أبحاث جديدة تقلب النظرية حول سبب احمرار كوكب المريخ، وفقًا للعلماء

مع لونه الصدئ المميز، لطالما أُطلق على المريخ اسم الكوكب الأحمر. والآن، ربما يكون العلماء قد اكتشفوا المصدر المحتمل لهذا اللون المميز، وقلبوا نظرية شائعة في هذه العملية.

المريخ هو أحد أكثر الكواكب دراسة في نظامنا الشمسي بسبب قربه من الأرض والعديد من المركبات الفضائية التي زارته على مدى العقود القليلة الماضية. وقد زودت المركبات المدارية ومركبات الهبوط معًا العلماء ببيانات تُظهر أن لون المريخ الأحمر يأتي من معادن الحديد الصدئة داخل الغبار الذي يغطي الكوكب.

في مرحلة ما، تفاعل الحديد الموجود داخل الصخور على المريخ مع الماء والأكسجين في الهواء، مما أدى إلى تكوين أكسيد الحديد - بنفس الطريقة التي يتشكل بها الصدأ على الأرض. على مدى مليارات السنين، تحلل أكسيد الحديد إلى غبار واستقر في جميع أنحاء الكوكب بعد أن حركته الرياح المريخية، التي لا تزال تدور حول شياطين الغبار والعواصف الترابية الهائلة.

لم ترصد التحليلات السابقة لأكسيد الحديد على المريخ، استناداً فقط إلى الملاحظات التي أجرتها المركبات الفضائية، أي دليل على وجود الماء، مما دفع الباحثين إلى الاعتقاد بأن أكسيد الحديد يجب أن يكون الهيماتيت. كان يُعتقد أن هذا المعدن الجاف، وهو أحد المكونات الرئيسية لخام الحديد، قد تشكل من خلال تفاعلات مع الغلاف الجوي للمريخ في عملية حدثت على مدى مليارات السنين. إذا كان هذا هو الحال، فإن الهيماتيت قد تشكل في وقت لاحق من تاريخ المريخ، بعد أن كان يُشتبه في احتوائه على بحيرات وأنهار على سطحه.

وقد أشار بحث جديد يجمع بين بيانات من بعثات متعددة وغبار المريخ المتكرر إلى أن معدنًا يتشكل في وجود مياه باردة قد يكون مسؤولاً عن اللون الأحمر، بدلاً من الهيماتيت، مما قد يغير الطريقة التي يفهم بها العلماء كيف كان المريخ قبل ملايين السنين - وما إذا كان من المحتمل أن يكون صالحًا للسكن. وقد نشر فريق من العلماء هذه النتائج يوم الثلاثاء في مجلة Nature Communications.

"وقال المؤلف الرئيسي للدراسة أدوماس فالانتيناس، وهو زميل ما بعد الدكتوراه في قسم علوم الأرض والبيئة والكواكب في جامعة براون، في بيان: "لا يزال المريخ هو الكوكب الأحمر. "كل ما في الأمر أن فهمنا سبب احمرار المريخ قد تغير."

غربلة الغبار

لقد تساءل العلماء عن التركيب الدقيق لأكسيد الحديد في غبار المريخ، لأن فهم كيفية تشكله سيمكنهم من النظر بشكل أساسي إلى الوراء في الزمن إلى ما كانت عليه البيئة والمناخ على المريخ القديم.

ومع ذلك، على الرغم من أن الغبار يغطي كل شيء على المريخ، إلا أنه من الصعب دراسته ويمثل لغزاً محيراً، كما قال بريوني هورغان، الباحث المشارك في مهمة المركبة بيرسيفيرنس وأستاذ علوم الكواكب في جامعة بوردو في ويست لافاييت، إنديانا. لم يشارك هورغان في الدراسة.

وقال هورغان: "جزيئات (الحديد المؤكسد) صغيرة جداً (نانومتر أو أقل) لدرجة أنها لا تملك حقاً بنية بلورية محددة ولا يمكن تسميتها معادن حقيقية". "هناك طرق لتكوين الحديد المؤكسد بدون ماء، وتشمل بعض العمليات الجافة المقترحة الأكسدة السطحية مثل قشور الأكسدة التي تتشكل في الصخور في الوديان الجافة في القطب الجنوبي، والأكسدة السطحية عن طريق التآكل حيث يتم تفجير السطح بحبيبات الرمل على مدى فترات طويلة. ولكن هناك أيضًا الكثير من الطرق للأكسدة بالماء أيضًا، بما في ذلك في التربة والبحيرات."

يشير التحليل الجديد إلى نوع مختلف من أكسيد الحديد الذي يحتوي على الماء يسمى الفيرهيدريت (ferrihydrite)، والذي يتشكل بسرعة في الماء البارد - ومن المحتمل أنه تشكل على سطح المريخ عندما كان الماء لا يزال موجودًا على السطح قبل أن يصبح الكوكب أكثر برودة وأكثر قسوة. بحث سابق اقترح الفيرهيدريت كسبب محتمل لاحمرار المريخ، لكن الدراسة الجديدة جمعت بين الأساليب المخبرية وبيانات الرصد لأول مرة لتقديم دليل على ذلك.

قال هورغان: "تحاول هذه الورقة البحثية معرفة أي أكسيد الحديد البلوري الرديء التبلور يمكن أن يكون مسؤولاً عن المكون الأحمر في غبار المريخ، وهو ما سيكون من المفيد العمل عليه لأن ذلك يمكن أن يساعدنا في تحديد العملية التي أنتجت الغبار ومتى حدث ذلك".

Loading image...

استفاد فالانتيناس وفريقه من البيانات التي جمعتها المركبة المدارية مارس إكسبريس التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ومركبة إكسومارس لتتبع الغازات النادرة التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، بالإضافة إلى مركبة الاستطلاع المدارية التابعة لناسا ومركبات كيوريوسيتي وباثفايندر وأبورتيونيتي.

وقد كشفت الكاميرا الملونة CaSSIS التابعة للمركبة المدارية لتتبع الغازات النادرة والمعروفة أيضاً باسم نظام التصوير السطحي الملون والمجسم عن الحجم الدقيق لجزيئات الغبار على المريخ وتكوينها، مما سمح للباحثين بعمل نسختهم الخاصة على الأرض.

صنع العلماء غبار المريخ الخاص بهم في المختبر باستخدام أنواع مختلفة من أكسيد الحديد. وتم وضع النسخة المطابقة للغبار في مطحنة متخصصة لصنع حبيبات مساوية في الحجم لتلك الموجودة على المريخ بسماكة تعادل 1/100 من شعرة الإنسان.

قام الفريق بتحليل الغبار باستخدام أجهزة الأشعة السينية ومطياف الانعكاس، على غرار التقنيات التي تستخدمها المركبات المدارية التي تدرس المريخ أثناء دورانها حول الكوكب. ثم قارن العلماء بيانات المختبر مع بيانات المركبة الفضائية.

وقال فالانتيناس إن مطياف الانعكاسية الخاص بمركبة مارس إكسبريس "أوميغا" أظهر أنه حتى أكثر أجزاء المريخ غباراً يحمل أدلة على وجود معادن غنية بالماء، في حين أشارت البيانات من نظام كايسيس إلى وجود الفيرهيدريت كأفضل تطابق للغبار على المريخ، بدلاً من الهيماتيت، عند مقارنتها مع العينات المختبرية.

قال نيكولاس توماس، الأستاذ في معهد الفيزياء في جامعة برن في سويسرا الذي قاد الفريق الذي طوّر الكاميرا، إن الجهاز يراقب المريخ منذ أبريل 2018، ويلتقط صوراً ملونة عالية الدقة لسطح المريخ.

وقال فالانتيناس، الذي بدأ بحثه في جامعة برن باستخدام بيانات مركبة تتبع الغازات المدارية: "وجدنا أن الفيرهيدريت الممزوج بالبازلت، وهو صخر بركاني، يناسب المعادن التي رأتها المركبة الفضائية على سطح المريخ". "الدلالة الرئيسية هي أنه نظراً لأن الفيرهيدريت لا يمكن أن يكون قد تشكل فقط عندما كان الماء لا يزال موجوداً على السطح، فإن المريخ قد صدأ في وقت أبكر مما كنا نعتقد سابقاً. علاوة على ذلك، يظل الفيرهيدريت مستقراً في ظل الظروف الحالية على المريخ."

ماضٍ مائي

قال فالانتيناس إن سر اللون الأحمر للمريخ استمر لآلاف السنين.

وأطلق الرومان اسم المريخ على إله الحرب لديهم لأن لونه كان يذكرنا بالدم، وأطلق المصريون على الكوكب اسم "هير ديشر"، أي "الأحمر"، وفقا لوكالة الفضاء الأوروبية.

قال فالانتيناس إن اكتشاف أن لون المريخ قد يكون بسبب معدن صدئ يحتوي على الماء مثل الفيرهيدريت (ferrihydrite)، على عكس الهيماتيت الذي لا يحتوي على الماء والذي هو شكل من أشكال الصدأ، فاجأ الباحثين. لكنه قال إنه يوفر أدلة مثيرة للاهتمام حول التاريخ الجيولوجي والمناخي للمريخ.

وقال فالانتيناس: "بما أن هذا الصدأ المحتوي على الماء يغطي معظم سطح المريخ، فإنه يشير إلى أن الماء السائل في ماضي المريخ القديم ربما كان أكثر انتشاراً مما كان يُعتقد سابقاً". "وهذا يشير إلى أن المريخ كان في بيئة كانت توجد فيها المياه السائلة ذات يوم، وهو شرط أساسي للحياة. تكشف دراستنا أن تكوين الفيريهيدريت على المريخ كان يتطلب وجود كل من الأكسجين - سواء من الغلاف الجوي أو من مصادر أخرى - والماء القادر على التفاعل مع الحديد."

Loading image...

لم تركز الدراسة على تحديد متى تشكل المعدن بالضبط. ومع ذلك، بما أن الفيرهيدريت يتشكل في الماء البارد، فمن المحتمل أن يكون قد تشكل قبل حوالي 3 مليارات سنة، على عكس ما كان عليه الكوكب عندما كان الكوكب أكثر دفئًا ورطوبة قبل ملايين السنين.

"وقال فالانتيناس: "كان هذا وقت النشاط البركاني المكثف على المريخ الذي من المحتمل أن يكون قد تسبب في أحداث ذوبان الجليد والتفاعلات بين الماء والصخور، مما وفر ظروفاً مواتية لتكوين الفيرهيدريت. "يتوافق التوقيت مع الفترة التي كان المريخ ينتقل فيها من حالته الرطبة السابقة إلى بيئته الصحراوية الحالية."

من المحتمل أنه بالإضافة إلى وجود الفيرهيدريت في الغبار، من الممكن أن يكون الفيرهيدريت موجودًا أيضًا في طبقات الصخور المريخية. وأفضل طريقة لمعرفة ذلك هي الحصول على عينات فعلية من الصخور والغبار من الكوكب الأحمر. وقد جمعت المركبة بيرسيفيرانس بالفعل عينات متعددة تحتوي على كليهما، وتأمل وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية في استخدام سلسلة معقدة من البعثات في إطار برنامج العودة بعينات المريخ لإعادتها إلى الأرض بحلول أوائل ثلاثينيات القرن الحالي.

وقال كولين ويلسون، عالم مشروع المركبة المدارية لتتبع الغازات ومارس إكسبريس التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، في بيان: "بمجرد أن نحصل على هذه العينات الثمينة في المختبر، سنتمكن من قياس كمية الفيرهيدريت التي يحتوي عليها الغبار بالضبط، وما يعنيه ذلك لفهمنا لتاريخ المياه - وإمكانية وجود حياة - على المريخ".

وفي الوقت نفسه، تقدم النتائج ألغازًا جديدة لفالانتيناس وزملائه لحلها، بما في ذلك موقع المصدر الأصلي للفيريهيدريت قبل أن يتوزع على مستوى العالم عبر المريخ من خلال العواصف الترابية والتركيب الكيميائي الدقيق للغلاف الجوي للمريخ عندما تشكل الفيريهيدريت.

وقال هورغان إن فهم متى وأين تشكل الغبار يمكن أن يساعد العلماء على اكتساب رؤى حول كيفية تطور الغلاف الجوي للكواكب الشبيهة بالأرض في وقت مبكر.

قال هورغان: "إن الفريهيدريت شائع حقًا في التربة على الأرض التي تتحرك فيها الكثير من المياه خلال فترة زمنية قصيرة، إما بسبب ذوبان الثلوج أو بسبب فترات قصيرة من هطول الأمطار الغزيرة في المناخات الأكثر دفئًا". "لقد رأينا أيضاً أدلة على وجود الفيريهيدريت في رواسب البحيرة في فوهة غيل (في المريخ) (التي يستكشفها مسبار كيوريوسيتي). إن أفضل طريقة لحل هذا اللغز هي الحصول على عينة من غبار المريخ في مختبراتنا على الأرض."