راز مفقودشدهای که فاش میکند چرا مریخ نفرین شد: سرنوشت سیاره سرخ در دستان چه کسی بود؟
دانشمندان مدتهاست میدانند که رودخانههای باستانی، کانالهایی را در سراسر مریخ ایجاد کردهاند، اما مسیر دقیق آب بین سطح و زیر سطح همواره یک معما باقی مانده است. مطالعهای جدید به رهبری محققان فارغالتحصیل در دانشگاه تگزاس در آستین، ارتباط حیاتی بین دریاچههای تغذیه شده از باران در سطح و یک مخزن آب زیرزمینی عمیق را در حدود ۱.۶ کیلومتری (یک مایل) زیر سطح باستانی مریخ نشان میدهد.
زمانبندی سفر آب در زیرِ زمینِ مریخ
بر اساس این مطالعه که در مجلهی Geophysical Research Letters منتشر شده است، محققان، محمد افضل شاداب و اریک هیات، از یک مدل کامپیوتری تخصصی برای محاسبهی سرعت نفوذ آب در خاکهای اولیهی مریخ استفاده کردند. نتایج آنها نشان میدهد که آب از سطح به آبخوان عمیق در طی یک دورهی زمانی بین ۵۰ تا ۲۰۰ سال نفوذ کرده است. در حالی که این ممکن است در مقایسه با زمین آهسته به نظر برسد – جایی که همین سفر میتواند تنها چند روز طول بکشد – این تفاوت به این دلیل است که سطح آب مریخ بسیار عمیقتر بوده و شرایط گرانش و دمای آن به طور چشمگیری نفوذ را کند کرده است.
این تخمین، اولین اندازهگیری کمی از زمان حرکت آب زیرزمینی در طول دورهی مرطوبتر مریخ، تقریباً سه تا چهار میلیارد سال پیش است. این مدل نشان میدهد که مقدار آبی که در زیر زمین از دست رفته است میتواند حداقل برابر با ۹۰ متر (۳۰۰ فوت) در عمق جهانی باشد که نشاندهندهی بخش قابل توجهی از موجودی اولیهی آب مریخ است. مریخ اولیه احتمالاً با اقیانوسی به عمق چند صد متر شروع کرده است، بنابراین این ذخیرهسازی زیرزمینی بخش زیادی از آب گمشدهی این سیاره را تشکیل میدهد.
سفری یکطرفه برای آب مریخ
در زمین، آب سطحی به طور مداوم از طریق تبخیر، میعان و بارش در چرخه است و دریاچهها و رودخانهها را در طول هزارهها حفظ میکند. با این حال، به نظر میرسد مریخ به گونهای متفاوت عمل کرده است.
به گفتهی اریک هیات، «وقتی آب وارد زمین در مریخ میشد، برای همیشه از دست میرفت. آن آب هرگز برنمیگشت.» این مطالعه از مدلی پشتیبانی میکند که در آن آب سطحی تخلیه شده و به داخل پوستهی سیاره نفوذ کرده و در منافذ یا شبکههای معدنی به دام میافتد، در حالی که اتمسفر نازک مریخ به بخار باقیمانده اجازه میدهد تا به فضا فرار کند. این جریان یکطرفه با چرخهی پویای آب زمین در تضاد است و نشان میدهد که چرا آب سطحی مریخ کوتاه مدت بوده است.
با از دست دادن اتمسفر و دریاهای سطحی، آب زیرزمینی یا یخ زد یا به طور شیمیایی با سنگها پیوند خورد و مواد معدنی هیدراته را تشکیل داد. این ذخیرهی آب زیرزمینی عمیق نه تنها سرنخهای علمی در مورد تاریخ مریخ ارائه میدهد، بلکه میتواند به عنوان منبعی برای کاوشگران آینده نیز عمل کند.
مدلسازی خاک و جریان آب در مریخ اولیه
محققان خاک اولیهی مریخ را به عنوان یک لایهی متخلخل بالای سنگ بستر بازالتی مدلسازی کردند و دادههایی در مورد دما، گرانش و نفوذپذیری خاک از شهابسنگها و مأموریتهای مریخنورد را در آن گنجاندند. الگوریتمهای احتمالاتی آنها تغییرات در بارش، تخلخل و دما را در نظر گرفتند و طیف گستردهای از زمانهای نفوذ از ۵۰ تا ۲۰۰ سال را آشکار کردند. گرانش کمتر مریخ به این معنی است که فشار آب منفذی به آرامی با عمق افزایش مییابد و دمای سردتر سطح تبخیر را کاهش میدهد، هر دو عامل باعث کاهش سرعت نزول آب در مقایسه با زمین حدود دو مرتبه میشود.
این مطالعه به خوبی با مشاهدات مداری که مواد معدنی هیدراته گستردهای را در پوستهی مریخ نشان میدهد و شواهد راداری از ذخایر یخ مدفون در عرضهای میانی مطابقت دارد. اندازهگیریهای جوی همچنین نشان میدهد که بیش از نیمی از آب اصلی مریخ به فضا فرار کرده است، اما این تحقیق با تعیین کمیت مقدار آبی که به زیر زمین منتقل شده و به دام افتاده است، به پر کردن این شکاف کمک میکند.
جستجو برای آبخوانهای پنهان مریخ
محمد افضل شاداب، که اکنون محقق فوق دکترا در دانشگاه پرینستون است، قصد دارد این مدل نفوذ را با شبیهسازیهای آب و هوایی جهانی که شامل بارندگی، رواناب و فعالیتهای آتشفشانی است، ادغام کند. چنین کاری میتواند سناریوهایی از یک اقیانوس شمالی طولانیمدت تا سیلهای کوتاهمدت ناشی از ضربهها یا فعالیتهای آتشفشانی را آزمایش کند.
ماموریتهای آینده ممکن است تلاش کنند تا عمق یک کیلومتری برای نمونهبرداری مستقیم از این آبخوانهای باستانی حفاری کنند. تجزیه و تحلیل ایزوتوپی میتواند نشان دهد که چه مقدار آب در زیر زمین قفل شده است در مقابل اینکه چه مقدار به طور شیمیایی پوستهی سیاره را تغییر داده است.
همانطور که اریک هیات میگوید، “موتور هیدرولوژیکی سیاره سرخ فاقد پمپ بازیافت قوی بود که به توپ آبی زمین نیرو میدهد.” این بینش، درک ما از گذشتهی پر آب مریخ را تقویت میکند و تلاشهای اکتشافی آینده را برای کشف مخازن پنهان آن هدایت میکند.