احتمال وجود آب و اتمسفر در مریخ، سه میلیارد سال پس از ناپدید شدن

بی بی سی: مریخ امروزه سیاره‌ای خشک و خالی است. به هر طرف بنگرید سطحی به رنگ زنگ آهن می‌بینید. گرد و غبار در اتمسفری رقیق عمدتا از جنس دی اکسید کربن معلق است؛ اتمسفری که به زحمت به سیاره بند شده است.

با این حال زمانی در گذشته سیاره سرخ وضعیت خیلی متفاوتی داشت. رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و شاید حتی اقیانوس‌هایی از آب مایع سطح آن را می‌پوشاند. پیرامون این کره پرآب را جو غلیظی فرا گرفته بود.

پس اینها کجا رفته است؟

اینکه چه اتفاقی برای آب و اتمسفر کربنی مریخ افتاد، مدت‌ها برای کسانی که این سیاره را مطالعه می‌کنند یک معما بوده است. اما شاید جواب آن بالاخره در طول سال گذشته پیدا شده باشد. دو مطالعه نشان می‌دهد که احتمالا هر دو اینها به اعماق مریخ نفوذ کرده‌اند.

این یعنی آن آب و آن کربن هنوز در مریخ هستند و یک ماموریت آینده به این سیاره شاید بتواند به آنها دسترسی پیدا کند.
گذشته مرطوب و بادگیر مریخ
قرن‌ها قبل از اولین ماموریت فضایی به مریخ، مردم در مورد آنچه روی سطح مریخ قرار داشت فرضیاتی داشتند. نویسندگان منظره‌ای را تصور می‌کردند که پوشیده از جنگل‌های انبوه از شاخ و برگ‌های قرمز و تمدن‌های بیگانه بود.

فضاپیمای مارینر ۴ ناسا با عبور در سال ۱۹۶۴ از کنار سیاره این تصورات را باطل کرد.

با گذشت زمان، ماموریت‌های جدید تصاویری با وضوح بالاتر از این سیاره ارسال کردند. این تصاویر وجود دره‌های عمیق و دلتاهایی مثل بادبزن، شبیه آنچه که رودخانه‌ها اینجا در زمین حک می‌کنند، را آشکار کرد.

در سال ۱۹۹۷ ماموریت پت‌فایندر بر سطح مریخ فرود آمد، در زمینی پر از سنگ‌هایی که ظاهرا با یک سیل قدیمی به این نقطه منتقل شده بودند.

سرانجام، در اوایل دهه دو هزار، مریخ نوردهای اسپیریت و آپورچونیتی سنگ‌های رسوبی و سایر مواد معدنی را کشف کردند که فقط در حضور آب مایع شکل می‌گیرند. این در نهایت تایید کرد که بله، آب زمانی در سطح مریخ وجود داشته است.

همزمان فضاپیماهای مستقر در مدار مریخ، اتمسفر رقیق سیاره را بررسی کردند که انبوهی از ایزوتوپ‌های سنگین را آشکار کرد. از آنجا که ایزوتوپ‌های سبک‌تر شانس بیشتری برای فرار به فضا دارند، این قویا نشان می‌دهد که سیاره بیشترِ جو خود را از دست داده است.

جالب‌تر از آن، وقتی آنها فراوانی نسبی کربن به کریپتون را اندازه‌گیری کردند - گازی غیرفعال که در طول تاریخ چهار میلیارد و ۶۰۰ میلیون ساله مریخ تا حد زیادی بدون تغییر باقی مانده است - دریافتند که مریخ حدود یک دهم کربن زمین یا زهره را دارد.
مریخ نورد آپورچونیتی سنگ‌های هماتیت گردی را یافت که فقط در حضور آب شکل می گیرندفرض بر این است که هر سه سیاره سنگی، در ابتدا اتمسفرهای بدوی کم و بیش مشابهی داشتند. اگر چنین باشد، این بدان معناست که جو مریخ حداقل ۹۰ درصد کربن خود را از دست داده است.

همه اینها نشان می‌دهد که مریخ زمانی پوشیده از آب بوده و جوی غنی از کربن داشت. سپس در حدود سه میلیارد و ۶۰۰ میلیون سال پیش، هر دو ناپدید شدند.
ناپدید شدن آب و اتمسفر مریخ
در ابتدا، نظریه‌ غالب این بود که اتمسفر و آب مریخ به فضا فرار کرده‌اند. روی زمین، فعالیت‌های تکتونیکی و میدان مغناطیسی نقش مهمی در حفظ جو دارند.

فعالیت‌های تکتونیکی با حرکت صفحات زمین و فعالیت‌های آتشفشانی سنگ‌های تازه را به سطح می‌آورد، جایی که با اتمسفر و آب برهم‌کنش دارند، آب و هوا را جذب می‌کنند یا اینکه سنگ‌های قدیمی را به داخل گوشته بازمی‌گردانند. میدان مغناطیسی هم بادهای خورشیدی را دفع می‌کند تا به زمین نرسد.

در مریخ، نه فعالیت تکتونیکی وجود دارد و نه میدان مغناطیسی قدرتمندی. هیچ فعالیت آتشفشانی فعالی هم نیست که بتواند جو را با گازهای تازه پر کند. به علاوه بادهای خورشیدی به‌راحتی جو مریخ و هر بخار آبی که در آن موجود باشد را از بین می‌برند.

رقیق بودن اتمسفر به معنی کاهش فشار در سطح سیاره است، که باعث می‌شود آب با سرعت بیشتری تبخیر شود و به‌تدریج مقدار بیشتری از آن از دست برود.

هنگامی که محققان شبیه‌سازی‌هایی برای بررسی نحوه تغییر شرایط اقلیمی مریخ در طول زمان انجام دادند، به‌سرعت مشخص شد که از دست رفتن اتمسفر به ‌تنهایی عامل تغییرات نبوده است.

این فقط می‌تواند بخشی از آب از دست رفته مریخ را توضیح دهد و دلیل کاهش چشمگیر سطح کربن در جو مریخ را مشخص نمی‌کند.

پس بقیه آب و اتمسفر مریخ کجا رفته؟
مریخ امروزه اتمسفر بسیار رقیقی دارند، اما مدارگرد اگزومارس آژانس فضایی اروپا قادر به تشخیص درخشش کم رنگ هوای سبز شده استآشکار شدن آب مفقود ‌شده مریخ
در ماه اوت ۲۰۲۴، تیمی از ژئوفیزیکدان‌ها در خبری شگفت انگیز اعلام کردند که متوجه شده‌اند آب مریخ برای بیش از سه میلیارد سال در اعماق این سیاره پنهان بوده است.

این تیم از داده‌های واحد فرود «اینسایت» ناسا استفاده کردند که بین سال‌های ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۲ ارتعاشات کوچک ناشی از لرزه‌های درونی مریخ یا «مریخ لرزه‌ها» را ثبت می‌کرد.

فرودگر «اینسایت» ناسا در طول ماموریت خود بیش از هزار لرزه را ثبت کرد. امواج ناشی از این لرزش‌ها هنگام عبور از سیاره، به‌طور نامحسوسی توسط چگالی و ساختار سنگی آن تغییر می‌کند.

تیم پژوهشگران این تغییرات را شناسایی و تجزیه و تحلیل کرد. آن‌ها با کنار هم قرار دادن این داده‌ها، تصویری از ساختار لایه‌های زیر سطح مریخ ساختند.

آنچه که کشف شد مقادیر زیادی آب بود؛ در واقع حجمی از آب که اگر روی سطح بودعمق آن به یک تا دو کیلومتر می‌رسید. این آب در عمق ۱۱.۵ تا ۲۰ کیلومتری زیر سطح قرار داشت و در میان شکاف‌ها و منافذ ریز سنگ‌ها محبوس شده بود.

مایکل مانگا از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، که در این مطالعه شرکت داشت گفت: «نشان دادن این مساله که یک مخزن بزرگ آب مایع وجود دارد، تصویری از وضعیت اقلیمی چنان که بوده یا می‌توانسته باشد ارائه می‌دهد.»

او اضافه کرد: «آب برای حیات، آنطور که ما می‌شناسیم، ضروری است. من دلیلی نمی‌بینم که این مخزن زیرزمینی محیطی قابل سکونت نباشد.»

«این موضوع در زمین کاملا صادق است؛ معادن عمیق و حتی کف اقیانوس‌ها میزبان حیات هستند. ما هیچ شواهدی از وجود حیات در مریخ پیدا نکرده‌ایم، اما حداقل مکانی را شناسایی کرده‌ایم که براساس اصول می‌تواند حیات را پشتیبانی کند.»
پیدا کردن جو گم‌شده مریخ
تنها یک ماه پس از کشف آب گم‌شده مریخ، تیم دیگری از سیاره‌شناسان «ام‌آی‌تی» اعلام کردند که ممکن است جو گم‌شده مریخ را ردیابی کرده باشند. از قضا اتمسفر سیاره هم در اعماق زیر سطح پیدا شد.

این تیم در ابتدا حتی در حال مطالعه مریخ نبود، بلکه روی سیاره زمین تحقیق می‌کرد. آن‌ها مشغول بررسی نوعی کانی رُسی به نام اسمکتیت بودند.

دانه‌های اسمکتیت با چین‌های ریزی شبیه پره‌‌های آکاردئون پوشیده شده‌ که قادرند مولکول‌های دی‌اکسید کربن و متان را برای میلیاردها سال به دام بیندازند و نگه دارند. (متاسفانه، این فرایند در مقیاس‌های زمانی بسیار طولانی رخ می‌دهد و برای مقابله با بحران اقلیمی زمین مناسب نیست.)

یکی از اعضای تیم، اُلیور جاگوتز، به‌طور تصادفی نگاهی به نقشه مریخ انداخت. او دریافت که سطح مریخ نیز با خاک رس اسمکتیت پوشیده شده و این سوال به ذهنش خطور کرد: آیا این خاک توانسته اتمسفر گمشده مریخ را به دام بیندازد؟

او گفت: «ما می‌دانیم چنین فرایندی ممکن است و شواهد آن به‌خوبی در زمین جمع آوری شده است. این سنگ‌ها و خاک‌های رس در مریخ نیز یافت می‌شوند. بنابراین تصمیم گرفتیم سعی کنیم ارتباط بین این اینها را پیدا کنیم.»

در زمین، فعالیت‌های تکتونیکی باعث تشکیل اسمکتیت می‌شود. این فرایند در مریخ امکان‌پذیر نیست، بنابراین تیم محققان به بررسی راه‌های دیگری برای تشکیل اسمکتیت در مریخ پرداخت.

به نظر می‌رسد پاسخ این باشد که آب از میان پوسته مریخ نفوذ کرده و با سنگ‌های آن واکنش داده است.

پوسته مریخ عمدتا از سنگ‌های آذرین - گدازه سفت شده - تشکیل شده است و غنی از اُلیوین است؛ ماده‌ای معدنی که سنگ‌های قیمتی پریدوت (زبرجد) را شامل می‌شود.

الیوین سرشار از آهن است که با اکسیژن موجود در مولکول‌های آب واکنش نشان می‌دهد. این فرآیند اکسید آهن تولید می‌کند (یعنی زنگ زدگی، که به مریخ رنگی قرمز می‌دهد) اما هیدروژن را آزاد می‌کند. این به نوبه خود با دی اکسید کربن محلول در آب پیوند می‌خورد و متان تولید می‌کند.

با گذشت زمان، این فرآیند الیوین را به اسمکتیت تبدیل می‌کند که متان را به دام می‌اندازد.

این مطالعه نشان داد که اگر مریخ در لایه‌ای از اسمکتیت‌ها به عمق ۱۱۰۰ متر پوشانده شود، می‌تواند حدود ۸۰ درصد از جو گم شده مریخ را در خود ذخیره کند.

به گفته جاشوا موری، سرپرست این مطالعه، برآورد حجم کلی رس‌ موجود در مریخ نشان داد که مقدار دی‌اکسید کربنی که احتمالا به‌ صورت ترکیبات آلی در رس‌ ذخیره شده است، با میزان دی‌اکسید کربنی که از جو این سیاره ناپدید شده، همخوانی دارد. این یافته توضیح منطقی و قابل قبولی ارائه می‌دهد که چه مقدار از دی‌اکسید کربن مریخ و به کجا رفته است.

او گفت: «از برخی جهات، اتمسفر گمشده مریخ می‌تواند در برابر چشمان ما پنهان شده باشد.»

چندین سازمان‌ یا شرکت‌هایی که می‌خواهند یک ماموریت انسانی را به مریخ بفرستند. هم ناسا و هم آژانس فضایی چین، بلندپروازی‌هایی دارند که ظرف چند دهه آینده چنین ماموریتی به مریخ برسد. هر دوی این ذخایر می‌توانند منبع مفیدی برای چنین ماموریتی باشند.

آب محبوس شده در زیر سطح مریخ برای تحقیقات علمی پتانسیل زیادی دارد. مطالعه آن به زمین شناسان کمک می‌کند ببینند این آب چگونه به مریخ شکل داده است، در حالی که اخترزیست‌شناسان می‌توانند آن را به عنوان مامنی بالقوه برای حیات در مریخ بررسی کنند.

این آب همچنین می‌تواند یک منبع حیاتی برای انسان برای نوشیدن، خنک کردن و حتی استفاده برای ساخت سوخت موشک باشد.

اما افسوس که این منبع بالقوه بسیار دور از دسترس است.

آب به اندازه ۲۰ کیلومتر زیر سطح قرار دارد و در شکاف‌های ریز میان سنگ‌ها گیر کرده است.

شاید بتوان مقدار کمی آب را در جایی نزدیکتر به سطح برای مطالعه علمی پیدا کرد، اما استخراج آن در حجم بزرگ از آن عمق حتی در زمین مشکل خواهد بود، چه رسد به سیاره‌ای دیگر.

با این حال، متان به دام افتاده در اسمکتیت‌ها خیلی به سطح نزدیکتر است. این امکان وجود دارد که کاشفان آینده مریخ بتوانند روزی خاک مریخ را استخراج کنند و از متان به دام افتاده در آنجا به عنوان سوخت استفاده کنند.

بنابراین ممکن است در آینده‌ای نه چندان دور، حداقل مقداری از اتمسفر و آب از دست رفته مریخ به سطح بازگردد.