. سطح الكوكب مليء بترسبات الأنهار الجليدية المغطاة بالحطام. هل كانت تلك الأنهار الجليدية نتيجة لعصور جليدية متعددة على مدى 300 مليون إلى 800 مليون سنة الماضية؟ أم أن هناك عصرًا جليديًا مستمرًا ولّدهم جميعًا؟ إذا تمكن العلماء من الإجابة على هذا السؤال ، فسملأوا بعض الفجوات الكبيرة في فهمهم لتاريخ المريخ.
أراد جو ليفي ، عالم الكواكب وأستاذ الجيولوجيا المساعد في جامعة كولجيت ، الإجابة على هذا السؤال. قام هو وزملاؤه بفحص 45 نهرًا جليديًا على سطح المريخ باستخدام صور عالية الدقة مأخوذة من مركبة استكشاف المريخ. يمنحنا عملهم الرائد فهمًا جديدًا لتاريخ المريخ ، ويظهر أن المريخ قد مر عبر عصور جليدية متعددة.
الدراسة الجديدة بعنوان ' تشير النطاقات الصخرية السطحية إلى أنهار جليدية مغطاة بحطام المريخ تكونت فوق تكتلات جليدية متعددة . ' يشمل المؤلفون المشاركون طلاب وخريجين كولجيت ، بالإضافة إلى باحثين من وكالة ناسا والعديد من الجامعات الأخرى. نُشرت الدراسة في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences.
قال ليفي في أ خبر صحفى . 'بعد ذلك ، تميل العارضات إلى الفوضى.'
إن انحراف الكوكب ، أو الميل المحوري ، يخلق فصولًا. التغيرات في الانحراف تؤدي إلى عصور جليدية. في حين أن ميل الأرض مستقر نسبيًا ، فإن انحراف المريخ ليس كذلك. بسبب عزم الجاذبية من الكواكب الكبيرة الأخرى ، يمكن أن يتغير الميل المحوري للمريخ كثيرًا وبشكل عشوائي. يعتقد العلماء أنه يمكن أن تصل إلى قيم تصل إلى 60 درجة ومنخفضة تصل إلى 10 درجات. قارن ذلك بـ 23 درجة على الأرض ، والتي ظلت مستقرة بمساعدة قمرنا الضخم.
يشهد كوكب المريخ في العصر الحديث تغيرات دورية في المناخ ، وبالتالي في توزيع الجليد. على عكس الأرض ، يتغير ميل (أو ميل) المريخ بشكل كبير على مقاييس زمنية تتراوح من مئات الآلاف إلى ملايين السنين. في الوقت الحاضر ميل يبلغ حوالي 25 درجة على محور دوران المريخ ، يوجد الجليد بكميات متواضعة نسبيًا في القطبين الشمالي والجنوبي (أعلى اليسار). يوضح هذا التخطيط أن الجليد يتراكم بالقرب من خط الاستواء عند الانحرافات العالية (أعلى اليمين) وأن القطبين ينموان بشكل أكبر عند الانحرافات المنخفضة جدًا (أسفل). حقوق الصورة: NASA / JPL-Caltech
هناك فرق حاسم بين دراسة العصور الجليدية على الأرض مقابل العصور الجليدية على كوكب المريخ. انحسرت الأنهار الجليدية التي تشكلت خلال العصر الجليدي الأخير للأرض ، والتي بلغت ذروتها منذ حوالي 20000 عام ، إلى القطبين والجبال. لكن عندما توسعوا ، دفعوا الكثير من الصخور أمام أنفسهم. بعد انحسارهم ، تركوا وراءهم كل تلك الصخور.
لكن على كوكب المريخ ، لم تنحسر الأنهار الجليدية أبدًا. بدلا من ذلك ، ما زالوا هناك ، مغطاة بالحطام. هكذا هي مآزر الحطام الفصوص ، أو LDA. قال ليفي: 'كل الصخور والرمال المحمولة على هذا الجليد بقيت على السطح'. 'الأمر يشبه وضع الجليد في مبرد تحت كل تلك الرواسب.'
تظهر هذه الصورة من كاميرا Mars Reconnaissance Orbiter CTX ميسا مع ثلاثة مآزر من الحطام الفصوص في Ismenius Lacus الرباعي الزوايا في المريخ. على الرغم من أن LDAs هذه ليست من نهر جليدي ، إلا أنها توضح المفهوم. حقوق الصورة: بواسطة Jim Secosky ، تم تعديل صورة NASA NASA / JPL / University of Arizona / Secosky - http://viewer.mars.asu.edu/planetview/inst/ctx/D02_028115_2225_XI_42N341W#P=D02_028115_2225_XI_42N341W&T: //commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=66634749
عرف ليفي وفريقه أنه إذا تمكنوا من استنباط تاريخ العصور الجليدية المريخية ، فسيكونون قادرين أيضًا على تجميع تاريخ الانحراف المداري للمريخ ومناخه. يمكنهم أيضًا معرفة أنواع الصخور والغازات المحتبسة داخل الجليد. وإذا كان هناك أي ميكروبات هناك ، فقد يكونون قادرين على تحديد الأنواع.
'هذه الأنهار الجليدية عبارة عن كبسولات زمنية صغيرة ، تلتقط لقطات لما كان يدور في الغلاف الجوي للمريخ.'
جو ليفي ، عالم الكواكب ، جامعة كولجيت.
ابتكر ليفي طريقة لدراسة تاريخ العصور الجليدية المريخية. نظرًا لأن الصخور تتقلص إلى أحجام أصغر بمرور الوقت ، فقد يكون فحص الصخور أمرًا أساسيًا. إذا تمكن ليفي وفريقه من العثور على مناطق على سطح المريخ مع تقدم مستمر في المنحدرات من الصخور الكبيرة إلى الصخور الأصغر ، فسيكون ذلك دليلاً على عصر جليدي واحد طويل الأمد.
ولكن كان لا بد من القيام بكل ذلك باستخدام الصور المدارية من التجربة العلمية للتصوير عالي الدقة (HiRISE) التي أجرتها مركبة استكشاف المريخ (MRO). استخدم الفريق صورًا لـ45 نهرًا جليديًا مختلفًا على سطح المريخ وانخرطوا في حساب حجم وعدد الصخور. تتميز HiRISE بدقة صورة تبلغ 25 سم (9.8 بوصات) لكل بكسل ، وهي تقريبًا نفس حجم طبق عشاء متوسط.
من الناحية المثالية ، يمكن للباحثين استخدام الذكاء الاصطناعي لتحديد وإحصاء وقياس كل تلك الصخور على كل تلك الأنهار الجليدية. لكن الذكاء الاصطناعي لم يستطع التعامل معه. المهمة تتطلب عيون وعقول بشرية. لذلك كان لدى ليفي 10 طلاب يعملون على الصور على مدار فصلين دراسيين. قام الطلاب بإحصاء وقياس حوالي 60.000 صخرة كبيرة. قال ليفي: 'لقد قمنا بنوع من العمل الميداني الافتراضي ، حيث تمشينا صعودًا وهبوطًا على هذه الأنهار الجليدية ورسم خرائط للصخور'.
كانت النتائج غير متوقعة. لم يكن هناك تقدم منظم ولكن كان هناك المزيد من التشتت العشوائي للصخور. كانت تلك صدمة للباحثين في البداية. قال ليفي: 'في الواقع ، كانت الصخور تخبرنا بقصة مختلفة'. 'لم يكن حجمهم هو المهم. كانت الطريقة التي تم تجميعها بها أو تكتلها '.
قاد ذلك الباحثين إلى رؤية مهمة. نظرًا لأن الصخور لم يتم تحطيمها ، فهذا يعني أنه كان عليها أن تتحرك داخل النهر الجليدي بدلاً من طحنها معًا. تم ترتيب الصخور في مجموعات عبر سطح الأنهار الجليدية ، وخلص ليفي وزملاؤه إلى أن العصابات تشير إلى عصور جليدية مختلفة ، حيث تذبذب المريخ حول محوره.
وكتبوا في ورقتهم البحثية ، 'يُعتقد أن الحطام الصخري فوق الجليدي على LDAs ينتج جزئيًا عن تسامي جليد LDA الذي يطلق رواسب صخرية دقيقة (1 م) تنتقل فوق الجفن ، في بعض الحالات ، وتشكل مناطق صخرية طولية مماثلة للموران الإنسي.
تقارن هذه الصورة من الدراسة كثافة الصخور السطحية في الأنهار الجليدية Mullins و Friedman على الأرض مع ثلاثة مواقع على سطح المريخ. جميع مآزر حطام الفصوص المريخية موجهة منحدر إلى أسفل الصورة. يظهر الترميز اللوني كثافات نواة الصخور. تتجمع الصخور في جميع المواقع ، وعلى الأرض ، تتماشى العصابات الصخرية مع الانقطاعات السطحية المقوسة (المسمى ASDs). مقوس يعني على شكل قوس أو منحني. حقوق الصورة: Levy et al 2021.
أظهر عمل الفريق أن المريخ قد مر ما بين ستة إلى 20 عصرًا جليديًا مميزًا في آخر 300 إلى 800 مليون سنة. نظرًا لأن هذه العصور الجليدية كانت بسبب التغيرات في الميل المحوري للكوكب ، فإن النتيجة هي تسجيل - سجل غير مكتمل ، لكنه لا يزال سجلاً - لمدار المريخ وانحرافه ومناخه. كتب المؤلفون في ورقتهم البحثية: 'قد تحافظ مآزر الحطام الفصيصي على الجليد الممتد على عدة دورات جليدية / بين جليدية ، مما يؤدي إلى تمديد سجلات مناخ المريخ إلى مئات الملايين من السنين'.
قال ليفي: 'هذه الورقة هي أول دليل جيولوجي لما كان يمكن أن يفعله مدار المريخ وانحرافه لمئات الملايين من السنين'.
النتيجة مهمة لأسباب أخرى أيضًا. هذه الأنهار الجليدية هي مستودع للأدلة حول تاريخ المريخ.
يحتوي Deuteronilus Mensae (DM) على العديد من ميزات السطح الخشنة. أظهرت مركبة استكشاف المريخ المدارية أن العديد من المناطق في DM عبارة عن أنهار جليدية تحت السطح مغطاة بطبقة رقيقة من الحطام. الصورة: ناسا / مختبر الدفع النفاث / جامعة أريزونا
قال ليفي: 'هذه الأنهار الجليدية عبارة عن كبسولات زمنية صغيرة ، تلتقط لقطات لما كان يدور في الغلاف الجوي للمريخ'. 'نحن نعلم الآن أن لدينا إمكانية الوصول إلى مئات الملايين من السنين من تاريخ المريخ دون الحاجة إلى الحفر في أعماق القشرة الأرضية - يمكننا فقط القيام بنزهة على طول السطح.'
قد يكون للأنهار الجليدية ما تخبرنا به في بحثنا عن الحياة على المريخ أيضًا. قال ليفي: 'إذا كان هناك أي مؤشرات حيوية تهب حولها ، فسيتم حصرها في الجليد أيضًا'.
ستكون هذه النتائج مفيدة أيضًا للذكاء الاصطناعي. يمكن استخدام البيانات لتدريب الذكاء الاصطناعي لفحص المزيد من الصور لمزيد من الأنهار الجليدية. ليفي وفريقه يرسمون خرائط لبقية الأنهار الجليدية في المريخ ويأملون أن يقوم الذكاء الاصطناعي بتحديد وقياس الصخور. ستعمل كل هذه البيانات على تعزيز فهمنا لتاريخ مناخ المريخ.
وتاريخ مناخ المريخ مهم بالنسبة لسؤال البشرية الشامل عن المريخ: هل كان يدعم الحياة على الإطلاق؟
قال ليفي: 'هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لمعرفة تفاصيل تاريخ مناخ المريخ ، بما في ذلك متى وأين يكون الجو دافئًا ورطبًا بدرجة كافية ليكون هناك محلول ملحي ومياه سائلة.'