راز میدان مغناطیسی مریخ: چرا فقط نیم‌کره جنوبی آن مغناطیسی است؟

1

دانشمندان سال‌هاست که در تلاش‌اند دریابند چرا مریخ که زمانی مانند زمین توسط میدان مغناطیسی جهانی محافظت می‌شد، اکنون تنها اثری مغناطیسی عمدتاً در نیم‌کره جنوبی خود نشان می‌دهد.

مطالعه‌ای جدید از مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تگزاس (UTIG) توضیحی قانع‌کننده ارائه می‌دهد: ممکن است میدان مغناطیسی باستانی مریخ از همان ابتدا یک‌سویه بوده باشد.

میدان مغناطیسی یک‌سویه در مریخ: یک فرضیه تازه

چگونه میدان مغناطیسی نابرابر شکل گرفته است؟

پژوهشگران مدلی ارائه کرده‌اند که نشان می‌دهد در صورتی که هسته مریخ در دوران فعالیت مغناطیسی‌اش کاملاً مایع بوده باشد، میدان مغناطیسی یک‌سویه (نیم‌کره‌ای) می‌توانسته شکل بگیرد.

معمایی پنهان در سنگ‌های مریخ

ردپای مغناطیسی گذشته

در حال حاضر، مریخ میدان مغناطیسی جهانی ندارد. اما دانشمندان بر این باورند که میلیاردها سال پیش، این سیاره دارای میدان مغناطیسی فعالی بوده است. این میدان احتمالاً توسط دیناموی سیاره‌ای ایجاد می‌شده – فرایندی خودپایدار که توسط حرکت فلزات مذاب درون هسته مریخ تغذیه می‌شود.

برخلاف زمین که میدان مغناطیسی‌اش کل سیاره را پوشش می‌دهد، مریخ یک اثر مغناطیسی نامتقارن از خود به‌جا گذاشته است. بیشتر مغناطیس پوسته مریخ – که در واقع مانند فسیل مغناطیسی عمل می‌کند – در نیم‌کره جنوبی حفظ شده است.

یک راز قدیمی

این عدم تعادل برای دهه‌ها ذهن دانشمندان را مشغول کرده بود. چی یان، پژوهشگر مؤسسه UTIG و نویسنده اصلی این مطالعه، بر این باور است که پاسخ این معما ممکن است در اعماق هسته مریخ پنهان باشد:

«منطق ما این است که در نبود یک هسته داخلی جامد، تولید میدان مغناطیسی یک‌سویه بسیار آسان‌تر است. این موضوع می‌تواند بر درک ما از دیناموی باستانی مریخ و مدت زمانی که این سیاره توانسته جو خود را حفظ کند، تأثیر بگذارد.»

هسته مایع، معادله را تغییر می‌دهد

نگاه تازه به ساختار درونی مریخ

اغلب مدل‌های قبلی درباره میدان مغناطیسی باستانی مریخ بر اساس ساختار داخلی زمین ساخته شده‌اند: هسته داخلی جامد، احاطه‌شده با فلزات مذاب. اما در سال‌های اخیر، این تصویر از مریخ تغییر کرده است.

ماموریت InSight ناسا که لرزه‌نگاری مریخ را بررسی کرد، نشان داد که هسته مریخ حاوی عناصر سبک‌تری همچون گوگرد و اکسیژن است – بیشتر از آنچه تصور می‌شد. این عناصر سبک نقطه ذوب هسته را کاهش می‌دهند و احتمال مایع بودن کامل هسته را افزایش می‌دهند.

«اگر هسته مریخ اکنون مایع باشد، تقریباً قطعی است که ۴ میلیارد سال پیش – زمانی که میدان مغناطیسی مریخ فعال بود – نیز مایع بوده است.»
– سابین استنلی، استاد دانشگاه جانز هاپکینز و نویسنده همکار مطالعه

شبیه‌سازی دمایی: کلید حل معما

تفاوت دمایی شمال و جنوب

با در نظر گرفتن امکان مایع بودن کامل هسته، تیم پژوهشی مجموعه‌ای جدید از شبیه‌سازی‌ها را انجام داد. در این مدل، مریخ جوان با هسته‌ای کاملاً مایع شبیه‌سازی شد.

سپس، اختلاف دمایی اندکی بین نیم‌کره شمالی و جنوبی ایجاد شد: لایه گوشته در نیم‌کره شمالی کمی گرم‌تر از نیم‌کره جنوبی در نظر گرفته شد.

تمرکز گرما، میدان مغناطیسی را شکل داد

نتایج بسیار جالب بودند. در شبیه‌سازی، گرمای هسته مذاب عمدتاً از طریق نیم‌کره جنوبی (که خنک‌تر بود) خارج شد. این خروج متمرکز گرما، انرژی لازم برای راه‌اندازی دینامو مغناطیسی را فراهم کرد – اما فقط در نیم‌کره جنوبی.

این میدان مغناطیسی محدود به نیم‌کره جنوبی، با آنچه امروز در سنگ‌های مریخ مشاهده می‌شود، کاملاً همخوانی دارد.

یافته‌ای مهم درباره گذشته مریخ

تأیید فرضیه با داده‌های InSight

«نمی‌دانستیم آیا مدل ما می‌تواند میدان مغناطیسی مریخ را توضیح دهد یا نه، اما دیدن اینکه می‌توانیم یک میدان مغناطیسی یک‌سویه تولید کنیم که با ساختار داخلی فعلی مریخ – براساس داده‌های InSight – همخوان است، هیجان‌انگیز بود.»
– استنلی

این یافته‌ها نشان می‌دهد که مریخ احتمالاً هیچ‌گاه میدان مغناطیسی سراسری نداشته که بعدها از نیم‌کره شمالی آن پاک شده باشد – نظری که برخی پژوهشگران پیش‌تر مطرح کرده بودند. در عوض، ممکن است میدان مغناطیسی مریخ از ابتدا نامتقارن بوده باشد.

بازنگری در راز مغناطیسی مریخ

تفاوت‌های نیم‌کره شمالی و جنوبی

تفاوت‌های میان نیم‌کره‌های مریخ همواره مورد توجه دانشمندان بوده است. نیم‌کره شمالی دارای سطحی صاف‌تر و کم‌ارتفاع‌تر است، در حالی که نیم‌کره جنوبی ناهموارتر، مرتفع‌تر، و دارای مغناطیس قوی‌تری است.

برخی نظریه‌های پیشین گمان می‌کردند که برخورد سیارک‌های عظیم ممکن است اثرات مغناطیسی نیم‌کره شمالی را از بین برده باشند. اما مطالعه جدید ایده متفاوتی را مطرح می‌کند: چه می‌شود اگر سنگ‌های نیم‌کره شمالی از ابتدا مغناطیسی نشده باشند؟

«مریخ به‌طور طبیعی جذاب است، چون از برخی جهات شبیه زمین است و نزدیک‌ترین سیاره‌ای است که می‌توان تصور کرد روزی سکونتگاه انسانی شود. اما این تقارن شدید بین نیم‌کره‌ها – در توپوگرافی، زمین‌شناسی و میدان مغناطیسی – بسیار چشمگیر است. هر چیزی که بتواند نشانه‌ای برای این عدم تقارن ارائه دهد، ارزشمند است.»
– داگ همینگوی، پژوهشگر سیاره‌ای در UTIG

گذشته مریخ و قابلیت زیست سیاره‌ای

تأثیر میدان مغناطیسی بر حیات

درک اینکه چرا مریخ میدان مغناطیسی‌اش را از دست داد، فقط مربوط به تاریخچه سیاره نیست – بلکه پیامدهایی برای آب‌وهوا و امکان حیات نیز دارد. میدان مغناطیسی سراسری می‌تواند از جو سیاره در برابر باد خورشیدی محافظت کند – جریان ذرات بارداری که همواره از خورشید می‌وزند.

با از دست دادن این محافظ مغناطیسی، جو مریخ نازک‌تر شد، آب تبخیر شد، و شرایط سطحی آن برای شکل‌گیری حیات بسیار سخت شد. پژوهش جدید نشان می‌دهد که دیناموی مغناطیسی مریخ ممکن است از ابتدا ناقص بوده باشد – و این یعنی از دست دادن جو ممکن است زودتر از آنچه تصور می‌کردیم آغاز شده باشد.

این مطالعه همچنین می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا سایر اجرام منظومه شمسی با ویژگی‌های مغناطیسی نامعمول – مانند سیاره عطارد یا برخی از قمرهای سیارات – را بهتر درک کنند.

نتیجه‌گیری: قدمی مهم در رمزگشایی از مریخ

همزمان با تحلیل داده‌های لرزه‌نگاری InSight و اصلاح مدل‌های ساختار درونی مریخ، احتمالاً در آینده یافته‌های بیشتری در راه خواهد بود.

فعلاً، این مطالعه گامی مهم در جهت توضیح یکی از پایدارترین رازهای سیاره سرخ است – و نشان می‌دهد که زندگی درونی مریخ ممکن است به‌اندازه چشم‌انداز عجیب و غریب آن، غیرعادی بوده باشد.

📚 این مقاله در نشریه Geophysical Research Letters منتشر شده است.