مریخ بیشتر آب خود را از دست داده است، اما به کجا رفته است؟

1

زمانی پوشیده از دریاها و جاری از رودخانه‌ها، مریخ به هیچ وجه بیابان بایری که امروز می‌بینیم نبود. اما همانطور که آب در یک روز گرم از لیوان شما تبخیر می‌شود، به نظر می‌رسد که منابع مایع مریخ هم طی ۳ میلیارد سال گذشته ناپدید شده است.

آب کجا رفته است؟ ما می‌دانیم که بخشی از آن به اعماق زیرزمین نفوذ کرده و در پوسته مریخ جذب شده است. اما بقیه آن چه شده است؟ خوب، این همان موضوع مطالعه‌ای است که اخیراً انجام شده است.

فرار آب مریخ

دانشمندان دو خروجی ممکن برای آب مریخ شناسایی کرده‌اند. یکی این است که آب به زیر زمین نفوذ کرده و به مرور زمان منجمد شده باشد. دو، اینکه آب به اتم‌ها تجزیه شده و به فضای بی‌کران – یعنی فضا – پرتاب شده باشد. هرچند سناریوی اول جالب به نظر می‌رسد، بیایید روی دومی تمرکز کنیم.

جان کلارک و تیمش در مرکز فیزیک فضایی دانشگاه بوستون توضیح می‌دهند که برای درک سرنوشت آب روی مریخ، باید اتم‌های فراری را ردیابی کرد.

با اندازه‌گیری نرخ فرار کنونی و تعداد اتم‌های هیدروژن که به فضا فرار می‌کنند، آن‌ها می‌توانند تاریخچه آب روی این سیاره را پیگیری کنند.

هیدروژن در جو مریخ

مولکول‌های آب در جو مریخ اساساً توسط نور خورشید به دو نوع اتم تجزیه می‌شوند: هیدروژن و دوتریوم، یا “هیدروژن سنگین.”

دوتریوم یک اتم هیدروژن با یک نوترون اضافی است که باعث می‌شود جرم آن دو برابر شود و آن را کندتر کرده و از فرار به فضا جلوگیری کند.

با گذشت زمان، هرچه هیدروژن ساده بیشتر فرار کند و دوتریوم عقب بماند، نسبت دوتریوم به هیدروژن در جو مریخ افزایش می‌یابد. و این نسبت افزایشی مانند نقشه گنجی برای دانشمندان است که آن‌ها را به دورانی که مریخ پر از آب بوده بازمی‌گرداند.

هابل و MAVEN

هرچند داده‌های فضاپیمای MAVEN (تکامل جو و ناپایداری‌های مریخ) در این مطالعه نقش حیاتی داشت، اما محدودیت‌هایی هم داشت. به نظر می‌رسد حتی تلسکوپ‌های فضایی هم نقاط کور دارند.

MAVEN در تشخیص تابش‌های دوتریوم در طول زمستان طولانی مریخ، زمانی که مریخ از خورشید دور می‌شود، با مشکل مواجه است.

بنابراین، تلسکوپ فضایی هابل وارد عمل شد تا این خلا را پر کند و تصویری کامل از یک چرخه سه ساله مریخی (687 روز زمینی برای یک سال مریخی) ارائه دهد. با داده‌های اضافی از سال 1991، هابل به طور قابل‌توجهی به این مطالعه کمک کرد، حتی قبل از اینکه MAVEN در سال 2014 به مریخ برسد.

اتمسفری پرتلاطم

در دنیای پرشتاب ما، مریخ نیز تغییرات خود را تجربه می‌کند. اتمسفر مریخ همان موجودیت ساکنی که دانشمندان تصور می‌کردند نیست. این فقط یک انتشار آرام و آرام اتم‌ها به سمت بالا تا رسیدن به ارتفاع فرار نیست – بلکه فرآیندی بسیار پویاتر است.

نزدیکی مریخ به خورشید باعث می‌شود مولکول‌های آب با سرعتی بیشتر در جو حرکت کرده و اتم‌ها را در ارتفاعات بالاتر آزاد کنند.

دانشمندان متوجه شده‌اند که این تغییرات آنقدر سریع است که حتی به انرژی اضافی برای توضیح آن‌ها نیاز دارد. این تصویر بسیار پویاتری از جو مریخ را ترسیم می‌کند.

نقش باد خورشیدی در از دست رفتن آب مریخ

نمی‌توان در مورد از دست رفتن آب مریخ صحبت کرد بدون در نظر گرفتن تأثیر باد خورشیدی. این جریان مداوم ذرات باردار که توسط خورشید منتشر می‌شود، نقش مهمی در تکامل جو مریخ ایفا می‌کند.

بر خلاف زمین که توسط میدان مغناطیسی خود محافظت می‌شود، مریخ فاقد سپر مغناطیسی جهانی است، که این امر اجازه می‌دهد باد خورشیدی به طور مستقیم با جو آن تعامل داشته باشد. این تعاملات می‌توانند گازهای سبک، از جمله هیدروژن، را از جو جدا کنند.

مطالعات اخیر نشان داده‌اند که باد خورشیدی به عنوان یک سارق دائمی عمل کرده و با فراهم کردن انرژی لازم برای آزادسازی اتم‌های سبک‌تر از پیوندهای اتمسفری، از دست رفتن مولکول‌های آب را در طول اعصار تشدید کرده است، و ذخایر مایع پررونق سیاره را کاهش داده است.

بینش‌هایی از تجزیه و تحلیل ایزوتوپی

همان‌طور که دانشمندان عمیق‌تر به پازل از دست رفتن آب مریخ می‌پردازند، تجزیه و تحلیل ایزوتوپی به عنوان یک ابزار قدرتمند در دسترس آن‌ها ظاهر می‌شود.

با بررسی نسبت‌های ایزوتوپ‌های هیدروژن – هیدروژن معمولی در برابر دوتریوم – محققان می‌توانند بینشی از تاریخچه و حجم آب مایع که زمانی در سیاره جریان داشته است، به دست آورند. امضاهای ایزوتوپی به عنوان نشانگرهای ارزشمندی عمل می‌کنند که سرنخ‌هایی از شرایط محیطی زمانی که آب فراوان بود، ارائه می‌دهند.

این رویکرد تحلیلی نه تنها به ترسیم تصویر دقیق‌تری از تاریخچه هیدرولوژیکی مریخ کمک می‌کند، بلکه راه‌هایی برای مقایسه با زمین نیز باز می‌کند، و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا درک خود را از فرآیندهای سیاره‌ای که آب را حفظ یا از دست می‌دهند، افزایش دهند.

همان‌طور که به کاوش در این روش‌ها ادامه می‌دهیم، به کشف اسرار همسایه مرموزمان نزدیک‌تر می‌شویم.

کنار هم گذاشتن یک پازل بین‌کهکشانی

حل معمای تاریخی آب روی مریخ فراتر از منظومه شمسی ما می‌رود. این موضوع اطلاعات ارزشمندی برای درک تکامل سیارات هم‌اندازه زمین در جاهای دیگر جهان ارائه می‌دهد.

با شناسایی سیارات دورتر توسط اخترشناسان، مریخ، ونوس و زمین به عنوان مدل‌هایی برای درک شرایط آن‌ها عمل می‌کنند.

این پژوهش در نسخه اخیر نشریه Science Advances که توسط انجمن پیشبرد علوم آمریکا منتشر شده است، ظاهر شده است.