يجد العلماء دورة مياه دورية جديدة على سطح المريخ

مفهوم الفنان لجزيئات بخار الماء التي يتم إخراجها إلى الفضاء من المريخ. لقد وجد العلماء دورة مياه جديدة على هذا الكوكب ، حيث يمكن نقل بخار الماء إلى الغلاف الجوي العلوي وحتى في بعض الأحيان يهرب إلى الفضاء. الصورة عبر وكالة ناسا / GSFC / CU / LASP.

اكتشف العلماء نوعًا جديدًا من دورة المياه على المريخ ، وهو أمر يثير الدهشة بعض الشيء نظرًا لنقص المياه بشكل عام على هذا الكوكب. وفقًا لدراسة جديدة ، يرتفع بخار الماء من الغلاف الجوي السفلي إلى الغلاف الجوي العلوي للمريخ ، وحتى بعضه يفر إلى الفضاء ، لكن هذا يمكن أن يحدث فقط في ظل ظروف محدودة للغاية. قد تساعد هذه النتيجة أيضًا في تفسير كيف فقدت المريخ معظم مياهها منذ مليارات السنين.

تم نشر النتائج الجديدة المثيرة للاهتمام في العدد الحالي من مجلة Geophysical Research Letters التي تمت مراجعتها من قِبل النظراء في 16 أبريل 2019 بواسطة باحثين من معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا (MIPT) ومعهد Max Planck لأبحاث النظام الشمسي (MPS) في ألمانيا.

أظهرت المحاكاة الحاسوبية أنه من المثير للدهشة أن بخار الماء يمكن أن يرتفع من أسفل الغلاف الجوي ويمر عبر الجو الأوسط الأكثر برودة إلى الغلاف الجوي العلوي ، ولكن فقط في ظل ظروف معينة. تحدث هذه الحركة الفريدة لبخار الماء كل عامين تقريبًا ، خلال فصل الصيف في نصف الكرة الجنوبي. يتم نقل بعض بخار الماء عن طريق الرياح إلى القطب الشمالي ، بينما يتحلل الباقي منه ويهرب إلى الفضاء. قد يكون هذا هو كيف فقدت المريخ معظم بخار الماء في الماضي البعيد أيضًا.

التوزيع الرأسي لبخار الماء على سطح المريخ خلال سنة واحدة على سطح المريخ ، الساعة 3 صباحًا بالتوقيت المحلي. يمكن أن يصل بخار الماء إلى طبقات الغلاف الجوي الأعلى فقط عندما يكون الصيف في نصف الكرة الجنوبي للمريخ. الصورة عبر GPL / Shaposhnikov et al.

إذن كيف يمكن لبخار الماء أن يمر عبر الحاجز البارد في الجو الأوسط؟ يعتقد الباحثون أن هناك آلية غير معروفة من قبل في العمل ، والتي تعمل وكأنها مضخة. يكون الجو الأوسط باردًا جدًا في العادة ، مما يجعل من الصعب على بخار الماء المرور فيه. لكن مرتين في اليوم - وفقط في مكان معين وفي وقت معين من السنة - يصبح هذا الحاجز أكثر نفاذاً. في تلك الأوقات ، يمكن لبخار الماء التسلل عبر الجو الأوسط والدخول إلى الغلاف الجوي العلوي.

يبرد بخار الماء في الجو العلوي ، حيث يجد البعض طريقه إلى القطب الشمالي ثم ينخفض ​​مرة أخرى. لكن بعض جزيئات الماء تتحلل بسبب الإشعاع الشمسي في تلك المرتفعات الشديدة ، وتهرب إلى الفضاء.

مدار المريخ هو عامل رئيسي في كيفية عمل هذه العملية. مداره حوالي ضعف طول الأرض ، سنتين ، وأكثر من ذلك بكثير بيضاوي الشكل. إنه الصيف في نصف الكرة الجنوبي للمريخ عندما يكون الكوكب أقرب إلى الشمس ، وحوالي 26 مليون ميل (42 مليون كم) أقرب منه في أبعد نقطة ، وبالتالي تكون درجات حرارة الصيف في نصف الكرة الجنوبي للمريخ أكثر دفئًا من درجات حرارة الصيف في نصف الكرة الشمالي. هذا يجعل من الأسهل على بخار الماء أن يرتفع عبر الجو في ذلك الوقت. - وفقًا لبول هارتوغ من MPS:

عندما يكون الصيف في نصف الكرة الجنوبي ، يمكن أن يرتفع بخار الماء في أوقات معينة من اليوم محليًا مع كتل هواء أكثر دفئًا ويصل إلى الغلاف الجوي العلوي.

يمكن أن تحمل عواصف المريخ الترابية ، مثل تلك التي شهدتها المركبة الفضائية "مارس إكسبرس" في أبريل 2018 في منطقة يوتوبيا بلانيتيا ، بخار الماء إلى أعلى في الغلاف الجوي. الصورة عبر ESA / DLR / FU برلين.

هذا ، إلى جانب آلية المضخة ، يعني أن القيام بهذه اللحظات القصيرة نسبيًا ، يمكن لبخار الماء أن يصعد فعليًا عبر الغلاف الجوي ، حتى في الفضاء. ولكن هناك أيضًا عملية أخرى يمكن أن تساعد في ذلك: العواصف الترابية. عواصف الغبار على المريخ يمكن أن تكون وحوشًا ، حتى تطوق الكوكب بأكمله في بعض الأحيان. تسخن جزيئات الغبار ويمكن أن تزيد درجة حرارة الغلاف الجوي بمقدار 30 درجة. يمكن للغبار أيضًا رفع بخار الماء إلى أعلى في الغلاف الجوي ، كما لاحظ ألكسندر ميدفيديف من MPS:

تسهل كميات الغبار التي تدور عبر الغلاف الجوي خلال هذه العاصفة نقل بخار الماء إلى طبقات هوائية عالية.

كانت هناك عاصفة ترابية ضخمة في عام 2007 ، وحسب الباحثون أنها ضخت ما يقرب من ضعف كمية البخار في الغلاف الجوي العلوي مما كان يحدث في المعتاد. كما أوضح ديمتري شابوشنيكوف من MIPT ، أول مؤلف للدراسة الجديدة:

يوضح نموذجنا بدقة غير مسبوقة كيف يؤثر الغبار في الغلاف الجوي على العمليات الميكروفيزيائية المرتبطة بتحويل الجليد إلى بخار الماء.

كما علق هارتوغ:

يبدو أن جو المريخ يكون أكثر نفاذاً لبخار الماء من جو الأرض. تسهم دورة المياه الموسمية الجديدة التي تم العثور عليها بشكل كبير في استمرار فقدان المريخ للمياه.

مفهوم الفنان حول شكل المريخ مع المحيط القديم في نصف الكرة الشمالي ؛ يعتقد بعض العلماء أن هذا المحيط المريخ ربما وجدت مرة واحدة. اليوم ، المريخ هو عالم بارد وجاف مع وجود الجليد على سطح الأرض وتحته ، مع بخار الماء القليل جدا في الغلاف الجوي. الصورة عبر ناسا / GSFC.

الغلاف الجوي للمريخ أصبح الآن ضعيفًا للغاية ، ولا يمكنه الاحتفاظ بالبخار المائي قدر ما كان عليه قبل بضعة مليارات من السنين. وحتى اليوم ، يبدو أن أي بخار موجود ، في بعض الأحيان ، يمكن أن يهرب بسهولة إلى الفضاء. يعتقد العلماء أيضًا أن الغلاف الجوي للمريخ عمومًا كان أكثر سماكة مما هو عليه الآن ، والذي كان يمكن أن يحتوي على بخار مائي أكثر ، مثل الأرض اليوم. كانت الأمطار والأنهار والبحيرات كلها ممكنة في هذا الوقت ، وربما حتى محيط في نصف الكرة الشمالي ، كما يعتقد بعض العلماء الآن. الآن ، غالبًا ما يكون الجليد على سطح الأرض وتحته ، مع وجود بعض الأدلة على وجود بحيرات مائية سائلة في عمق أعمق وبخار ماء أقل بكثير. لطالما كان تغير المريخ كثيرًا لغزًا للعلماء ، لكن الآن بفضل دراسات كهذه ، يتعلم الباحثون أخيرًا كيف تغير الكوكب من عالم أشبه بالأرض إلى الصحراء الباردة والجافة التي نراها اليوم.

خلاصة القول: ليس لدى المريخ الكثير من الماء ، بخلاف الجليد وبعض المياه السائلة أعمق ، لكن لا يزال لديها دورة مياه نشطة في الغلاف الجوي. لا توضح هذه الدراسة الجديدة كيفية عمل الدورة فحسب ، بل قد تساعد أيضًا في تفسير سبب فقد المريخ معظم بخار الماء - والغلاف الجوي عمومًا - في المقام الأول.

المصدر: "مضخة" المياه الموسمية في الغلاف الجوي للمريخ: النقل العمودي إلى الغلاف الجوي

عبر معهد ماكس بلانك لأبحاث النظام الشمسي