دانشمندان به کشف جدیدی در مورد علت از دست دادن آبهای سطح مریخ رسیدهاند. طوفان های موشکی احتمالا چگونگی تبدیل شدن مریخ از سیارهای غنی از آب به بیابان را مشخص میکنند.
براساس نتایج پژوهشی که در تاریخ 2 فوریه در مجله Communications: Earth & Environment منتشر شد، یک تیم بینالمللی از پژوهشگران نشان دادند که چگونه در سال ۲۰۲۳، وقوع یک طوفان غیرمعمول در تابستان نیمکره شمالی مریخ، باعث انتقال آب به لایههای بالایی جو این سیاره و فرار هیدروژن از آن شد. این کشف که برای نخستین بار انجام شده، پیامدهای مهمی برای درک روند تکامل آبوهوای مریخ دارد.
آدریان براینز، از محققان موسسه اخترفیزیک آندلس و یکی از نویسندگان این گزارش، در اینباره میگوید: «این یافتهها نشان میدهند که چنین طوفانهایی چه تاثیری بر تحول آبوهوای سیاره دارند و مسیر تازهای برای فهم چگونگی از دست رفتن بخش بزرگی از آب مریخ در طول زمان پیش روی ما میگذارند.
چرا مریخ دیگر مرطوب نیست؟
در حال حاضر جو مریخ بسیار رقیق بوده و دمای آن به قدری پایین است که امکان ماندن آب مایع روی سطح آن وجود ندارد. آبی که اکنون در مریخ وجود دارد، یا به صورت یخ در دهانههای آتشفشانی منجمد شده یا به شکل لایههای یخزده دائمی زیر سطح سیاره قرار دارد. بااینحال، دادههایی که از ماموریتهایی مانند فرودگرهای وایکینگ، مدارگرد شناسایی مریخ، پرسویرنس و سایر کاوشها به دست آمده نشاندهنده این موضوع هستند که مریخ در گذشته مقدار قابل توجهی آب مایع داشته است اما مشخص نیست که این حجم آب، حالا کجا رفته است؟ سوالی که احتمالا طوفان های موشکی پاسخ آن هستند.
مریخ هم مانند زمین به دلیل انحراف محوری، چهار فصل دارد؛ اما به دلیل مدار بیضوی، شرایط فصول در دو نیمکره متفاوت است. در تابستان جنوبی، سیاره به خورشید نزدیکتر شده و دما افزایش پیدا میکند، در حالیکه تابستان نیمکره شمالی با دور شدن از خورشید، هوای بسیار سردتری دارد. این تفاوت دما بر میزان گردوغبار هم اثر میگذارد؛ تابستان جنوبی در اثر هوای گرمتر با بادهای شدید و طوفانهای غباری همراه است، در حالیکه تابستان شمالی معمولا آرام و بدون غبار سپری میشود.
خروج هیدروژن از جو
دانشمندان سیارهشناس سالها پیش به این کشف رسیدهاند که طوفانهای سراسری گرد و غبار در تابستان جنوبی میتوانند آب را از جو مریخ خارج کنند. دمای بالاتر این فصل مانع تراکم بخار آب در لایههای پایینی جو میشود و همین موضوع به گرد و غبار اجازه میدهد که بخار آب را تا ارتفاعی بیش از ۱۰۰ کیلومتر بالا ببرد. در این ارتفاع، بخار آب طی فرآیندی به نام فوتولیز به هیدروژن و اکسیژن تجزیه میشود. سپس اتمهای هیدروژن از اگزوباز جو (نقطهای که در آن ذرات بهراحتی از جو سیاره عبور میکنند و در فاصله حدود ۱۴۰ تا ۲۰۰ کیلومتری از سطح مریخ قرار دارد) فرار میکنند.
میزان خروج اتمهای هیدروژن از جو با مفهومی به نام شار فرار سنجیده میشود که تعداد اتمهای خارجشده در هر ثانیه از هر سانتیمتر مربع جو را نشان میدهد. پدیده خروج اتمها معمولا با طوفان های موشکی مرتبط است. در تابستان غبارآلود جنوبی، این مقدار بهطور میانگین حدود ۱۰⁹ سانتیمتر مربع بر ثانیه است. در مقابل، تابستان شمالی معمولا بسیار آرامتر بوده و شار پایه آن تنها حدود ۱۰⁷ سانتیمتر مربع بر ثانیه اندازهگیری میشود. اما در شرایط عادی قدرت تابستان جنوبی در حذف هیدروژن چیزی حدود صدبرابر بیشتر از همتای شمالی است.
معمای آبهای گمشده
اگرچه طوفانهای تابستان جنوبی عامل مهمی در از دست رفتن آب سطح مریخ هستند، اما مدلهای اقلیمی نشان میدهند که این طوفانها به تنهایی نمیتوانند حجم عظیم آب مریخ را از بین برده باشند. طبق محاسبات، لایهای از آب به عمق ۱۳۷ متر در طول تاریخ مریخ در فضا از بین رفته است. برای فرار این مقدار آب، سرعت فرار باید بسیار بیشتر از پیشبینی شبیهسازیهای فعلی باشد؛ بنابراین وجود مکانیسمهای ناشناخته دیگر در نابودی آبهای سطح مریخ، حتمی است.
طوفان های موشکی؛ پاسخ احتمالی نابودی آب در مریخ
تحقیقات جدید انجام شده در مورد مریخ، به همین مکانیسمهای ناشناخته میپردازند. برای مثال محققان در جریان تابستان شمالی سال ۳۷ مریخی (۲۰۲۳ زمین)، متوجه افزایش غیرعادی بخار آب در لایههای میانی جو شدند، درحالیکه این منطقه در این فصل معمولا خشک بوده است. این کشف با کمک ابزار NOMAD یا Nadir and Occultation for Mars Discovery که از سال 2018 مسئول ثبت توزیع عمودی بخار آب در مدارگرد Mars Trace Gas بوده است، انجام شد.
مقایسه دادههای سال مریخی ۳۷ با سالهای ۳۵ و ۳۶ نشان داد که در این دوره افزایش قابل توجه و غیرفصلی بخار آب در جو میانی رخ داده که احتمالا بیارتباط با طوفان های موشکی نبوده است. در این سال NOMAD مقدار ۷۰ قسمت در میلیون بخار آب را در ارتفاع ۶۰ کیلومتری مریخ ثبت کرد؛ بخاری که حدود شش روز مریخی (سول) در این ارتفاع باقی ماند. درحالیکه در بازه زمانی مشابه در سال مریخی ۳۵، مقدار بخار آب در این ارتفاع کمتر از ۴ قسمت در میلیون بود.
همزمان، طیفسنج فرابنفش مریخ متعلق به کاوشگر امید امارات نیز افزایش مقدار هیدروژن را در لایههای بیرونی جو شناسایی کرد. این موضوع نشان میداد که بخار آب نهتنها به ارتفاعات غیرمعمول رسیده، بلکه در حال فرار از جو بوده است. در آن زمان، شار فرار هیدروژن به حدود ۵×۱۰⁸ سانتیمتر مربع بر ثانیه رسید که تقریبا ۵۰ برابر مقدار پایه تابستانهای شمالی است. بهعبارت دیگر، عاملی غیرعادی مقدار زیادی بخار آب را به هوا فرستاده و از جو خارج کرده بود. اما این عامل چه بود؟
علت ایجاد طوفان موشکی
پژوهشگران بر این باورند که انتقال عمودی شدید آب و فرار هیدروژن، نتیجه یک طوفان گرد و غبار منطقهای در تابستان شمالی سال مریخی ۳۷ بوده است. این نوع رویداد که طوفان گرد و غبار موشکی نام دارد، پدیدهای نادر، انفجاری و محلی است که با فرایندی به نام همرفت عمیق هدایت میشود.
همرفت روی زمین زمانی رخ میدهد که هوای مرطوب بالا میرود و گرما آزاد میکند. اما در مریخ، این طوفانها بهوسیله ذرات گرد و غبار تقویت میشوند و با جذب نور خورشید، هوای اطراف خود را گرم میکنند. گرمشدن سریع هوای اطراف باعث صعود هوا و انتقال گرد و غبار و بخار آب به ارتفاعات چند کیلومتری میشود.
در طوفان سال مریخی ۳۷، این هوای گرم بخار آب را به جو میانی رساند و شرایط خروج بخار را فراهم کرد. در حالیکه طوفانهای سراسری گرد و غبار هر سال در تابستان جنوبی رخ میدهند، طوفان های موشکی بسیار کمیاب هستند و تنها نمونه ثبتشده دیگر آنها مربوط به سال مریخی ۲۷ (۲۰۰۴ تا ۲۰۰۵ زمینی) است.
نتیجه طوفان های موشکی و خروج آب در آبوهوای مریخ
هرچند طوفانهای کمیاب موشکی در مقایسه با طوفانهای تابستانی، کوچک بهنظر میرسند اما پیامدهای قابل توجهی بر آبوهوای مریخ دارند. در طول طوفان اخیر، میزان فرار هیدروژن نصف آن چیزی بود که معمولا در فصل غبارآلود تابستان جنوبی مشاهده میشود، اما برای تابستان شمالی که معمولا آرام است، این میزان جهشی قابلتوجه بود. این مقدار خروج هیدروژن ثابت میکند که از دست دادن آب، تنها پدیدهای فصلی نیست و عوامل دیگری هم در آن دخالت دارند. برای مثال، رویدادهای محلی میتوانند مسیرهای فرار را در هر زمان از سال ایجاد کنند، مشروط بر اینکه فعالیت گرد و غبار به اندازه کافی شدید باشد.
این یافته، پاسخی برای تفاوت میان آمار و ارقام نرخ فرار هیدروژن و میزان آبی که در طول تاریخ از دست رفته است، محسوب میشود. به گفته پژوهشگران طوفانهایی که امروزه به ندرت رخ میدهند، در گذشته بسیار رایج بودهاند. بهخصوص در دورههایی که شیب محوری مریخ بیشتر بوده، بادهای سطحی قویتر بهراحتی میتوانستند این طوفانها را به عاملی کلیدی در تبدیل مریخ از سیارهای غنی از آب به بیابان غبارآلود امروزی بدل کنند.
بااینحال، این تحقیقات بخشی از مسیر شناخت مریخ هستند و کاوش در مورد سیاره سرخ، هنوز ادامه دارد. اگر در آغاز مسیر شناخت این سیاره هستید، توصیه میکنیم مطلب «مریخ | از تکامل سیاره سرخ تا رازهای حیات و تاریخ کاوشها» را مطالعه کنید.
