علمی تاریخچهی آب در سياره مریخ :بخش دوم و پاياني

[MILAD_A]

[h=1][/h]ارسال شده توسط: عرفان انبار ۲۹ شهریور ۹۲ ساعت ۱۶:۳۱ ۰

​

آب روی مریخ؟ دوباره؟ آیا پیش از این بر این سیاره آب کشف نکرده بودیم؟ طی دو دههی پیش ناسا آنقدر «روی مریخ آب کشف کرد» که بعضی سردبیران در برخی از نشریات جهان نویسندگانشان را از پوشش خبری این موضوع منع کردند! امروز حتی تماشای آب روی مریخ برای هرکسی آسان است: حتی با تلسکوپی کوچک هم میتوانید آب را بر سطح سیارهی سرخ ببینید. کلاهکهای سفید قطبی این سیاره عمدتاً از یخ آب تشکیل شدهاند، و همچنین ابرهای رقیق سفید-آبی.

بخش نخست این مقاله را طی هفتهای که گذشت تقدیمتان کردیم٬ در ادامه بخش پایانی این مقاله را میخوانید.با گجت نيوز همراه باشيد.
بهشت گمشده

کانالهای بیرونریز: بعد از اینکه درههای رودخانهای خشک شدند، مریخ سیلابهای فاجعهباری را تجربه کرد که کانالهای بیرونریز ژرف و پهنی، مانند درهی کاسی، را حفر کردند. این کانال را در این عکسِ تفکیکبالا از دوربین استریو سوار بر مدارگرد مارساکسپرس اسا میبینید.

حتی اگر مریخ زمانی بهشت بوده، این محیط «مطلوب» از همان زمانها گم شده است. فعالیتهای مرتبط با شبکهی درهها بهمرور زمان کاهش یافتهاند. اگر مریخ زمانی دارای میدان مغناطیسی بوده، بهمحضیکه هستهاش سرد و منجمد شده و بادهای خورشیدیْ این سیاره را از جوّ ابتدایی غلیظش برهنه کرده، آن میدان هم ناپدید شده است. شیوهی فرسایش آب از ساختن شبکهی درهها به ساختن نوع کاملاً متفاوتی از ساختارها، یعنی کانالهای بیرونریز، تغییر کرده است. کانالهای بیرونریز، با ۱۵۰ کیلومتر پهنا و ۲۰۰۰ کیلومتر درازا، عظیماند و احتمالاً میبایست بهسبب جریانیافتن ناگهانی و فاجعهبار مقادیر عظیمی آب حفر شده باشند. این کانالها اغلب طی میانسالی مریخ شکل گرفتهاند اما تعدادی از آنها نیز در زمانهایی جدیدتر، در مقیاس زمینشناختی، درست شدهاند.برخلاف شبکهی درهها، احتمالاً کانالهای بیرونریز برای شکلگیری به آبوهوای سرد و منجمدکننده نیاز داشتهاند. ممکن است یخسپهری (cryosphere) ضخیم، دورتادور سطح سیاره، مقادیر عظیمی از آب مایع را به دام انداخته و تحت فشار قرار داشته باشد. شاید بروز یک برخورد یا فوران زیرزمینیِ ماگمای آتشفشانی بهناگاه موجب شکستن یا ذوبشدن مسیری رو به سطح شده و دریاچهای زیرزمینی از آب پُرفشار به سوی بیرون فوران کرده باشد. این حالت بهویژه در ارتفاعات نیمکرهی جنوبی مریخ مصداق دارد؛ برخوردهای گودالساز موجب درهمشکستن سطح سنگِ بستر شدند و آن را پُر از خللوفرج باقی گذاشتند، که به این ترتیب قادر است هم مقدار فراوانی آب را در خود ذخیره کند و هم طی سیلابهای فاجعهبار کلّ آن آب را یکباره رها کند. چنین سیلابهایی چهبسا بهطور موقت حوضچههای شمالی مریخ را پُر کرده باشند ولی این آب عمر کوتاهی داشته است. طی چند سال، احتمالاً به زیر خاک نفوذ کرده، یخ زده، یا تبخیر شده و وارد جوّ شده؛ جایی که دوباره بهشکل برف، باران، یا یخ باریده و باز در یخسپهر به دام افتاده است.

دشتهای شمالی: دانشمندان با استفاده از دادههای ارتفاعسنج لیزری فضاپیمای نقشهبردار سراسر مریخ (MGS) این نقشهی توپوگرافی نیمکرهی شمالی مریخ را ساختهاند. نقشه بهوضوح دشتهای بسیار هموار و پستی را نشان میدهد که بیشتر سطح نیمکرهی شمالی این سیاره را پوشاندهاند. بسیاری از آبراهههای خشکشدهی نزدیک استوای سیاره مستقیم به این حوضچه میریزند. همین باعث شده دانشمندان به این نتیجه برسند که این ناحیهی آبی هموار زمانی اقیانوس بوده است.

و حالا مریخنوردهای ناسا شواهدی یافتهاند که نشان میدهند مریخ حتی پس از اینکه آبوهوای گرمتر و مرطوبترش پایان یافته همچنان به ساختن سنگهای رسوبی ادامه داده است. همهی سنگهای رسوبی که مریخنورد روح آنها را بررسی کرده و اغلب آنهایی که مریخنورد فرصت بررسیشان کرده پس از دوران باستانی و مرطوب مریخ شکل گرفتهاند. سنگهای رسوبی معمولاً برای شکلگیری به مقداری آب نیاز دارند. بسیاری از سنگهای رسوبی مریخ دارای مواد معدنیای هستند که ساختارهای بلوریشان شامل ملکولهای آب یا یونهای هیدروکسیل (OH-) است. چهچیز ممکن است این رسوبات را تهنشین کرده و سپس آنها را سر جایشان چسبانده باشد؟ شاید پاسخ این سؤال ربطی به تغییرات اقلیمی مریخ داشته باشد.میلانکوویچ به مریخ میرود تغییرات آبوهوای زمین از گرمتر به سردتر نوسانهایی چنددههزارساله دارد که به یاد دانشمند صِرب، میلوتین میلانکوویچ که در دههی ۱۹۲۰ آن را بررسی کرد، به چرخههای میلانکوویچ معروف شدهاند. تمایل محوری زمین به همراه خروج از مرکز و حرکت تقدیمی مدارشْ طی دورهای کوتاه تغییر میکنند که بر میزان انرژی رسیده از خورشید به زمین در زمانهای گوناگون فصلهای زمین در عرضهای جغرافیایی مختلفش تأثیر میگذارد. چرخههای میلانکوویچ بهوضوح بر آبوهوای زمین تأثیر دارند؛ تغییرات ایزوتوپهای اکسیژن و کربن، فعالیت گیاهان، و پیشروی و پسروی یخچالها همه بهخوبی با میزان پیشبینیشده برای قرارگیری در معرض انرژی خورشیدی در نظریهی میلانکوویچ همخوانی دارند.
چرخههای میلانکوویچ روی مریخ حتی شدیدتر هم هستند. مدار مریخ طوری تغییر مییابد که فاصلهی مریخ تا خورشید در اوج مداری ۵۰ درصد نسبت به حضیض مداریاش افزایش مییابد. و بدون حضور قمر بزرگی که جهتگیری محور چرخش مریخ را پایدار نگاه دارد، گاهی پیش آمده که این محور تقریباً افقی شده است. درواقع، انحراف متوسط فعلی محور مریخ، که فقط ۲۵ درجه است، معمول و طبیعی نیست. مریخ بیشتر عمرش را با انحراف محور ۴۰ تا ۵۰ درجه سپری کرده است. طی این دورهها، هر بخش از سطح سیاره نیمی از سال در آفتاب مداوم «میپخته» و نیم دیگر سال در تاریکی مطلق به سر میبرده است. در چنان شرایطی ممکن نبوده کلاهکهای قطبی وجود داشته باشند؛ در عوض، هر سال یخ آب در نواری دورتادور استوای سیاره شکل میگرفته است. تغییرات اقلیمی موجب جابهجایی ذخایر آب یخزدهی مریخ از قطبها به سوی استوا و برعکس میشده است. گاهگاهی، چهبسا شرایط امکان میداده که یخ زیرزمینیْ سریعتر از معمول جاری شود و برخی از ساختارهای دوران پیشایخبندان را در عرضهای جغرافیایی بالاتر مریخ شکل بدهد.هرازگاهی، بسیار بهندرت، در شرایطی خاص و نهچندان ملایمتر از امروز، تودههای برف نزدیک استوا آب میشدند و جریانهای بیدوامی را شکل میدادند. این اتفاق احتمالاً فقط در بازههای بسیار کوتاهی در هر چرخهی میلانکوویچ – که محور مریخ بسیار منحرف میشده، مدارش بیشترین خروج از مرکز را داشته، و وقتی که اتفاقاً زمان اعتدالین با اوج و حضیض مدار مریخ همخط میشده – رخ میداده است. آنگاه، و فقط آنگاه، بوده که فقط به مدت چند هفته هر روز مقدار مختصری آب جاری میشده و به درون خاک نفوذ میکرده، و به احتمال قوی در عرض یک روز هم دوباره منجمد یا تبخیر میشده است.
غبار ریز مریخ، که با باد به اینسو و آنسو میوزد، غنی از مواد معدنی محلول مانند سولفاتها و نمکهاست. همان مقدار اندک رطوبت هم میتوانسته این مواد معدنی را حل کند و آنگاه دانههای ماسه را با این «سیمان» معدنی به یکدیگر بچسباند. تودههای ماسهی بادآورده و غبار بهمرور زمان منجمد شدند و به همان حالتی، که به خود گرفته بودند، باقی ماندند. این حالت را زمانی به خود گرفته بودند که چرخشهای دیوانهوار مدار مریخ بهمدت کوتاهی همگام شده و اقلیمی زودگذر ساخته بودند که برفها میتوانستند در آن آب شوند. بسیاری از ماسهسنگهای سولفاتی درخشانی که مریخنورد فرصت آنها را بررسی کرده دارای هاشورهای بزرگی هستند که مشخصهی همین ماسههای بادآورده است.
فرسایش جوّ مریخ جوّ امروزی سیارهی مریخ – بهجای اینکه شامل شکل معمولتر عنصر هیدروژن، که فقط یک پروتون دارد، باشد – غنی از دوتریم، یعنی ایزوتوپی از هیدروژن دارای یک پروتون و یک نوترون، است. تازهترین سنجشهای ایزوتوپی، که مریخنورد کنجکاوی آن را انجام داده، درجهی غنای دوتریم را پنج نشان میدهد. هیدروژن سبک آسانتر از هیدروژن سنگین از جو فرار میکند، بنابراین غنای دوتریم به ما نشان میدهد که مریخ بیشتر جوّش را بهمرور زمان از دست داده است. مأموریت آیندهی ناسا به مریخ، که مأموریت تحول جّو و گازهای مریخ (یا MAVEN) نام دارد و قرار است در نیمهی پاییز ۱۳۹۲ پرتاب شود، کمک خواهد کرد مشخص کنیم که دقیقاً چقدر آب از جوّ مریخ به سوی فضا از دست رفته است.
کنجکاوی آب را دنبال میکند

بستر باستانی: دوربین مستکم (Mastcam) سوار بر مریخنورد کنجکاوی ناسا این تصویر را در شهریور گذشته از بستر جریانی باستانی بر مریخ گرفته است. این برونزد صخرههای رسوبی شامل قلوهسنگها و سنگریزههای گرد را نشان میدهد که احتمالاً با جریان آبی شدید به اینجا منتقل شدهاند. (برونزد یا رخنمون ترجمهی واژهی انگلیسی outcrop و به معنای بخشی از سنگ بستر است که بر سطح زمین آشکار شده، هرچند که در اغلب اوقات روی آن را خاک حاصل از فرسایش یا پوشش گیاهی میپوشاند. برونزد اطلاعاتی از وضعیت لایههای زیر سطح در اختیار زمینشناسان قرار میدهد.)

در شرایط اقلیمی نادر، که به برف اجازهی ذوبشدن میدهد، گودال برخوردی گِیل یکی از مکانهایی است که احتمالاً میتوان در آنجا آب پیدا کرد. اما وجود آبِ حاصل از ذوبشدن در محیطی فراخشکْ اتفاقی بسیار نادر است که چهبسا فقط یکبار در هر چندین هزاره رخ بدهد. چنین محیطی شواهد وجود حیات باستانی را هم – اگر اصلاً چنین حیاتی وجود داشته بوده – در خود حفظ نمیکند.هرچند، مریخنورد فرصت شواهدی از محیطی مرطوبتر یافته است. وقتی این مریخنورد حرکتش را در بستر گودال گِیل آغاز کرد، متوجه تختهسنگهایی شد که در خود قلوهسنگهای گرد داشتند. این قلوهسنگها بزرگتر از آن بودند که باد آنها را گِرد و جابهجا کرده باشد، بلکه میبایست درون جریانهایی سریع غَلت خورده باشند. نخستین گِلسنگهای (نوعی سنگ رسوبی ریزدانه که سازندهی اصلی آن گل باشد) بررسیشده در آن مکان احتمالاً حاصل رسوب آب راکد یا بسیار کُندحرکت بودند. بسیاری از این سنگها از زمانی که صُلب شدهاند دستکم یکبار دیگر رطوبت دیدهاند. آب زیرزمینیِ اشباع از مواد معدنی از این میان گذشته و ردّپای خود را بهصورت رگههای پُرشده از سنگ گچ (سولفات کلسیم) باقی گذاشته است. آیا آن آب از بالا و از دریاچهای درونگودالی به پایین سرازیر شده، یا از پایین به سوی سطح جوشیده است؟ گروه دانشمندان مریخنورد کنجکاوی مشغول کار برای یافتن پاسخ این پرسشاند.
باور فعلی این است که پایینترین بخش کوهستان مرکزی گودال گِیل مربوط به دوران شبکهی درههاست؛ یعنی زمانی که مریخ گرمتر و مرطوبتر بوده. بخش بالایی کوه بعدتر شکل گرفته و احتمالاً شامل ماسههای بادآورده و چسبیده به ساختار اصلی است. سنگهای این میانْ دوران گذر مریخ از شرایط مطلوب به فراخشک را در خود ثبت کردهاند. به همین سبب گودال گِیل مکانی است که سنگهایش احتمالاً شواهدی از هرنوع اقلیمی که مریخ تاکنون تجربه کرده در خود ثبت کردهاند. همینطور که مریخنورد کنجکاوی از سطح لایهلایهی گودال گِیل بالا میرود، ما امیدواریم که مشاهداتش و یافتههایش سرانجام دانستههای ما از گذشتهی مریخ را اثبات یا رد کنند.

آیا کنجکاوی شواهد حیات را خواهد یافت؟ بسیاری از ما امیدواریم که مریخنورد کنجکاوی شواهد فسیلشدهی حیات مریخی را بیابد. اما متأسفانه باید بگویم حتی اگر مریخ زمانی آکنده از حیات بوده، کنجکاوی نمیتواند آن را شناسایی کند. یک علتش این است که این مریخنورد هیچ ابزاری ندارد که بتواند فسیلهایی به اندازهی میکروب را مشاهده و بررسی کند. محفوظماندن حیات هم مشکل بعدی است؛ حتی روی زمین هم یافتن شواهدی از حیات باستانی در سنگهای تقریباً ۴ میلیاردساله رویدادی بسیار نادر است.
هرچند، از سوی دیگر، از آنجاکه اغلب فعالیتهای زمینشناختی مریخ سالهای سال پیش خاموش شدهاند سنگهای باستانی مریخ نسبت به سنگهای زمین در شرایط بسیار بهتری قرار دارند. سنگهای مریخی از زمان شکلگیری نسبت به همتایان زمینیشان کمتر مورد هجوم حرارت و فشار قرار داشتهاند. کنجکاوی در گودال گِیل مشغول بررسی سنگهایی به قدمت حیات روی زمین است. این سنگها شرایطی را در خود ثبت کردهاند که احتمالاً گرم و مرطوب بوده است. آنها از نوع سنگهایی هستند که شاید اجزایی را در خود حفظ کرده باشند که حیات زمینی میبایست از آنها سرچشمه گرفته باشد.
میبینید که حتی وقتی کنجکاوی هیچ مدرکی از حیات روی مریخ کشف نمیکند، در حال بررسی سنگهایی است که طی میلیاردها سال تغییرات اندکی داشتهاند و شرایط زمینشناختی و اقلیمیای را در خود ثبت کردهاند که حیات زمینی هستیاش را از آن شرایط آغاز کرده است. هیچکجا روی زمین وجود ندارد که بتوانیم چنین آزمایشهایی را در آن انجام بدهیم. جالب است که امید ما به فهم اینکه حیات روی زمین تحت چه شرایطی آغاز شده، به سیارهای دیگر بسته شده است! هرچند که ما دربارهی خود مریخ هم کنجکاویم، درواقع آن را به این سبب بررسی میکنیم که بهترین جا برای یافتن پاسخ این پرسش است: ما از کجا آمدهایم؟