المريخ مكان جاف ، وبغض النظر عن كمية ضئيلة من بخار الماء في الغلاف الجوي ، فإن كل الماء موجود على شكل جليد. لكن لم يكن هذا دائمًا قاحلًا. أدلة على الفصل الرطب في الماضي على الكوكب تنتشر على السطح. تقدم الحفريات القديمة مثل Jezero Crater ، التي سيتم استكشافها قريبًا بواسطة Perseverance Rover التابع لناسا ، دليلًا صارخًا على ماضي المريخ القديم. لكن ماذا حدث لكل تلك المياه؟
اختفت في الفضاء بالطبع. لكن عندما؟ وبأي سرعة؟
تقول دراسة جديدة أن المريخ فقد غلافه الجوي والمياه بسرعة نسبية. في غضون فترة زمنية قصيرة ، من الناحية الجيولوجية ، اختفت كل تلك المياه بمساعدة العواصف الترابية.
عنوان الدراسة الجديدة هو ' الدافع وراء هروب الهيدروجين من المريخ هو نقل المياه الموسمي والعواصف الترابية . ' المؤلف الرئيسي هو شين ستون ، كيميائي مختبر سابق وهو الآن طالب دراسات عليا في مختبر القمر والكواكب بجامعة أريزونا. تم نشر الورقة في مجلة Science.
يتركز هذا البحث الجديد على بيانات من وكالة ناسا مافن مركبة فضائية (الغلاف الجوي للمريخ والتطور المتقلب). تتمثل مهمة مافن في 'التحقيق في الغلاف الجوي العلوي والغلاف الجوي المتأين للمريخ وكيف تزيل الرياح الشمسية المركبات المتطايرة من هذا الغلاف الجوي.' كانت مافن تدور حول المريخ منذ عام 2014 وينبغي أن تستمر مهمتها حتى عام 2030.
قال ستون في أ خبر صحفى . 'لا بد أنه كان هناك غلاف جوي أكثر سمكًا ، لذلك نحن نعلم أن المريخ فقد بطريقة ما غالبية غلافه الجوي إلى الفضاء. تحاول مافن وصف العمليات المسؤولة عن هذه الخسارة ، وجزء واحد من ذلك هو فهم بالضبط كيف فقد المريخ مياهه '.
كل 4.5 ساعات تقريبًا ، ينخفض MAVEN في الغلاف الجوي للمريخ ويقيس أيونات H2O المشحونة بمطياف. يأخذ هذه القياسات على ارتفاع حوالي 161 كم (100 ميل) فوق سطح الكوكب. كما أنه يؤدي أيضًا إلى انخفاضات أعمق في الغلاف الجوي ، حيث يغوص إلى عمق 125 كيلومترًا (77.6 ميلًا) لمدة 20 دورة في المرة الواحدة ، مع استمرار كل غطسة لمدة خمسة أيام. في هذا الارتفاع ، يكون الغلاف الجوي أكثر كثافة.
يعني ملف تعريف مهمة مافن أنه يمكنه إجراء قياسات في جميع أنحاء الغلاف الجوي العلوي لكوكب المريخ وعلى خطوط عرض مختلفة. مع القياسات المتكررة ، يمكن للعلماء حساب كمية بخار الماء في الغلاف الجوي.
رسم توضيحي لفنان للمركبة الفضائية MAVEN التابعة لناسا والتي تدور حول المريخ. الصورة: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
وجدت مافن كمية كبيرة بشكل مدهش من بخار الماء في الغلاف الجوي العلوي للمريخ ، حيث تمت إزالته بسرعة. الماء وتدميرها هو دليل محير لتاريخ المريخ القديم.
كان هابل يراقب مياه المريخ جنبًا إلى جنب مع مافن ، ووجدت كلتا البعثتين أن فقدان الماء على كوكب المريخ يخضع لفصول الكوكب. عندما يكون الكوكب أقرب ما يكون إلى الشمس ، يؤدي الاحترار إلى إذابة المزيد من الجليد المائي على الكوكب. ثم يرتفع البخار إلى الغلاف الجوي العلوي حيث يتبدد في الفضاء.
يشير المؤلفون في دراستهم إلى أن 'الاتجاه الموسمي القابل للتكرار يحدث في وفرة H2O في الغلاف الجوي العلوي ، والتي تبلغ ذروتها في الصيف الجنوبي بين LS = 250 درجة و 270 درجة ...'
لكن الاحترار الموسمي هو عامل واحد فقط يساهم في فقدان بخار الماء.
'كان من الممكن أن يؤدي توصيل المياه الموسمية والعاصفة الترابية إلى الغلاف الجوي العلوي دورًا كبيرًا في تطور مناخ المريخ من حالته الدافئة والرطبة قبل مليارات السنين إلى الكوكب البارد والجاف الذي نلاحظه اليوم.'
من 'الهروب الهيدروجين من المريخ مدفوعة بالموسمية
ونقل المياه من العواصف الترابية 'بقلم Stone et al ، 2020.
الكوكب دورة الغبار يساهم أيضًا في فقدان الماء والهيدروجين. وجد ستون والباحثون الآخرون وراء هذا العمل أن العواصف الترابية - سواء الإقليمية أو العالمية التي تحدث كل 10 سنوات أو نحو ذلك - تؤدي أيضًا إلى ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى فقدان المياه بشكل أسرع.
على وجه التحديد ، وجدوا أنه 'خلال العاصفة الترابية العالمية في يونيو 2018 ، زاد متوسط نسبة خلط H2O بعامل 2.4 ، من متوسط قيمة 3.0 إلى 7.1 جزء في المليون على مدار يومين. ثم استمرت وفرة المياه في الزيادة بعد اتجاهات العاصفة الموسمية والترابية ، لتصل إلى قيم> 60 جزء في المليون عند LS = 204 درجة. تضمن هذا الحدث أعلى وفرة ثابتة من H2O لاحظناها ، حيث احتفظت بعشرات جزء في المليون لأكثر من 5 أشهر في نهاية عام 2018. '
تتعارض هذه النتائج مع النموذج الحالي لفقدان المياه على كوكب المريخ. وفقًا لهذا الفهم ، يتسامى الجليد المائي إلى بخار الماء ويتم تدميره بواسطة إشعاع الشمس غير المعوق في الغلاف الجوي السفلي.
كما يشرح المؤلفون في ورقتهم ، 'الدراسات المبكرة لإنتاج الهيدروجين والهروب من تدمير الغلاف الأيوني المهمل لـ H2O لأنه كان من المفترض أن يكون H2O محصوراً على ارتفاعات منخفضة من خلال فترة hygropause. في وقت لاحق ، وجد أن احتباس السوائل يختلف في الارتفاع مع الموسم ، مما أدى إلى تكهنات بأن تشبع H2O قد لا يحدث على الإطلاق أثناء العواصف الترابية ، بسبب درجات الحرارة المرتفعة. '
هذه النتائج الجديدة تقلب بعض تلك المعرفة.
قال ستون: 'هذا مهم لأننا لم نتوقع رؤية أي ماء في الغلاف الجوي العلوي للمريخ على الإطلاق'. 'إذا قارنا كوكب المريخ بالأرض ، فإن الماء على الأرض يكون محصورًا بالقرب من السطح بسبب شيء يُسمى بإزعاج الرطوبة. إنها مجرد طبقة في الغلاف الجوي تكون باردة بدرجة كافية لتكثيف (وبالتالي إيقاف) أي بخار ماء ينتقل إلى الأعلى '.
خلال السنوات العادية ، يعاني كوكب المريخ من فقدان ثابت لبخار الماء. حقوق الصورة: NASA / Stone et al ، 2020.
إن فترة hygropause هي واحدة من عدة 'وقفات' في أجواء الكواكب. في الأساس ، إنها منطقة يتغير فيها شيء ما. قد يكون التروبوبوز الأكثر شهرة على الأرض بين طبقة التروبوسفير والستراتوسفير. في طبقة الستراتوسفير ، تزداد درجة الحرارة كلما ارتفعت ، ولكن في طبقة التروبوسفير تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع. التروبوبوز هي المنطقة الواقعة بين الاثنين.
hygropause مشابه. Kley et. آل. في عام 1979 وجد أنه على الأرض ، هناك زيادة في نسبة خلط بخار الماء مع ارتفاعات أعلى عبر الستراتوسفير. ولكن على ارتفاع 2 أو 3 كم فوق التروبوبوز ، يوجد حد أدنى مطلق لنسبة خلط بخار الماء. أطلقوا عليه اسم hygropause.
خلال الصيف الجنوبي وأثناء العواصف الترابية الإقليمية والعالمية ، يتسارع فقدان المياه في الفضاء. حقوق الصورة: NASA / Stone et al ، 2020.
إن احتباس السوائل هو في الأساس منطقة باردة تتسبب في تكثف بخار الماء وتوقفه عن السفر لأعلى. كما يقول ستون ، يجب ألا يكون هناك بخار ماء فوق احتباس السوائل. ولكن هناك ، وفقًا لفريق الباحثين ، هذا يعني أن احتباس السوائل على المريخ ليس باردًا بما يكفي لإجبار البخار على التكاثف.
نظرًا لضعف احتباس السوائل في المريخ ، ينتقل البخار عالياً بدرجة كافية في الغلاف الجوي العلوي بحيث تتفكك الأيونات بسرعة كبيرة ، وتضيع المنتجات الثانوية الناتجة في الفضاء.
هناك عنصر موسمي لفقد المريخ للمياه. خلال الصيف الجنوبي ، يسخن الكوكب ويطلق المزيد من بخار الماء. تعتبر العواصف الترابية الإقليمية والعالمية أيضًا من العوامل المهمة لفقدان المياه. حقوق الصورة: NASA / Stone et al ، 2020.
'يعد فقدان الغلاف الجوي والمياه إلى الفضاء سببًا رئيسيًا في أن المريخ بارد وجاف مقارنة بالأرض الدافئة والرطبة. هذه البيانات الجديدة من مافن تكشف عن عملية واحدة لا تزال تحدث من خلالها هذه الخسارة حتى اليوم ، 'قال ستون.
لكن كيف حدث هذا في ماضي المريخ؟ كان المريخ دافئًا ورطبًا ، ربما في عدة مناسبات منفصلة. ماذا تخبرنا هذه المعرفة الجديدة عن ماضي المريخ؟
أخذ الفريق النتائج التي توصلوا إليها وعملوا إلى الوراء مليار سنة. ووجدوا أن آلية فقدان المياه هذه يمكن أن تكون مسؤولة عن الخسارة الجزئية لمحيط عالمي إذا كان المريخ يمتلكه بالفعل.
قال ستون: 'إذا أخذنا الماء وقمنا بنشره بالتساوي على سطح المريخ بأكمله ، فإن محيط الماء المفقود في الفضاء بسبب العملية الجديدة التي وصفناها سيكون أكثر من 17 بوصة'. 'ستفقد 6.7 بوصات إضافية بسبب تأثيرات العواصف الترابية العالمية فقط.'
انطباع فنان عن محيط المريخ القديم. وفقًا لهذا البحث الجديد ، فُقدت مياه المريخ في الفضاء بسبب العواصف الترابية العالمية والإقليمية جزئيًا على الأقل. الصورة: ESO / M. كورنميسر ، عبر ن
تلعب العواصف الترابية العالمية دورًا مهمًا في فقدان المياه. خلال إحدى تلك العواصف العملاقة ، يمكن حمل ما يصل إلى 20 مرة من المياه إلى الغلاف الجوي العلوي. ك خبر صحفى المصاحبة للدراسة تقول ، يمكن لعاصفة ترابية عالمية واحدة مدتها 45 يومًا أن تنقل قدرًا كبيرًا من بخار الماء إلى الغلاف الجوي العلوي كما هو الحال خلال سنة المريخ العادية الخالية من العواصف والتي تبلغ 687 يومًا على الأرض.
على الرغم من وجود قيود في هذه الدراسة. لم يكن الفريق قادرًا على استقراء ما يزيد عن مليار سنة ، لأنه من غير المرجح أن تكون فترة hygropause هي نفسها منذ فترة طويلة. كان من المحتمل أن يكون أقوى ، مما يعني أنه كان من الصعب على بخار الماء الوصول إلى الغلاف الجوي العلوي.
قال ستون: 'قبل أن تبدأ العملية التي وصفناها بالعمل ، يجب أن يكون هناك قدر كبير من هروب الغلاف الجوي إلى الفضاء بالفعل'. 'ما زلنا بحاجة إلى تحديد تأثير هذه العملية ومتى بدأت في العمل.'
لدى Stone هدف آخر لدراسات الغلاف الجوي المماثلة. يتمتع قمر زحل تيتان بجوه الديناميكي الخاص حيث تنشط الكيمياء العضوية. إنه أيضًا الجسم الوحيد في النظام الشمسي بخلاف الأرض الذي يحتوي على سائل على سطحه.
قال ستون: 'يتمتع تيتان بجو مثير للاهتمام تلعب فيه الكيمياء العضوية دورًا مهمًا'. 'بصفتي كيميائيًا عضويًا اصطناعيًا سابقًا ، فأنا حريص على التحقيق في هذه العمليات.'
