چرا آب بسیار کمی در مریخ باقی مانده است؟

کلاه قطبی شمالی مریخ، عکسبرداری شده توسط ماموریت مدارگرد شناسایی مریخ ناسا. (اعتبار تصویر: NASA / JPL-Caltech / MSSS)

مریخ به دلیل جو نازک خود معروف است، جایی که CO2 غالب است و بیشتر جرم و فشار جو را تأمین می‌کند. در حقیقت، فشار مشابه فشار استراتوسفر زمین است که لایه‌ای از جو است و در بیش از 30 کیلومتری سطح قرار دارد.

اما در مورد آب چطور؟ آب موجود در مریخ در حال حاضر روی سطح به صورت لایه‌ای از یخ – به ضخامت چند کیلومتر – در قطب شمال یافت می‌شود. همچنین در سردترین زمانهای سال به صورت یخبندان فصلی و در جو به صورت بخار و یخ ظاهر می‌شود. با این وجود، جو مریخ در مقایسه با زمین بسیار خشک است و حدود 100 برابر آب کمتری دارد. در حالی که بارش بر روی زمین منجر به لایه‌های آب با ضخامت چند سانتی‌متر می‌شود، آبی که در مریخ رسوب می‌کند فقط یک لایه نازک کمتر از یک میلی‌متر تشکیل می‌دهد.

آب از جو مریخ فرار می‌کند

شواهد نشان می‌دهد که مریخ همیشه آن سیاره سرد و خشک نبود که امروز مشاهده می‌کنیم. شواهد زیادی در مورد آب در سطح مریخ در گذشته‌های دور – حدود چهار بیلیون سال پیش – وجود دارد. در آن زمان، آب مایع در رودخانه‌های بزرگ جریان می‌یافت و به صورت استخر یا دریاچه راکد می‌ماند، مانند دهانه Jezero که توسط مریخ‌نورد پشتکار یا استقامت کشف شد که در جستجوی ردپای زندگی گذشته است.

دهانه Jezero ، جایی که استقامت در فوریه 2021 فرود آمد، در گذشته‌های دور دریاچه‌ای بود. (اعتبار تصویر: NASA / JPL-Caltech)

برای اینکه آب مایع به اندازه کافی گردش کند و روی سطح آن بماند تا این آثار را از خود برجای بگذارد، باید آب و هوایی کاملاً متفاوت با آب و هوایی که امروز می‌بینیم وجود داشته است. مریخ، زمین و زهره احتمالاً از تجمع تدریجی همان مواد اولیه تشکیل شده‌اند، به این معنی که آنها باید در اوایل تاریخ خود شباهت زیادی داشته باشند. اما در حالی که زمین و ناهید بیشتر جو ضخیم خود را حفظ کرده‌اند، مریخ به دلیل اندازه کوچک و گرانش کم، بیشتر جو خود را از دست داده است.

در حقیقت این “اتلاف گاز به فضا” است که به توضیح خلوص کنونی جو مریخ کمک می‌کند. این اتلاف در اتمسفر بسیار بالای 200 کیلومتر اتفاق می‌افتد، جایی که مولکول‌ها به اتم تجزیه شده‌اند و ممکن است سبک‌ترینها مانند هیدروژن از جاذبه ضعیف مریخ جدا شوند.

داده های جدید

اطلاعات جدید مأموریت مدارگرد شناسایی گاز  که در مجله Nature Astronomy منتشر شده است، مکانیزم‌های ظریف از دست دادن آب به فضا را روشن کرده است.

آب مریخ دارای ترکیب شیمیایی بسیار خاصی است. “ایزوتوپ”های مختلف آب وجود دارد – در آب نیمه‌سنگین HDO، یک اتم هیدروژن را می‌توان با یک اتم دوتریم (D) جایگزین کرد. (که دو برابر هیدروژن است زیرا دارای ذره‌ای به نام نوترون علاوه بر پروتون در هسته آن است.) اندازه‌گیری‌هایی که به دهه 1980 باز می‌گردد نشان می‌دهد که غلظت نسبی دوتریم در آب مریخ شش برابر زمین است. این به عنوان نتیجه از دست دادن هیدروژن تفسیر می‌شود، به تدریج ایزوتوپ‌های سنگین‌تر را پشت سر می‌گذارد.

مقدار اولیه آب در مریخ باید حداقل شش برابر بیشتر از الآن باشد (معادل یك لایه مایع با ضخامت حدود 100 متر كره زمین). این نشان می‌دهد که نسبت آب نیمه‌سنگین برای درک جوانی مریخ و روشن کردن این فرضیه که زمانی دارای آب و هوای گرم و مرطوب است، پیش شرط زیست‌پذیری چقدر حیاتی است.

این نتایج حاصل از مدارگرد شناسایی گاز به ما می‌گوید که چگونه آب و آب نیمه‌سنگین در جو پایین به جو بالایی می‌رسند و به اتم‌هایی تقسیم می‌شوند که می‌توانند به فضا فرار کنند. به طور خاص، در مورد فرآیندهای میانی که هیدروژن و دوتریم به آن وارد می‌شوند، اطلاعات بیشتری به ما می‌دهد.

طی 20 سال گذشته، دو نظریه پیشنهاد کرده‌اند که هیدروژن و دوتریم نمی‌توانند به نسبت‌هایی که در مولکول‌های آب جوی پایین‌تر وجود دارند، به اگزوسفر برسند. فرآیندهای میانی که می‌توانند آن را فعال کنند، متراکم شدن (تبدیل بخار آب به آب مایع)، ابرهای یخی آب مریخ را تشکیل می‌دهد و فوتولیز که مولکول آب را شکسته و یک اتم هیدروژن یا دوتریم را تحت‌تأثیر نور ماوراءبنفش آزاد می‌کند.

آنچه مطالعه اخیر ما نشان داده این است که تراکم در واقع نقش جزئی در محتوای دوتریم اگزوسفر دارد. با تشکر از ابزار  Atmospheric Chemistry Suite مدارگرد شناسایی گاز و اندازه‌گیری همزمان H20 و HDO، ما توانستیم نشان دهیم که اتم‌های هیدروژن و دوتریم از کجا آمده‌اند. این امر با توجه به اینکه در مریخ در ارتفاع و زمانی از سال است که تراکم فرصتی برای دخالت در اثر تجزیه در اثر نور ندارد، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

معلوم می‌شود که فوتولیز فرآیند غالب است: بخش عمده‌ای از اتم‌ها را تولید می‌کند و تقسیم ایزوتوپی اتم‌های هیدروژن را که از جو بالایی مریخ فرار می‌کنند را برعهده دارد.

این امر درک جدیدی از فرآیندهایی که منجر به از دست دادن آب به فضا می‌شود، نقطه عطف اساسی در تلاش برای ردیابی تاریخچه آب در مریخ است. فقط مدارگرد شناسایی گاز قادر است غلظتهای مشترک H20 و HDO را نشان دهد. اما ماهواره ماون ناسا قادر است جمعیت هیدروژن و دوتریم را در اگزوسفر مشاهده و توصیف کند.

همزمانی این دو مأموریت، حیات بخشیدن به یک تحقیق جدید است. این ممکن است به دانشمندان اجازه دهد مسیر کامل آب در مریخ را توصیف کنند (از جو پایین به جو فوقانی و به فضا). تنها درک دقیق این مسیر به دانشمندان امکان می‌دهد سناریوهای قابل اعتمادی را برای تاریخچه آب در چند بیلیون سال گذشته تهیه کنند و قابلیت سکونت مریخ در گذشته را تأیید کنند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Why is there so little water left on Mars?

By Frank Montmessin 

https://www.space.com/why-is-there-so-little-water-left-on-mars