دانشمندان شگفت‌زده شدند: کلاهک یخی شمال مریخ جوان‌تر از تصور ماست!

کلاهک قطبی شمالی عمدتاً از یخ آب تشکیل شده است—نشانه‌ای آشکار که مریخ زمانی سیاره‌ای گرم‌تر و مرطوب‌تر بوده است. تیمی از پژوهشگران مرکز هوافضای آلمان (DLR) با بررسی این کلاهک یخی به کشفیات شگفت‌انگیزی درباره آن و اطلاعاتی که در مورد ساختار داخلی مریخ ارائه می‌دهد، دست یافتند.

یک کلاهک یخی جوان در مریخ

به گفته آدریان بروکه و گروهی از دانشمندان سیاره‌ای DLR، کلاهک یخی شمالی مریخ نسبتاً جوان است. آنها با استفاده از تکنیک‌هایی که برای اندازه‌گیری تأثیر صفحات یخی زمین بر سطح آن به کار می‌روند، به این نتیجه رسیدند. تأثیری که یخچال‌های عظیم بر پوسته یک سیاره دارند، “تعدیل ایزوستازی یخچالی” نامیده می‌شود. این پدیده در مناطقی مانند اسکاندیناوی همچنان در حال وقوع است. اساساً، این فرایند شامل جابه‌جایی مداوم سطح زمین در واکنش به وزن یخ است. میزان این تغییر شکل بستگی به ویژگی‌های خاص گوشته زیرین دارد.

در طول تاریخ، مناطق وسیعی از زمین در دوره‌های مختلف با لایه‌های یخی ضخیم پوشیده شده‌اند. آخرین عصر یخبندان حدود ۱۱,۷۰۰ سال پیش پایان یافت. در این دوران، وزن یخچال‌های عظیم سطح زمین را فشرده کرده بود. اما با ذوب شدن یخ‌ها، سطح زمین شروع به بالا آمدن کرد—فرایندی که “بازگشت ایزوستازی” نامیده می‌شود. سرعت این فرونشست و سپس بازگشت آن، اطلاعاتی درباره ساختار داخلی زمین، به‌ویژه گوشته، ارائه می‌دهد. این پدیده را می‌توان مانند فشردن یک اسفنج و سپس مشاهده بازگشت تدریجی آن به حالت اولیه تصور کرد.

image 1000 b5a461bcd014f70a7b1b8 — تصویر هنری از فرودگر InSight مریخ. این فرودگر فعالیت‌های لرزه‌ای مریخ را اندازه‌گیری کرد و اطلاعات بیشتری درباره ساختار زیرسطحی آن ارائه داد.
اعتبار: ناسا/JPL

بررسی یک کلاهک یخی در حال بازگشت

بروکه و تیمش تصمیم گرفتند این بازگشت ایزوستازی را در زیر کلاهک یخی شمالی مریخ اندازه‌گیری کنند. این کلاهک حدود ۱,۰۰۰ کیلومتر پهنا و ۳ کیلومتر ضخامت دارد. آنها برای بررسی چگونگی شکل‌گیری آن، مدل‌هایی از تکامل گرمایی مریخ را با محاسبات مربوط به تعدیل ایزوستازی یخچالی، همراه با داده‌های گرانشی، راداری و لرزه‌ای ترکیب کردند.

نتایج پژوهش نشان می‌دهد که کلاهک قطبی شمالی مریخ نسبتاً جوان است و سطح زیرین خود را تحت فشار قرار داده است. بروکه توضیح می‌دهد:
“ما نشان دادیم که این ورقه یخی سطح زیرین خود را با نرخ ۰.۱۳ میلی‌متر در سال به داخل گوشته فشار می‌دهد.”

به گفته آنا-کاتالینا پلِسا، یکی از اعضای تیم، میزان این تغییر شکل بسیار ناچیز است، که نشان‌دهنده آن است که گوشته فوقانی مریخ سرد، بسیار چسبنده و بسیار سخت‌تر از گوشته فوقانی زمین است.

درک ساختار سیارات

اما چگونه اندازه‌گیری تغییرات سطح ناشی از وزن یخ می‌تواند اطلاعات زیادی درباره یک سیاره ارائه دهد؟ به یاد داشته باشید که سیارات سنگی مانند زمین و مریخ همواره در حال تغییرند. این تغییرات می‌توانند کوتاه‌مدت (مانند فوران‌های آتشفشانی) یا بلندمدت (مانند دوره‌های یخبندان) باشند. هر یک از این تغییرات سطح سیاره را تحت تأثیر قرار می‌دهند و نرخ تغییر شکل سطح و بازگشت آن به حالت اولیه، اطلاعات ارزشمندی درباره ساختار درونی سیاره ارائه می‌دهد.

زمانی که یخ سطح یک سیاره را می‌فشارد، میزان فرورفتگی ایجادشده به ویسکوزیته گوشته بستگی دارد، که نشان‌دهنده مقاومت مواد سنگی گوشته در برابر جریان یافتن است. سنگ‌های گوشته زمین بیش از یک تریلیون برابر چسبناک‌تر از آسفالت هستند، اما بااین‌حال، طی میلیون‌ها سال تغییر شکل می‌دهند و جریان می‌یابند. با استفاده از داده‌های راداری و سایر روش‌ها برای مطالعه نرخ فرورفتگی و بازگشت سطح زمین، دانشمندان می‌توانند مقدار ویسکوزیته گوشته را تعیین کنند.

هنگامی که همین روش‌ها برای مریخ اعمال شدند، نتایج شگفت‌انگیزی به دست آمد، از جمله اینکه قطب شمال مریخ بسیار سرد است، درحالی‌که مناطق استوایی آن اخیراً فعالیت‌های آتشفشانی داشته‌اند.

تخمین ویژگی‌های داخلی مریخ

برای درک ساختار درونی مریخ، به اندازه‌گیری میدان گرانشی مریخ (که متغیر است)، داده‌های لرزه‌نگاری فضاپیمای InSight و سایر اطلاعات نیاز است. این داده‌ها نرخ فرورفتگی و بازگشت سطح مریخ را تعیین می‌کنند.

نتایج نشان می‌دهند که سطح زیر قطب شمال مریخ هنوز زمان کافی برای تغییر شکل کامل در اثر وزن یخ را نداشته است. برآوردهای گروه بروکه نشان می‌دهد که سطح این منطقه با سرعتی در حدود ۰.۱۳ میلی‌متر در سال در حال نشست است. این مقدار پایین نشان می‌دهد که گوشته فوقانی مریخ بسیار سرد است.

تخمین‌های انجام‌شده حاکی از آن است که این کلاهک یخی نسبتاً جوان است و سن آن بین ۲ تا ۱۲ میلیون سال برآورد می‌شود—به مراتب جوان‌تر از سایر ویژگی‌های بزرگ مقیاس روی مریخ.

آینده تحقیقات درباره یخچال‌های مریخ

image 2000 82ebf4fc6f14567517cfe — این مدل تکامل حرارتی، پویایی‌های گوشته سنگی مریخ را نشان می‌دهد. رنگ‌های گرم نشان‌دهنده ناهنجاری‌های حرارتی داغ هستند که به عنوان جریان‌های صعودی گوشته یا ستون‌های گوشته شناخته می‌شوند و گرما را از اعماق داخلی سیاره به سمت سطح منتقل می‌کنند. رنگ‌های سرد نمایانگر مواد سردی هستند که فرو می‌روند و داخلی سیاره را سرد می‌کنند. یافته‌های علمی جدید نشان می‌دهند که گوشته مریخ دارای ویسکوزیته بالایی است. نقشه سطح بر اساس موزاییک رنگی جهانی وایکینگ از سرویس زمین‌شناسی ایالات متحده ساخته شده است. تصویر: ۱/۴، اعتبار: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

البته، همه مناطق مریخ به اندازه قطب‌های آن سرد نیستند. دوریس بروئر، یکی از نویسندگان این پژوهش، می‌گوید:
“با وجود اینکه گوشته زیر قطب شمال مریخ بسیار سرد است، مدل‌های ما همچنان وجود نواحی ذوب محلی در گوشته نزدیک استوا را پیش‌بینی می‌کنند.”

این پژوهش، نخستین شواهد از وقوع تعدیل ایزوستازی یخچالی در یک سیاره سنگی دیگر را ارائه می‌دهد. مأموریت‌های آینده به مریخ می‌توانند شامل ابزارهای بیشتری برای اندازه‌گیری تغییرات سطح مریخ در واکنش به گسترش و ذوب شدن یخ باشند.