پس از تقریباً یک دهه حضور در مدار مریخ، فضاپیمای MAVEN ناسا برای نخستین‌بار توانست به‌صورت مستقیم فرایندی را مشاهده کند که دانشمندان مدت‌ها گمان می‌کردند مسئول از بین رفتن جو سیاره سرخ بوده است.
این یافته‌ها که در تاریخ ۷ خرداد در ژورنال Science Advances منتشر شدند، می‌توانند به یکی از پرسش‌های دیرینه درباره اینکه مریخ چگونه از سیاره‌ای بالقوه قابل سکونت با رودها و دریاچه‌ها به بیابانی منجمد و خشک تبدیل شد، پاسخ دهند.
هرچند مریخ امروزه سیاره‌ای خشک، سرد و تقریباً بدون جو است، اما سطح آن شواهد آشکاری از گذشته‌ای مرطوب را در خود دارد. ویژگی‌هایی مانند دره‌های رودخانه‌ای، بسترهای دریاچه و کانی‌هایی که فقط در حضور آب تشکیل می‌شوند، نشان می‌دهند که میلیاردها سال پیش دریاچه‌هایی پایدار و حتی دریاهای کم‌عمقی در سطح مریخ جریان داشتند. برای تداوم چنین آب مایعی، مریخ نیاز به جوی بسیار متراکم‌تر برای حفظ گرما و فشار سطحی بالا داشت. درک زمان و چگونگی از بین رفتن آن جو، برای بازسازی تاریخچه اقلیمی مریخ و تخمین مدت زمانی که این سیاره می‌توانسته میزبان حیات باشد، اهمیت زیادی دارد.
باد خورشیدی و “توپ‌های پلاسما” قاتلان جو مریخ
در دهه گذشته، دانشمندان شواهد فزاینده‌ای به‌دست آورده‌اند که نشان می‌دهد باد خورشیدی – جریانی پیوسته از ذرات باردار منتشر شده از خورشید – به همراه تابش خورشیدی، بیشتر جو مریخ را از بین برده است. یکی از مهم‌ترین مکانیسم‌های این فرسایش، فرایندی به نام “پاشش” (sputtering) است؛ در این فرایند، ذرات پرانرژی باد خورشیدی به جو بالایی سیاره برخورد کرده و با انتقال انرژی به اتم‌های خنثی، آن‌ها را از گرانش سیاره رها کرده و به فضا پرتاب می‌کنند.
شانن کری، پژوهشگر اصلی مأموریت MAVEN از دانشگاه کلرادو بولدر و نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید:
«این فرایند مانند یک شیرجه توپ‌وار در استخر است. در اینجا توپ، همان یون‌های سنگین هستند که با سرعت بالا به جو برخورد کرده و اتم‌ها و مولکول‌های خنثی را به بیرون می‌پاشند.»
تا پیش از این، دانشمندان تنها به‌طور غیرمستقیم به نقش این فرایند در از بین رفتن جو مریخ پی برده بودند. اما اکنون برای نخستین‌بار، با استفاده از داده‌های ۹ ساله فضاپیمای MAVEN، این پدیده مستقیماً مشاهده شده است.
ردپای آرگون: گازی نجیب که حقیقت را آشکار کرد
با ترکیب داده‌های سه ابزار موجود در MAVEN، پژوهشگران نقشه دقیقی از گاز آرگون در لایه‌های بالایی جو مریخ تهیه کردند. آرگون به‌دلیل ویژگی‌های بی‌واکنشی، سنگینی و مقاومت در برابر یونیزه شدن، ردیاب مناسبی برای فرار اتم‌ها از جو است. هرگونه کاهش قابل توجه در آرگون، نشان‌دهنده وقوع پاشش است.
مطالعه جدید نشان داد که بیشترین غلظت آرگون دقیقاً در ارتفاعی رخ می‌دهد که ذرات باد خورشیدی به جو مریخ برخورد می‌کنند. مقدار آن بسیار بیشتر از چیزی بود که از نظر گرانش سیاره انتظار می‌رفت؛ بنابراین این یافته‌ها شواهد مستقیمی از این واقعیت ارائه می‌دهند که پاشش فعالانه در حال بلند کردن و بیرون راندن مولکول‌ها از مریخ است.
مطالعه همچنین پیشنهاد می‌کند که این فرایند ممکن است نقش کلیدی در از بین رفتن جو ضخیم گذشته مریخ و از دست رفتن توانایی‌اش برای حفظ آب مایع ایفا کرده باشد.
فرسایش ۴ برابر بیشتر از پیش‌بینی‌ها
بر اساس یافته‌های جدید، نرخ وقوع پاشش چهار برابر بیشتر از چیزی است که مدل‌های قبلی پیش‌بینی کرده بودند. این نرخ در طول طوفان‌های خورشیدی شدیدتر می‌شود و ممکن است نشان‌دهنده آن باشد که این فرایند در گذشته دور مریخ، زمانی که خورشید فعال‌تر و میدان مغناطیسی مریخ از بین رفته بود، بسیار شدیدتر بوده است.
دانشمندان معتقدند که میلیاردها سال پیش، زمانی‌که مریخ محافظ مغناطیسی‌اش را از دست داده بود، جو آن کاملاً در معرض هجوم باد خورشیدی قرار گرفت و همین امر باعث سرعت گرفتن فرسایش و گذار مریخ از نقطه بی‌بازگشت شد؛ نقطه‌ای که در آن دیگر امکان پایداری آب مایع بر سطح آن وجود نداشت.
کری در ادامه می‌افزاید:
«این نتایج نقش پاشش را در نابودی جو مریخ و تاریخچه آب در این سیاره تأیید می‌کند.»
با این حال، برای آنکه بتوان به‌طور قطعی تعیین کرد که آیا پاشش واقعاً عامل اصلی تغییرات اقلیمی بلندمدت مریخ بوده یا فقط یکی از عوامل آن، دانشمندان نیاز دارند با استفاده از مدل‌سازی‌ها، داده‌های ایزوتوپی و سرنخ‌های اقلیمی باستانی به گذشته بسیار دور مریخ بنگرند. تنها در آن صورت می‌توان فهمید که آیا این فرایند فقط لایه‌هایی از جو مریخ را تراشیده یا آن را به‌طور کامل از بین برده است.
