چرخه آب جدید در مریخ کشف شد!!

میلیاردها سال پیش، مریخ همانند این تصویر به نظر می‌رسید: اقیانوسی که بخشی از سطح آن را پوشانده بود. اعتبار: ناسا / GSFC

تقریبا هر دو سال زمینی، در تابستان نیمکره جنوبی مریخ، یک پنجره باز می‌شود: فقط در این فصل بخار آب می‌تواند به جو مریخ صعود کند، باد گاز نادر را به قطب شمال حمل می‌کند. در حالی که بخشی از بخار آب به فضا فرار می‌کند، بقیه آن در کنار قطب‌ها به صورت باران فرو می‌ریزند. محققان موسسه فیزیک و فناوری مسکو و موسسه ماکس پلانک تحقیقات سیستم خورشیدی (MPS) در آلمان این چرخه غیرمعمول آب مریخ را در شماره فعلی تحقیق ژئوفیزیک توصیف می‌کنند. شبیه‌سازی کامپیوتری آنها نشان می‌دهد که چگونه بخار آب بر هوای سرد در اتمسفر میانی مریخ غلبه می‌کند و به لایه‌های بالاتر می‌رسد. این امر می‌تواند توضیح دهد چرا مریخ، برخلاف زمین، بیشتر آب خود را از دست داده است.

میلیاردها سال پیش، مریخ یک سیاره غنی از آب با رودخانه‌ها و حتی یک اقیانوس بود. از آن زمان، سیاره همسایه ما به طور چشمگیری تغییر کرده است. امروزه تنها مقدار کمی از آب یخ زده در مریخ وجود دارد؛ در جو، بخار آب تنها به مقدار ناچیز پیدا می‌شود. در کل، این سیاره ممکن است حداقل 80 درصد از آب اولیه خود را از دست داده باشد. در جو فوقانی مریخ، توسط اشعه ماوراء‌بنفش خورشید، مولکولهای آب به هیدروژن (H) و رادیکالهای هیدروکسیل (OH) تقسیم می‌شود. هیدروژن به فضا باز می‌گردد. اندازه‌گیری‌های فضاپیماها و تلسکوپ فضایی نشان می‌دهد که حتی هنوز هم آب به این صورت از دست می‌رود. ولی چطور این امر ممکن است؟ لایه میانی اتمسفر مریخ، مانند تروپوپوز زمین، در واقع گاز را متوقف می‌کند. پس از همه، این منطقه معمولا خیلی سرد است که بخار آب به یخ تبدیل شود. بخار آب مریخ چگونه به لایه‌های بالایی می‌رسد؟

محققان روسی و آلمانی در شبیه‌سازی‌های فعلی خود یک مکانیسم ناشناخته را یادآور یک نوع پمپ می‌دانند. مدل آنها به طور جامع جریانهای موجود در کل گاز را در اطراف مریخ از سطح به ارتفاع 160 کیلومتر توصیف می‌کنند. محاسبات نشان می‌دهد که اتمسفر معمولی یخ سرد دوبار در روز به بخار آب تبدیل می‌شود اما فقط در یک مکان خاص و در یک زمان مشخص سال است.

توزیع عمودی بخار آب بر روی مریخ در طی یک سال مریخی، در اینجا در ساعت 3 صبح محلی نشان داده شده است. تنها زمانی که تابستان نیمکره جنوبی است، بخار آب می‌تواند به لایه‌های اتمی بیشتری برسد.
اعتبار: GPL, Shaposhnikov et al.: Seasonal „Water“ Pump in the Atmosphere of Mars: Vertical Transport to the Thermosphere

مدار مریخ نقش تعیین‌کننده‌ای در این بازی دارد. مسیر آن در اطراف خورشید، که حدود دو سال زمینی طول می‌کشد، بسیار بیضوی‌تر از سیاره ما است. در نقطه نزدیک به خورشید (که تقریبا با تابستان نیمکره جنوبی همخوانی دارد)، مریخ تقریبا 42 میلیون کیلومتر نسبت به خورشید نزدیکتر از نقطه دورتر آن است. بنابراین تابستان در نیمکره جنوبی به طور قابل توجهی گرمتر از تابستان در نیمکره شمالی است.

پل هارتوگ از MPS می‌گوید: “هنگامی که تابستان نیمکره جنوبی فرا می‌رسد، در برخی مواقع روز، بخار آب می‌تواند به صورت محلی با توده‌های هوای گرم صعود کند و به اتمسفر برسد.” در لایه‌های اتمسفر بالا، جریان هوا گاز را در امتداد به قطب شمال حمل می‌کند، جایی که دوباره سرد می‌شود و به صورت باران فرو می‌ریزد. با این حال، بخشی از بخار آب از این طریق فرار می‌کند: تحت تاثیر تابش خورشید، مولکول‌های آب تجزیه می‌شوند و هیدروژن به فضا می‌رود.

یکی دیگر از ویژگی‌های مریخ می‌تواند این چرخه هیدرولوژیکی غیرمعمول را تقویت کند: طوفان‌های گرد و غبار فراوانی که در کل سیاره وجود دارند و بارها و بارها مریخ را در چندین سال تحت تأثیر قرار می‌دهند. آخرین طوفان‌های مریخ در سال 2018 و 2007 اتفاق افتاد و به طور کامل توسط کاوشگرهای فضایی در مدار مریخ ثبت شد. الکساندر مدودف از MPS می‌گوید: “مقادیر گرد و غباری که از طریق جو در طی چنین طوفان بوجود می‌آید، انتقال بخار آب را به لایه‌های هوای بالا سرعت می‌بخشد.”

بارها و بارها، طوفان گرد و غبار مریخی کل سیاره را دربر‌می‌گیرد، همانطور که در ژوئن 2018 در رخ داد. تصویر توسط مریخ‌نورد کنجکاوی ناسا گرفته شده است. طوفان‌هایی از این نوع می‌تواند حمل و نقل آب را به اتمسفر بالایی مریخ تسریع بخشد. اعتبار: ناسا

محققان محاسبه کرده‌اند که در طول طوفان گرد و غباری سال 2007، مانند طوفان در نیمکره جنوبی دو برابر بخار آب به اتمسفر فوقانی رسید. از آنجایی که ذرات گرد و غبار نور خورشید را جذب می‌کنند و درنتیجه حرارتشان زیاد می‌شود، درجه حرارت در کل جو به 30 درجه افزایش می‌‌یابد. دیمتری شاپوشنیکف از موسسه فیزیک و فناوری مسکو که اولین نویسنده این تحقیق است توضیح می‌دهد: “مدل ما با دقت بی‌سابقه‌ای نشان می دهد که گرد و غبار در اتمسفر بر روند فرآیندهای میکرو فیزیکی درگیر در تبدیل یخ به بخار آب تاثیر می‌گذارد.

هارتوگ می‌گوید: “ظاهرا بخار آب در جو مریخ نسبت به زمین بیشتر قابل نفوذ است.” “چرخه آب جدید فصلی که کشف شده است به طور گسترده‌ای در مریخ ادامه می‌یابد” و باعث از دست دادن آب آن می‌شود. ”

ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
New water cycle on Mars discovered
by Max Planck Society
https://phys.org/news/2019-05-mars.html