پاسخی برای معمای دوگانگی مریخ: سیاره سرخ حقیقتش را آشکار کرد

ارتفاعات جنوبی مریخ (که تقریباً دو سوم سطح سیاره را پوشش می‌دهند) تا پنج یا شش کیلومتر بالاتر از مناطق پست شمالی قرار دارند. در هیچ نقطه دیگری از منظومه شمسی چنین تفاوت بزرگ و واضحی در این مقیاس مشاهده نمی‌شود.

علت این تفاوت چشمگیر چیست؟ دانشمندان در این مورد به دو گروه تقسیم شده‌اند: گروهی معتقدند که این دوگانگی ناشی از عوامل خارجی مانند برخورد یک سیارک غول‌پیکر به اندازه یک قمر است و گروهی دیگر آن را به عوامل داخلی مانند جریان گرما درون مواد مذاب سیاره نسبت می‌دهند.

در پژوهشی جدید که در ژورنال Geophysical Research Letters منتشر شده، ما داده‌های زمین‌لرزه‌های مریخی را که توسط کاوشگر Insight ناسا در نزدیکی مرز جداکننده دو سوی این دوگانگی ثبت شده، تحلیل کردیم. بررسی چگونگی حرکت ارتعاشات ناشی از این زمین‌لرزه‌ها نشان داد که منشاء این دوگانگی عمیقاً درون مریخ قرار دارد.

دوگانگی مریخی

ارتفاع تنها تفاوت میان دو سوی دوگانگی مریخی نیست. ارتفاعات جنوبی پر از دهانه‌های برخوردی و جریان‌های منجمد شده از گدازه‌های آتشفشانی است، در حالی که سطح مناطق پست شمالی صاف و هموار است و تقریباً هیچ اثر یا ویژگی قابل مشاهده‌ای ندارد.

بر اساس اندازه‌گیری‌های ژئوفیزیکی و نجومی، می‌دانیم که پوسته مریخ در زیر ارتفاعات جنوبی به‌طور قابل‌توجهی ضخیم‌تر است. علاوه بر این، سنگ‌های جنوبی مغناطیسی هستند (که نشان می‌دهد آن‌ها مربوط به زمانی هستند که مریخ میدان مغناطیسی جهانی داشته)، در حالی که سنگ‌های مناطق پست شمالی فاقد مغناطیس هستند.

دوگانگی مریخی در دهه ۱۳۴۸ با تصاویر ارسالی از کاوشگرهای وایکینگ کشف شد که تفاوت در ارتفاع و تراکم دهانه‌های برخوردی را نشان دادند. تراکم دهانه‌ها (تعداد دهانه‌ها در هر واحد مساحت) می‌تواند برای تخمین سن سنگ‌های سطحی استفاده شود – هر چه سطح قدیمی‌تر باشد، دهانه‌های بیشتری دارد. بنابراین ارتفاعات جنوبی ظاهراً قدیمی‌تر از مناطق پست شمالی هستند.

دانشمندان همچنین معتقدند زمانی در گذشته یک اقیانوس وسیع از آب مایع در مریخ وجود داشته که احتمالاً در همان منطقه مناطق پست شمالی قرار داشته است. درباره این موضوع بحث‌های زیادی وجود دارد، زیرا وجود یا عدم وجود رسوبات، ساختارهای زمین‌ریخت‌شناختی، و برخی مواد معدنی که در اثر پوشش زمین توسط یک اقیانوس تشکیل می‌شوند، به‌عنوان شواهد اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

وجود آب مایع پیش‌شرط حیات است، بنابراین علاقه جامعه علمی و آژانس‌های فضایی به این مسئله کاملاً قابل درک است.

عوامل بیرونی یا نیروهای درونی؟

منشاء دوگانگی مریخی مدت‌هاست که یک معمای دیرپا در علوم سیاره‌ای محسوب می‌شود. چه فرآیند طبیعی تدریجی یا پدیده کیهانی خشونت‌آمیزی می‌تواند در مراحل اولیه مریخ (با توجه به سن سنگ‌های سطحی آن) پاسخی برای این سؤال ارائه دهد؟

دو فرضیه اصلی مطرح شده است:

1. فرضیه درونی: این فرضیه می‌گوید تفاوت در انتقال گرما از طریق بالا آمدن مواد گرم‌تر و پایین رفتن مواد سردتر درون گوشته مریخ باعث ایجاد دوگانگی قابل مشاهده در سطح آن شده است.
2. فرضیه بیرونی: بر اساس این فرضیه، علت دوگانگی از فضا آمده است. این به معنای برخورد فاجعه‌بار یک جرم عظیم به اندازه یک قمر یا چندین جرم کوچک‌تر است که سطح سیاره را تغییر داده است.

زمین‌لرزه‌های مریخی

در زمین، ما می‌توانیم با استفاده از داده‌های صدها یا هزاران لرزه‌نگار، محل وقوع زلزله را مشخص کنیم. اما در مریخ تنها داده‌های یک ابزار لرزه‌نگاری در کاوشگر Insight در دسترس است. برای یافتن محل وقوع یک زمین‌لرزه در مریخ، باید تفاوت زمان رسیدن انواع مختلف ارتعاشات (موسوم به امواج P و S) را اندازه‌گیری کنیم.

این روش به ما امکان می‌دهد فاصله تا زمین‌لرزه را محاسبه کنیم. همچنین می‌توانیم با بررسی حرکت ذرات در سطح مریخ، جهت زمین‌لرزه را تعیین کنیم.

پس از ایجاد یک سیستم برای شناسایی زمین‌لرزه‌های مریخی با استفاده از داده‌های Insight، آن را با رخدادهای شناخته‌شده‌ای مانند برخورد شهاب‌سنگ‌ها که توسط دوربین‌های ماهواره‌ای ثبت شده‌اند، مقایسه کردیم. نتایج نشان داد که روش ما به‌طور دقیق به یک خوشه از زمین‌لرزه‌ها در منطقه Terra Cimmeria در ارتفاعات جنوبی اشاره دارد.

سپس، از دست رفتن انرژی امواج S در هنگام عبور از سنگ‌های ارتفاعات جنوبی را بررسی کردیم. همچنین محاسبات مشابهی را برای زمین‌لرزه‌های قبلی در منطقه Cerberus Fossae در مناطق پست شمالی انجام دادیم. مقایسه این دو نشان داد که امواج در ارتفاعات جنوبی سریع‌تر انرژی خود را از دست می‌دهند. محتمل‌ترین توضیح این است که سنگ‌های زیر ارتفاعات جنوبی نسبت به شمال گرم‌تر هستند.

زمین‌لرزه‌ها و دوگانگی مریخی

این تفاوت دما بین دو نیمه دوگانگی، از این ایده پشتیبانی می‌کند که این پدیده ناشی از نیروهای درونی مریخ بوده است، نه یک برخورد خارجی.

برای توضیح بیشتر، دانشمندان مدل‌هایی از چگونگی شکل‌گیری دوگانگی ایجاد کرده‌اند که بر اساس ناهمواری اولیه در پوسته مریخ در دوران گذشته است. در برهه‌ای از زمان، مریخ دارای صفحات تکتونیکی متحرک بوده است، شبیه به زمین. حرکت این صفحات و سنگ‌های مذاب زیر آن‌ها ممکن است چیزی شبیه به دوگانگی ایجاد کرده باشد – که با توقف حرکت صفحات تکتونیکی و ایجاد آنچه دانشمندان “پوسته ثابت” می‌نامند، در جای خود ثابت شده است.

این رویدادها ممکن است الگوهایی از همرفت در سنگ مذاب ایجاد کرده باشد که می‌توانند دوگانگی فعلی را توضیح دهند، با حرکت رو به بالا در زیر ارتفاعات جنوبی و حرکت رو به پایین در زیر مناطق پست شمالی می باشد.

شواهد زمین‌لرزه‌ای ما از تفاوت دمایی میان دو نیمه با این مدل‌ها سازگار است. برای پاسخ قطعی به این پرسش که چه چیزی باعث دوگانگی مریخی شده است، به داده‌های بیشتر از زمین‌لرزه‌های مریخی و همچنین مدل‌های دقیق‌تر از چگونگی تشکیل مریخ و مقایسه آن با زمین و سایر سیارات نیاز داریم. با این حال، مطالعه ما بخش مهمی از این معما را روشن کرده است.