جو مریخ در حال پاشیده شدن به فضاست

مأموریت‌های بعدی با بررسی ساختارهایی که در حضور آب شکل می‌گیرند (مانند کانال‌های جریان، بادبزن‌های دلتایی و رسوبات لایه‌ای)، وجود مواد معدنی آب‌دار و رس‌ها در دهانه‌های برخوردی، و کشف یخ زیرسطحی و خاک منجمد (پرمافراست) در سطح سیاره، این نظریه را تأیید کردند.
این یافته‌ها نشان می‌دهند که مریخ زمانی دارای جوی نسبتاً ضخیم بوده که دمای کافی برای نگه‌داشتن آب مایع در سطح را فراهم می‌کرد.

اما این کشف، معمای بزرگی را نیز ایجاد کرد: مریخ چگونه و چه زمانی جو خود را از دست داد و به سیاره‌ای خشک و سرد تبدیل شد؟
بر اساس داده‌های به‌دست‌آمده از مأموریت MAVEN ناسا (مطالعه جو و تکامل مواد فرّار مریخ)، دانشمندان نظریه‌ای مطرح کرده‌اند که طبق آن، فرآیند «پاشش» (sputtering) یکی از دلایل اصلی این پدیده است؛ نوعی فرسایش فضایی که در آن ذرات باردار به جو مریخ برخورد می‌کنند و باعث می‌شوند ذرات دیگر از جو خارج و به فضا پرتاب شوند.

در یک مطالعه‌ی اخیر که با حمایت ناسا انجام شد، تیمی از اخترفیزیک‌دانان با تحلیل داده‌های ۹ ساله‌ی مأموریت MAVEN، به این نتیجه رسیدند که این فرآیند همچنان تا به امروز ادامه دارد.
رهبری این پژوهش را پروفسور شانون ام. کاری از آزمایشگاه فیزیک جوی و فضایی در دانشگاه کلرادو بولدر بر عهده داشت که هم‌اکنون نیز مدیر اصلی مأموریت MAVEN است. او به همراه همکارانی از مؤسسات دیگر از جمله دانشگاه کالیفرنیا برکلی، آزمایشگاه علوم فضایی فرانسه (LATMOS)، دانشگاه آیووا، و مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا، این تحقیق را انجام داده‌اند. نتایج این پژوهش در نشریه Science Advances منتشر شده است.

با توجه به شواهد فراوان از وجود جریان آب، دانشمندان گمان می‌کنند که فشار جوی مریخ در گذشته بسیار بالاتر بوده است.
درک چگونگی فرسایش جو مریخ در اثر پدیده‌های فضایی، برای پی بردن به زمان و چگونگی گذار این سیاره از محیطی قابل‌زیست به وضعیت فعلی‌اش بسیار مهم است.
در حالی‌که جو زمین نیز تحت فرسایش قرار دارد، تفاوت اساسی اینجاست که زمین دارای میدان مغناطیسی محافظ است، اما مریخ فاقد آن است. در نتیجه، باد خورشیدی مستقیماً با جو فوقانی مریخ برخورد می‌کند و ذرات را یونیزه کرده و تا حدی شتاب می‌دهد که از گرانش سیاره فرار می‌کنند.

این ذرات همچنین می‌توانند به سمت پایین شتاب گرفته و دوباره وارد جو شوند، با ذرات دیگر برخورد کرده و انرژی کافی برای پرتاب آن‌ها به فضا ایجاد کنند — فرآیندی که به آن «پاشش» گفته می‌شود.
در حالی‌که امروزه فرار جو عمدتاً از طریق فرایندهای فوتوشیمیایی و حرارتی انجام می‌شود، فرض بر این است که در گذشته‌های دور، زمانی که فعالیت خورشیدی بسیار شدیدتر بود، پاشش فرآیند غالب بوده است.
پروفسور کاری در ایمیلی توضیح داد:
«ما مواردی از پاشش را در هنگام طوفان‌های خورشیدی دیده بودیم، اما برای اینکه ببینیم آیا این پدیده به‌طور روزانه هم رخ می‌دهد، باید کل سیاره را در زمان‌های مختلف شبانه‌روز بررسی می‌کردیم — چیزی که انجام آن تقریباً یک دهه زمان برد.»

برای به‌دست‌آوردن شواهد مستقیم از پاشش در دوران مدرن و مشخص‌کردن نرخ وقوع آن، تیم کاری از داده‌های ۹ ساله ابزارهای MAVEN استفاده کرد.
اگرچه مدل‌های مختلفی از این فرآیند تهیه شده، بیشتر آن‌ها بر عناصر واکنش‌پذیری مانند اکسیژن (O، O₂) و دی‌اکسیدکربن (CO₂) متمرکز بوده‌اند که تمایز بین پاشش و واکنش‌های فوتوشیمیایی را بسیار دشوار می‌کرد.
بنابراین، تیم تحقیقاتی تمرکز خود را بر روی چگالی گاز آرگون (Ar) در جو مریخ گذاشت.
با بررسی رابطه‌ی بین چگالی آرگون و میدان‌های الکتریکی خورشیدی، آن‌ها توانستند نخستین شواهد مستقیم از پاشش در زمان حال را به دست آورند.

کاری توضیح داد:
«ما می‌دانستیم که پاشش در مکان‌های مختلف — از جمله روی سطوح — می‌تواند رخ دهد، پس اصل فرآیند برایمان آشنا بود. همچنین به کمک بررسی ایزوتوپ‌های آرگون، شواهدی از وقوع پاشش در مریخ به دست آوردیم. در واقع، ایزوتوپ‌های سبک‌تر در لایه‌های بالاتری از جو قرار دارند و ایزوتوپ‌های سنگین‌تر پایین‌تر؛ بنابراین پاشش ایزوتوپ‌های سبک‌تر را بیشتر از سنگین‌ترها حذف کرده بود — چیزی که ما در داده‌ها مشاهده کردیم.
نتایج ما نشان می‌دهد که میزان پاشش تقریباً چهار برابر بیشتر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد، و این یعنی باید مدل‌های فیزیکی‌ خود را برای توضیح بهتر این پدیده به‌روزرسانی کنیم. این کشف بزرگی است و ممکن است مسیر اصلی فرار جو مریخ در طول زمان همین فرآیند بوده باشد.»

تیم کاری همچنین شواهدی از افزایش پاشش در هنگام طوفان‌های خورشیدی ارائه داده‌اند، که می‌تواند نگاهی به شرایط اولیه منظومه شمسی — زمانی که فعالیت‌های خورشیدی شدیدتر بود — فراهم کند.
اثبات نقش پاشش با مشاهدات مستقیم، برای درک شرایطی که روزگاری مریخ را به سیاره‌ای گرم و مرطوب تبدیل کرده بود، حیاتی است.
با ثبت نخستین شواهد رصدی از این فرآیند، یافته‌های جدید می‌توانند تأثیر چشمگیری بر مدل‌های جوی مریخ و بررسی امکان‌پذیری سکونت در آن داشته باشند.