این سیاره زمانی گرم و مرطوب بود، رودخانه‌هایی در سطح آن جریان داشتند و احتمالاً شکل‌های ساده‌ای از حیات در آب‌های آن زندگی می‌کردند. اما اکنون خشک و یخ‌زده است.
آیا زمین نیز می‌تواند چنین سرنوشتی داشته باشد؟ آیا در سراسر جهان‌های بی‌شمار دیگری در کیهان، سیاراتی وجود داشته‌اند که برای مدتی قابل سکونت بودند اما سپس این قابلیت را از دست دادند؟
برای پاسخ به این پرسش‌ها، باید یکی از بزرگ‌ترین معماهای علوم فضایی را حل کنیم: چه چیزی باعث تغییرات مریخ شد؟ تحقیقات جدید نشان می‌دهد که هیدروژن نقشی حیاتی در گرم نگه داشتن مریخ باستان در دوره‌هایی از زمان داشته است، در حالی که دمای این سیاره بین وضعیت گرم و سرد نوسان داشته است.
این تحقیق با عنوان «اقلیم‌های گرم دوره‌ای در مریخ اولیه که با آب‌گیری پوسته فعال می‌شدند» در نشریه Nature Geoscience منتشر شده است. نویسنده‌ی اصلی این پژوهش دانیکا آدامز، پژوهشگر پسادکتری در گروه علوم زمین و سیاره‌ای دانشگاه هاروارد است.
رابین وُردزورث، دانشگاه هاروارد می گوید: «مریخ اولیه، جهانی گمشده است، اما اگر سؤالات درستی بپرسیم، می‌توان آن را با جزئیات دقیق بازسازی کرد.»
شواهد فراوانی از وجود آب جاری در سطح مریخ باستانی وجود دارد. مریخ‌نورد پشتکار ناسا در حال بررسی دهانه جِزرو است، که زمانی دریاچه‌ای باستانی بوده و رسوبات عمیقی که با جریان آب حمل شده‌اند، در آن انباشته شده‌اند. تصاویر ماهواره‌ای کانال‌های رودخانه‌ای باستانی متعددی را نشان می‌دهند. همچنین شواهد روشنی از وجود دریاچه‌های قدیمی در مریخ وجود دارد.
برای مدت طولانی، تصور غالب این بود که مریخ زمانی گرم بوده و سپس سرد شده است. اما در سال‌های اخیر، شواهد دقیق‌تر نشان داده‌اند که مریخ بین وضعیت‌های گرم و سرد در نوسان بوده است.
اگر این موضوع صحت دارد، چه عاملی باعث این نوسانات شده است؟
معمای خورشید کم‌نور و نقش هیدروژن در گرمایش مریخ
اولین چالش در توضیح دوره‌های گرم اولیه مریخ، معمای خورشید کم‌نور است. محاسبات اخترفیزیکدانان نشان می‌دهد که خورشید جوان فقط ۷۰ درصد انرژی کنونی خود را تابش می‌کرد. با این میزان کم از انرژی خورشیدی، چگونه امکان داشت که آب مایع در سطح مریخ وجود داشته باشد؟
دانیکا آدامز می گوید: «همیشه این معما مطرح بوده که چگونه آب مایع روی مریخ وجود داشته است، چراکه مریخ هم دورتر از خورشید است و هم خورشید در گذشته کم‌نورتر بوده است.»
شواهد نشان می‌دهند که در دوره نوآخین، مریخ دارای مقدار زیادی آب بوده که می‌توانسته معادل یک اقیانوس جهانی به عمق ۱۰۰ تا ۱۵۰۰ متر باشد. دانشمندان صدها بستر دریاچه‌ای از آن دوران را شناسایی کرده‌اند، برخی از آن‌ها به‌اندازه دریای خزر هستند. اما تصور می‌شود که این سیاره برای حفظ چنین حجم عظیمی از آب مایع، بیش از حد سرد بوده است؛ مگر آنکه جو آن توانایی نگه داشتن گرما را به‌طور مؤثرتری داشته باشد.
اعتبار تصویر: جیم سکوسکی این تصویر را از ناسا انتخاب کرده است – لینک تصویر، دامنه عمومی، منبع.
دی‌اکسید کربن (CO₂) به‌تنهایی نمی‌توانسته چنین گرمایشی را فراهم کند، اما جوّی غنی‌تر از هیدروژن می‌توانسته این نقش را ایفا کند.
مشکل اینجاست که هیدروژن معمولاً در جوّ باقی نمی‌ماند.
اعتبار تصویر: Adams و همکاران، ۲۰۲۵.
نویسندگان مقاله می گویند: «گازهای گلخانه‌ای مانند H₂ (هیدروژن مولکولی) در جوی غنی از CO₂ می‌توانسته از طریق جذب القایی برخوردی (CIA) به گرمایش کمک کند، اما اینکه آیا مقدار کافی H₂ برای حفظ گرمایش وجود داشته، همچنان نامشخص است.»
جذب القایی برخوردی (CIA) زمانی رخ می‌دهد که مولکول‌های یک گاز با یکدیگر برخورد کرده و این تعاملات باعث جذب نور می‌شوند. این فرایند می‌تواند اثر گرمایش دی‌اکسید کربن در جو را تقویت کند.
چرخه‌های اقلیمی مریخ: نوسان بین گرم و سرد
اگر مریخ منبعی از هیدروژن داشته که جو آن را به‌طور مداوم تأمین می‌کرده، می‌توان این نوسانات بین وضعیت گرم و مرطوب و وضعیت سرد و خشک را توضیح داد. پژوهشگران با استفاده از مدل‌های شیمی جوّی و اقلیمی، بررسی کردند که جو مریخ چگونه به تغییرات اقلیمی و واکنش‌های بین H₂O و سنگ واکنش نشان داده است.
رابین وُردزورث می گوید: «این پژوهش برای اولین بار شیمی جوّی و اقلیم را ترکیب می‌کند تا پیش‌بینی‌های جدید و شگفت‌انگیزی ارائه دهد – که قابل آزمایش خواهند بود، زمانی که نمونه‌های مریخی را به زمین بیاوریم.»
یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که مریخ اولیه دو وضعیت اقلیمی متمایز داشته است که برای دوره‌های طولانی پایدار بوده‌اند:
- وضعیت گرم: که آب مایع سطحی را حفظ می‌کرد و بین ۱۰۰ هزار تا ۱۰ میلیون سال دوام می‌آورد. این دوره‌ها توسط هیدروژن حاصل از آب‌گیری پوسته با کمک فعالیت‌های آتشفشانی حفظ می‌شدند.
- وضعیت سرد: که حدود ۱۰ میلیون سال دوام می‌آورد و دارای جوی غنی از CO بود که به دلیل واکنش‌های اکسایشی در سطح سیاره ایجاد می‌شد.
مدل‌های تیم تحقیقاتی نشان می‌دهند که مریخ حدود ۴۰ میلیون سال در دوره‌های نوآخین و هسپریان بین این وضعیت‌های اقلیمی نوسان داشته است. هر دوره گرم حداقل ۱۰۰ هزار سال طول کشیده است، که با زمانی که برای ایجاد دره‌های رودخانه‌ای مریخ لازم بوده، مطابقت دارد.
دانیکا آدامز می گوید: «ما مقیاس‌های زمانی این تغییرات را مشخص کرده‌ایم و همه‌ی این فرآیندها را در یک مدل شیمیایی-نوری واحد توضیح داده‌ایم.»
چه چیزی مریخ را چنین اسرارآمیز کرده است؟
مریخ به دلیل عدم وجود تکتونیک صفحه‌ای، سطح خود را از دوران باستان تاکنون تقریباً دست‌نخورده حفظ کرده است. برخلاف زمین که سطح خود را بازیافت کرده و شواهد قدیمی را پاک می‌کند، شواهد دوره‌های گرم و مرطوب مریخ هنوز قابل مشاهده هستند.
دانیکا آدامز می گوید: «مریخ یک مطالعه‌ی موردی عالی از نحوه‌ی تکامل سیارات در طول زمان است.»
با این حال، بسیاری از پرسش‌های مربوط به مریخ فقط با اندازه‌گیری‌های میدانی قابل پاسخ هستند. مریخ‌نوردهای ناسا مانند کنجکاوی و پشتکار دارای آزمایشگاه‌هایی برای بررسی سنگ‌ها هستند. اما پشتکار نمونه‌هایی از سنگ‌ها را جمع‌آوری و ذخیره می‌کند تا در آینده به زمین بازگردانده شوند.
این نمونه‌ها، اگر به زمین برسند، نقش کلیدی در پاسخ به معماهای مریخ ایفا خواهند کرد.
