انحراف محور مریخ؛ کلید حل معمای ناپدید شدن آب

 تحقیقات جدید نشان می‌دهد که تغییر زاویه چرخش مریخ باعث افزایش فرار آب و خشک شدن سیاره شده است.

 

به گزارش ایسنا؛ مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که تغییرات شدید در زاویه انحراف محور چرخش مریخ طی ۲۰ میلیون سال گذشته ممکن است دلیل اصلی خشک شدن این سیاره باشد. این یافته می‌تواند به حل معمای چگونگی ناپدید شدن آب مریخ، سیاره‌ای که زمانی دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و احتمالاً اقیانوس‌هایی را در خود جای داده بود، کمک کند.

 

امروزه بیشتر سطح مریخ را بیابان‌های خشک و پوشیده از گرد و غبار فرا گرفته است. دانشمندان معتقدند که بخش عمده‌ آب اندک باقی‌مانده در مریخ به صورت یخ‌های منجمد در زیر سطح خاک ریزدانه ذخیره شده و تنها در نواحی قطبی، یخ‌های قابل مشاهده وجود دارد.

 

 با این حال مریخ همیشه این‌گونه خشک نبوده است. تصاویر به دست آمده از مأموریت‌های اولیه ناسا مانند پروژه وایکینگ نشان‌دهنده وجود شیارها، بسترهای دریاچه و دره‌هایی هستند که نشان می‌دهند سطح مریخ در طول تاریخ خود بارها به وسیله میلیاردها گالن آب مایع پوشیده شده است. دانشمندان با بررسی این ویژگی‌های زمین‌شناسی برآورد کرده‌اند که حجم آبی که این ساختارها را پدید آورده، معادل لایه‌ای به ضخامت دست‌کم ۱۰۰ متر بر سطح کل سیاره بوده است.

 

یکی از فرضیه‌ها درباره سرنوشت این آب این است که بخش عمده آن به وسیله تابش فرابنفش شدید خورشید «تبخیر» یا بهتر بگوییم تجزیه شده است. گابریلا جیلی و فرانسیسکو گونسالس-گالین‌دو، دو اخترشناس از مؤسسه اخترفیزیک اندلس اسپانیا و نویسندگان اصلی این پژوهش، در گفت‌وگو با لایو ساینس این فرایند را این‌گونه توضیح داده‌اند؛ بخار آب موجود در جو مریخ که در اثر طوفان‌های گرد و غبار شدید به ارتفاعات بالاتر منتقل می‌شود، در برابر تابش فرابنفش خورشید به اتم‌های هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌گردد. اتم‌های سبک هیدروژن انرژی کافی برای فرار از جاذبه مریخ را دارند و به فضای میان‌سیاره‌ای می‌روند. از آنجا که هیدروژن جو مریخ در نهایت از آب منشأ می‌گیرد، فرار این اتم‌ها به معنای از دست رفتن مولکول‌های آب است.

 

اندازه‌گیری‌های مأموریت جاری ناسا با عنوان «اتمسفر مریخ و گریز مواد فرّار» (MAVEN) نشان داده که در حال حاضر حدود ۱۰۲۶ اتم هیدروژن در هر ثانیه از جو مریخ خارج می‌شوند، اما اگر این نرخ فرار را برای کل عمر چهار میلیارد ساله مریخ به حساب آوریم، تنها توانسته‌ایم یک‌چهارم آبی که برای شکل‌گیری ویژگی‌های زمین‌شناسی سطح مریخ لازم بوده را توضیح دهیم. به بیان دیگر، بخش عمده‌ای از آب از دست رفته مریخ با این مکانیزم به تنهایی قابل توجیه نیست.

 

برای حل این تناقض، پژوهشگران فرضیه‌ای متفاوت مطرح کردند؛ اینکه مریخ در دوره‌هایی که محور چرخشش به شدت کج شده، میزان بسیار بیشتری آب خود را از دست داده است. در حال حاضر، زاویه انحراف یا میل محوری مریخ نسبت به صفحه مدارش ۲۵/۲ درجه است که مشابه میل زمین یعنی ۲۳/۵ درجه است، اما برخلاف زمین، این مقدار در مریخ ثابت نبوده و طی چند میلیون سال گذشته نوسانات زیادی داشته است. دلیل اصلی این بی‌ثباتی آن است که مریخ برخلاف زمین، ماه بزرگی ندارد که نوسانات محور چرخش آن را تثبیت کند. در نتیجه، محور مریخ میان صفر تا ۶۶ درجه نوسان داشته و میانگین آن حدود ۳۵ درجه است.

 

پژوهشگران معتقدند هرچه انحراف محور مریخ بیشتر بوده، قطب شمال آن نور خورشید بیشتری دریافت کرده که منجر به ذوب شدن بیشتر یخ‌ها و افزایش بخار آب در جو شده است. دانیل لو، پژوهشگر پسادکتری دانشگاه میشیگان، که در این مطالعه مشارکت نداشته، در ایمیلی به لایو ساینس این استدلال را تأیید کرده و گفته است که در دوره‌هایی با انحراف محوری بالاتر، دمای جهانی مریخ افزایش یافته و بخش‌هایی از یخ‌های سطح سیاره به طور مستقیم به بخار آب تبدیل شده‌اند.

 

برای آزمودن این فرضیه، نویسندگان تحقیق از یک مدل شبیه‌سازی رایانه‌ای موسوم به «مدل اقلیم سیاره‌ای مریخ» استفاده کردند که یکی از بهترین ابزارهای موجود برای مطالعه جو این سیاره است. در این شبیه‌سازی، زاویه انحراف مریخ به طور مجازی به ۳۰ و سپس ۳۵ درجه افزایش یافت و میزان فرار هیدروژن در طول یک سال مریخی پیگیری شد، همچنین اثر طوفان‌های گرد و غبار با استفاده از داده‌های واقعی در نظر گرفته شد.

 

نتایج نشان داد که طوفان‌های گرد و غبار می‌توانند میزان فرار هیدروژن را تا ۵۰ درصد افزایش دهند، بسته به شدت طوفان، اما یافته‌های مربوط به انحراف محوری بسیار جالب‌تر بود؛ در زاویه انحراف ۳۵ درجه، به طور میانگین ۱۹ اتم هیدروژن بیشتر در هر ثانیه نسبت به وضعیت کنونی از جو مریخ فرار می‌کنند که معادل از دست دادن یک میلیارد اتم هیدروژن بیشتر در هر سال مریخی است. این میزان از دست رفتن هیدروژن، در طول عمر مریخ معادل با از دست دادن لایه‌ای به ضخامت ۸۰ متر (۲۶۰ فوت) آب در سطح کل سیاره است که نزدیک به کمترین برآوردهای زمین‌شناسی درباره مقدار آب سابق مریخ است.

 

این نتایج که در نشریه Nature Astronomy منتشر شده‌اند، نشان می‌دهند که تغییرات شدید در زاویه انحراف محور مریخ نقش بسیار بیشتری در از دست رفتن آب این سیاره داشته‌اند. جیلی و گونسالس-گالین‌دو در این رابطه می‌گویند: «مطالعات ما نشان می‌دهد که فرار حرارتی اتمسفری در خشک شدن مریخ نقش بزرگتری نسبت به آنچه پیش‌تر تصور می‌شد، ایفا کرده است.» با این حال، آن‌ها اشاره می‌کنند که ترکیب گرد و غبار مریخ در گذشته احتمالاً متفاوت از امروز بوده و این موضوع نیز می‌تواند در فرایند از دست دادن آب تأثیرگذار باشد.