المريخ والماء. يمكن أن تثير هذه الكلمات فيض من التكهنات والأدلة والفرضيات والنظريات. يحتوي المريخ على بعض الماء الآن ، لكنه متجمد ، ودُفن معظمه. لا يوجد سوى قدر ضئيل للغاية من بخار الماء في الغلاف الجوي. تظهر الأدلة أنه كان أكثر رطوبة في الماضي. في الماضي القديم ، ربما كان للكوكب محيط عالمي. لكن هل كانت صالحة للسكن في وقت ما؟
تقول دراسة جديدة أنها لم تكن كذلك. فقد المريخ معظم مياهه ، ويتعلق الأمر بحجم الكوكب.
كتب المؤلفون في ورقتهم البحثية: 'كان فحص وجود وتوزيع ووفرة العناصر والمركبات المتطايرة ، بما في ذلك الماء ، على سطح المريخ موضوعًا رئيسيًا لاستكشاف الفضاء على مدار الخمسين عامًا الماضية'. تتضمن العديد من المهمات إلى المريخ ، سواء كانت مركبة مدارية أو مركبة هبوط أو مركبة الجوالة ، فهم مياه المريخ في أهدافها العلمية. ' اتبع الماء! 'كانت عبارة عن شعار سهل الالتفاف حوله لناسا برنامج استكشاف المريخ .
الدليل على أن المريخ كان مبتلاً في يوم من الأيام يعود إلى عقود. أرسلت بعثات الفايكنج المركبات المدارية والهبوطية إلى المريخ في أواخر السبعينيات. والتقط المدارون صورًا لتكوينات جيولوجية على سطح المريخ تشير إلى وجود كميات كبيرة من المياه في الماضي. في نفس الحقبة ، وجد العلماء الذين يدرسون النيازك المريخية دليلاً على وجود نواتج التجوية المائية.
تُظهر هذه الصورة من مركبة الهبوط Viking 1 ، Ravi Valles ، الذي يبدو بوضوح أنه تم تشكيله عن طريق المياه المتدفقة. حقوق الصورة: بواسطة Jim Secosky اختار صورة ناسا. - http://history.nasa.gov/SP-441/ch4.htm ، المجال العام ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=8646399
جمعت البعثات الأخيرة أدلة كثيرة على أن المريخ كان يحتوي على الماء في يوم من الأيام. قامت الكاميرات الموجودة في المدارات الحديثة مثل Mars Reconnaissance Orbiter التابع لوكالة ناسا ومركب Mars Express Orbiter التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ESA بدراسة كوكب المريخ بشكل مكثف. تلقت Jezero Crater الكثير من الاهتمام المداري ، تحسبًا لمهمة المثابرة المتجولة هناك. Jezero هي بحيرة قديمة مع دلتا نهر واضحة للعيان. لذلك لا أحد يشك بجدية في أن المريخ كان في وقت ما أكثر رطوبة مما هو عليه الآن.
صورة مدارية لحفرة جيزيرو تظهر دلتا النهر الأحفوري. تمثل الألوان معادن مختلفة تم تغييرها كيميائيًا بواسطة الماء. حقوق الصورة: NASA / JPL / JHUAPL / MSSS / BROWN UNIVERSITY
ما حدث لكل تلك المياه هو سؤال ملح في العلم. النظرية المقبولة على نطاق واسع هي أن المريخ فقد درعه المغناطيسي ، ثم هرب غلافه الجوي السميك والماء ببساطة إلى الفضاء. السؤال هو: هل كان قادرًا على الاحتفاظ بكمية كافية من الماء لفترة كافية لنشوء الحياة؟
في ورقة جديدة بعنوان ' يكشف تكوين نظائر البوتاسيوم للمريخ عن آلية للاحتفاظ المتطاير على كوكب الأرض ، 'عالج فريق من الباحثين هذا السؤال. المؤلف الأول هو زين تيان من قسم علوم الأرض والكواكب في مركز ماكدونيل لعلوم الفضاء. تم نشر الورقة في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
إجابتهم؟ كوكب المريخ صغير جدًا.
قال: 'تم تحديد مصير المريخ منذ البداية' كون وانغ ، أستاذ مساعد في علوم الأرض والكواكب في الآداب والعلوم وكبير مؤلفي الدراسة. 'من المحتمل أن يكون هناك حدًا لمتطلبات حجم الكواكب الصخرية للاحتفاظ بكمية كافية من الماء لتمكين الحياة والصفائح التكتونية ، مع كتلة تتجاوز كتلة المريخ.'
هذه هي الإجابة المختصرة.
تتضمن الإجابة الطويلة نظائر البوتاسيوم ووجودها ليس فقط على المريخ ولكن على أجسام أخرى في النظام الشمسي.
استخدم فريق الباحثين نظائر ثابتة من البوتاسيوم 'لتقدير وجود وتوزيع ووفرة العناصر المتطايرة على أجسام كوكبية مختلفة' ، وفقًا لـ خبر صحفى الاعلان عن الدراسة. في حين أن البوتاسيوم نفسه متقلب بشكل معتدل ، إلا أنه يمكن استخدامه كمتتبع لمزيد من المركبات المتطايرة ، بما في ذلك الماء. استخدم أعضاء هذا الفريق بالفعل طريقة تتبع البوتاسيوم لدراسة تكوين القمر.
درس وانغ والباحثون الآخرون 20 نيزكًا مريخيًا يمثلون معًا تركيبة السيليكات المريخية. وجدوا أن المريخ احتفظ بالمواد المتطايرة مثل الماء أكثر مما احتفظ به القمر. كما أنها احتفظت بأكثر من كويكبات مثل فيستا ، وكلاهما أصغر من المريخ. لكنهم وجدوا عكس ذلك عندما يتعلق الأمر بالأرض: فقد المريخ المزيد من المواد المتطايرة ، بما في ذلك الماء. وفقًا للفريق ، فإن العلاقة بين تكوين البوتاسيوم وحجم الجسم محددة جيدًا.
تُظهر هذه الصورة من الدراسة نسب البوتاسيوم إلى الثوريوم مقابل تركيزات K المقابلة للنيازك المريخية ، وسطح المريخ (GRS) ، والبازلت في وسط المحيط على الأرض ، والبازلت جزيرة المحيط على الأرض ، وأيضًا كتلة سيليكات الأرض. يشير الرقم إلى كوكب المريخ الغني بالتقلبات المبكرة. (انظر الدراسة للحصول على شرح أكثر تفصيلاً). حقوق الصورة: Wang et al 2021.
تشكل المريخ والأرض من نفس الشيء السديم الشمسي ، المواد المتبقية بعد تشكل الشمس. على هذا النحو ، بدأوا بتركيبات مماثلة. ولكن عندما وجد الفريق أن النيازك المريخية بها تركيزات أثقل من نظائر البوتاسيوم مقارنة بالأرض ، فإن ذلك يعني خسارة أكبر للبوتاسيوم على المريخ مقارنة بالأرض.
ووجدوا أيضًا أن 'قيم السيليكات السائبة للأرض والقمر والمريخ وفيستا ترتبط بالجاذبية السطحية' وأيضًا بوفرة H2O.
'التركيب النظيري K لـ BSM والعلاقة القوية بينهما41يكشف K وكتلة الكوكب أن أحجام الكواكب تتحكم بشكل أساسي في قدرتها على الاحتفاظ بالمواد المتطايرة. هذا يمكن أن يلقي مزيدًا من الضوء على قابلية الكواكب للعيش ويساعد في تقييد أحجام أجسام غير معروفة '، كتب المؤلفون في ورقتهم.
تظهر هذه الصورة من الدراسة وفرة البوتاسيوم والجاذبية السطحية لفيستا والقمر والمريخ والأرض. هناك علاقة واضحة بين البوتاسيوم وكتلة الجسم. حقوق الصورة: Wang et al 2021.
قال: 'إن سبب وجود كميات أقل بكثير من العناصر المتطايرة ومركباتها في الكواكب المتباينة عنها في النيازك البدائية غير المتمايزة كان سؤالًا طويل الأمد' كاثارينا لودرس ، أستاذ باحث في علوم الأرض والكواكب ، ومؤلف مشارك في الدراسة. 'إن اكتشاف ارتباط التراكيب النظيرية K مع جاذبية الكوكب هو اكتشاف جديد له آثار كمية مهمة بخصوص متى وكيف استقبلت الكواكب المتباينة وفقدت موادها المتطايرة.'
يقول المؤلفون أن هذا له علاقة بكيفية تراكم الكواكب والأجسام الأخرى بمرور الوقت. يمكن أن يختلف فقدان المواد المتطايرة مثل الماء بمرور الوقت مع نمو الأجسام بالتراكم. تحتفظ الأجسام الأكبر حجمًا بالمواد المتطايرة أكثر من الأجسام الأصغر.
وإليك السبب: 'من المحتمل أن يكون هناك حد أدنى لمتطلبات حجم الكواكب الصخرية (exo) للاحتفاظ بما يكفي من H2O لتمكين القابلية للسكن والصفائح التكتونية ، مع كتلة تتجاوز كتلة المريخ ، 'كتب المؤلفون في ورقتهم.
لولا نيازك مارتين ذات الأعمار المختلفة التي ضربت الأرض لم يكن هذا العمل ممكنًا. يعود تاريخها إلى ما يصل إلى أربعة مليارات سنة ، ومؤخرا عدة مئات الملايين من السنين.
قال وانغ: 'النيازك المريخية هي العينات الوحيدة المتاحة لنا لدراسة التركيب الكيميائي لكوكب المريخ'. 'هذه النيازك المريخية لها أعمار تتراوح من عدة مئات الملايين إلى 4 مليارات سنة وسجلت تاريخ تطور المريخ المتقلب. من خلال قياس نظائر العناصر المتطايرة بشكل معتدل ، مثل البوتاسيوم ، يمكننا استنتاج درجة النضوب المتطاير للكواكب السائبة وإجراء مقارنات بين أجسام مختلفة من النظام الشمسي '.
يوضح هذا الرقم من الدراسة كيف يمكن للأجسام إما أن تفقد أو تحتفظ بالمواد المتطايرة. يوضح الشكل (أ) أن الكوكب يمكن أن يعاني من نضوب متقلب مع نموه ، بسبب الآليات المختلفة بما في ذلك التأثيرات. يوضح الشكل (ب) كيف يجب أن يصل الكوكب إلى حجم حرج للاحتفاظ بالمواد المتطايرة ، بما في ذلك الماء. حقوق الصورة: Wang et al 2021.
إذن ، هل كان المريخ في يوم من الأيام مبتلاً حقًا؟ المحتمل. هل كانت رطبة لفترة طويلة بما يكفي لتجعلها الحياة تنطلق على المريخ؟ وفقا للباحثين ، من غير المحتمل.
شيء واحد تقوم به الدراسة هو إضافة المزيد من التفاصيل إلى فكرة المنطقة الصالحة للسكن ، وكيف نفكر في الكواكب الخارجية وقابلية السكن. في دراسات الكواكب الخارجية ، نستخدم مصطلح المنطقة الصالحة للسكن لوصف منطقة درجة الحرارة حول نجم معين حيث يمكن توقع وجود مياه سائلة على سطح الكوكب بشكل معقول ، بالنظر إلى الغلاف الجوي المناسب. تضيف هذه الدراسة حجم الكوكب إلى الفكرة بأكملها ، على الرغم من أنها ليست أول عمل يسلط الضوء على هذه الفكرة.
إذا كان الكوكب الموجود في المنطقة الصالحة للسكن للنجم صغيرًا جدًا ، فسيفقد ببساطة مياهه ، حتى لو بدأ سطحه أكثر رطوبة.
قال كلاوس ميزغر من مركز الفضاء والسكن في جامعة برن بسويسرا: 'تؤكد هذه الدراسة أن هناك نطاقًا محدودًا للغاية من حجم الكواكب بحيث يكون لديها ما يكفي فقط ولكن ليس الكثير من الماء لتطوير بيئة سطحية صالحة للسكن'. مؤلف مشارك في الدراسة. 'ستوجه هذه النتائج علماء الفلك في بحثهم عن الكواكب الخارجية الصالحة للسكن في أنظمة شمسية أخرى.'
بالنسبة لكبار المؤلفين وانغ ، فإن الآثار المترتبة على هذا البحث واضحة. يجب أن يحظى حجم الكوكب بمزيد من التركيز عندما يتعلق الأمر بالكواكب الخارجية وقابلية السكن.
قال وانغ: 'حجم كوكب خارج المجموعة الشمسية هو أحد العوامل التي يسهل تحديدها'. 'استنادًا إلى الحجم والكتلة ، نعرف الآن ما إذا كان كوكب خارجي مرشحًا للحياة لأن العامل المحدد من الدرجة الأولى للاحتفاظ المتطاير هو الحجم.'
أكثر:
- البحوث المنشورة: يكشف تكوين نظائر البوتاسيوم للمريخ عن آلية للاحتفاظ المتطاير على كوكب الأرض
- ويكيبيديا: الماء على المريخ
- الكون اليوم: ربما لم يفقد المريخ مياهه بعد كل شيء. لا يزال محاصرًا على الكوكب
