آیا واقعاً یک دریاچه زیرسطحی عظیم در نزدیکی قطب جنوب مریخ وجود دارد؟

با شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای جدید، احتمال وجود دریاچه‌ای از آب مایع در زیر کلاهک یخی جنوبی مریخ مدفون شده است، که نشان می‌دهد لایه‌های فشرده یخ می‌توانند همان بازتاب‌های راداری را ایجاد کنند که آب مایع می‌تواند ایجاد کند.

در سال ۲۰۱۸، مدارگرد مریخ اکسپرس آژانس فضایی اروپا از ابزار MARSIS (رادار پیشرفته مریخ برای صداهای زیرسطحی و یونوسفر) خود برای شناسایی دریاچه ای به عرض ۲۰ کیلومتر (۱۲.۴ مایل) از آب مایع استفاده کرد که در عمق ۱.۵ کیلومتری مدفون شده است. ۰.۹۳ مایل) از یخ در منطقه ای به نام Planum Australe، در دشت قطبی جنوبی در مریخ. شواهد مشابهی بعداً برای ده‌ها دریاچه بالقوه آشکار شد، اما برخی از آنها آنقدر به سطح نزدیک هستند که غیرممکن به نظر می‌رسید که آب در آنجا مایع باشد.

دلیل آن این است که سطح مریخ خیلی سرد است و فشار اتمسفر آنقدر پایین است که اجازه نمی دهد آب مایع خیلی نزدیک به سطح بماند. با این حال، در قاعده کلاهک یخی قطب جنوب، شرایط دما و فشار، با کمک کمی ضد یخ طبیعی، می‌تواند به دریاچه‌های شور اجازه وجود داشته باشد.

این ضد یخ می تواند به شکل کلسیم و پرکلرات منیزیم باشد که یک ترکیب شیمیایی است که در سال ۲۰۰۸ توسط ماموریت فونیکس ناسا در سطح مریخ یافت شد. حداقل منفی ۶۸ درجه و منفی ۷۵ درجه سانتیگراد (منهای ۹۲ و منفی ۱۰۳ درجه فارنهایت) به ترتیب – بسیار نزدیک به دمای پیش بینی شده منفی ۶۸ درجه سانتیگراد (منهای ۹۰ درجه فارنهایت) در پایه کلاهک یخی. در نتیجه، تصور شرایط موضعی دما، فشار و غلظت پرکلرات که اجازه می‌دهد استخرهای بزرگی از آب مایع در مریخ اجازه دهد، چندان دشوار نیست.

شواهد بیشتر برای چنین دریاچه‌هایی از اندازه‌گیری موج‌های یخ سطحی بدست آمد. آب مایع میزان اصطکاک بین ورقه یخ و سنگ بستر زیر آن را کاهش می دهد و به ورقه یخ اجازه می دهد تا سریعتر بر روی سنگ بستر جریان یابد. این افزایش در سرعت جریان منجر به فرورفتگی ها و قله هایی در سطح یخ می شود که دقیقاً همان چیزی است که در Planum Australe دیده می شود.

با وجود تمام این شواهد، بسیاری در جامعه علوم سیاره‌ای بدبین بوده‌اند. وجود آب مایع در مریخ یک کشف خارق‌العاده است و به شواهد فوق‌العاده‌ای نیاز دارد. اکنون، تیمی از دانشمندان دانشگاه کرنل با یافته‌های جدیدی که توضیحی جایگزین برای پژواک‌های راداری ارائه می‌کند، شعله‌های این تردید را تغذیه کرده‌اند.

‘من نمی توانم بگویم غیرممکن است که آب مایع در آن پایین وجود داشته باشد، اما ما نشان می دهیم که راه های بسیار ساده تری برای بدست آوردن همان مشاهدات بدون نیاز به کشش تا این حد وجود دارد، با استفاده از مکانیسم ها و موادی که از قبل می دانیم در آنجا وجود دارند.’ دانیل لالیچ از کرنل در بیانیه ای گفت. لالیچ نویسنده اصلی تحقیق جدیدی است که نشان می‌دهد لایه‌های یخ فشرده می‌توانند سیگنال راداری قوی را که دقیقاً شبیه پژواک راداری از یک لایه مایع است، بازگردانند.

حجم وسیعی از آب به دلیل مسطح بودن یک دریاچه، قادر است رادار را به منبع خود منعکس کند، و بر روی زمین، انعکاس‌های راداری درخشان از نوع شناسایی شده توسط MARSIS تقریباً به معنای آب مایع است، شبیه به حفره‌های آب در زیر قطب جنوب مانند دریاچه وستوک با این حال، دانشمندان سیاره‌شناسی باید مراقب این فرض باشند که آنچه برای زمین صادق است برای سیارات دیگر نیز صادق است، جایی که شرایط یکسان نیست.

گروه لالیچ هزاران شبیه سازی را انجام داد تا آزمایش کند که آیا چندین لایه یخ فشرده می توانند سیگنال راداری یک دریاچه را تقلید کنند یا خیر. هر شبیه‌سازی هم ضخامت لایه‌های یخ و هم ترکیب آنها را متفاوت می‌کرد (یعنی چقدر کثیف بودند). آن‌ها دریافتند که در موارد متعدد، لایه‌های فشرده یخی که مدت‌ها پیش رسوب کرده و زیر وزن ورقه یخ خرد شده‌اند، می‌توانند بازتاب‌های راداری روشن درست مانند آنچه توسط MARSIS شناسایی شده است، ایجاد کنند.

ترفند «تداخل سازنده» امواج رادار است. وضوح فضایی در MARSIS محدود است و اگر لایه‌های یخ خیلی نازک باشند، ابزار رادار نمی‌تواند آنها را تشخیص دهد. هر لایه مقداری از پرتو رادار را به عقب منعکس می‌کند و از آنجایی که لایه‌ها به شدت با هم له می‌شوند، پژواک‌های رادار روی هم قرار می‌گیرند و ترکیب می‌شوند و قدرت آن‌ها را تقویت کرده و درخشان‌تر به نظر می‌رسند.

لالیچ گفت: ‘این اولین بار است که ما فرضیه ای داریم که کل جمعیت مشاهدات زیر کلاهک یخی را بدون نیاز به معرفی چیزهای منحصر به فرد یا عجیب توضیح می دهد.’ این نتیجه که در آن ما انعکاس‌های روشن پراکنده در سراسر مکان را دریافت می‌کنیم، دقیقاً همان چیزی است که از تداخل لایه نازک در رادار انتظار دارید.»

در حال حاضر، این سوال که آیا یک دریاچه شور در زیر کلاهک قطب جنوب وجود دارد یا نه، بی پاسخ مانده است، اما لالیچ استدلال می کند که شبیه سازی ها حداقل توضیحی بسیار ساده تر و از نظر او، محتمل تر از یک دریاچه ارائه می دهند.

لالیچ گفت: «این ایده که آب مایع حتی تا حدودی نزدیک به سطح وجود داشته باشد، واقعاً هیجان‌انگیز بود. ‘فقط فکر نمی کنم آنجا باشد.’

یافته های تیم لالیچ در ۷ ژوئن در مجله Science Advances منتشر شد.