اولین نمای کلی از اتم‌های هیدروژن درحال فرار از مریخ به فضا توسط ناسا منتشر شد

مریخ زمانی سیاره‌ای بسیار مرطوب بوده است. دانشمندان اکنون می‌دانند طی 3 میلیارد سال گذشته، مقداری از آب موجود در مریخ به اعماق آن نفوذ کرده اما چه اتفاقی برای بقیه آب افتاده است؟ تلسکوپ فضایی هابل ناسا و مأموریت «MAVEN» دست به کشف این راز زده‌اند.

گروهی از دانشمندان ناسا به رهبری «جان کلارک» برای اندازه‌گیری نرخ فرار اتم‌های هیدروژن از اتمسفر مریخ، داده‌های تلسکوپ هابل و مأموریت MAVEN‌ (اتمسفر مریخ و تحول مواد فرّار) را ترکیب کردند. این تیم به‌طور خاص هیدروژن و دوتریوم را که یک اتم هیدروژن با یک نوترون در هسته آن است، بررسی شدند. ازآن‌جاکه جرم نوترون در دوتریوم بیشتر است، دوتریوم وزن بیشتری دارد و نسبت به هیدروژن دیرتر به فضا می‌رود.

ازآن‌جایی که نسبت به دوتریوم، هیدروژن بیشتری از مریخ می‌گریزد، با گذشت زمان می‌توان نسبت دوتریوم به هیدروژن را در اتمسفر اندازه‌گیری کرد. اندازه‌گیری این نسبت به دانشمندان سرنخی از میزان آب در دوره گرم و مرطوب مریخ می‌دهد. علاوه‌براین، دانشمندان با مطالعه چگونگی فرار این اتم‌ها می‌توانند فرایندهایی را که نرخ فرار را در 4 میلیارد سال گذشته تعیین کرده‌اند و امروزه اثرات آن را مشاهده می‌کنیم، درک کنند.

بیشتر داده‌های این مطالعه از مأموریت MAVEN به‌ دست آمده است اما MAVEN برای مشاهده انتشار دوتریوم در سال‌های دور مریخ به اندازه کافی دقیق نیست. زمستان‌های سیاره سرخ از زمین طولانی‌تری است و انتشار دوتریوم در آن دوره کاهش می‌یابد. به همین دلیل، کلارک و تیمش برای تکمیل چرخه سالانه در 3 سال مریخی (هر سال ۶۸۷ روز زمینی است) از داده‌های هابل نیز کمک گرفتند. علاوه‌براین، هابل داده‌های مرتبط با پیش از شروع مأموریت MAVEN (سال ۲۰۱۴) را نیز به مجموعه داده‌ها اضافه کرد. در نظر داشته باشید که تلسکوپ هابل از ۱۹۹۱ مشغول فعالیت است.

ترکیب داده‌های این 2 مأموریت اولین نمای کلی اتم‌های هیدروژن درحال فرار از مریخ به فضا را ارایٔه کرد. در تصویر بالا که در طول موج فرابنفش توسط هابل ثبت شده است، مریخ در کمترین فاصله از خورشید (Perihelion) و بیشترین فاصله از خورشید (Aphelion) مشاهده می‌شود. هنگامی که سیاره سرخ به خورشید نزدیک‌تر است، جو آن به‌وضوح روشن‌تر و گسترده‌تر است. نور خورشید منعکس‌شده از مریخ در این طول موج‌ها، پراکندگی مولکول‌های جو و غبار اتمسفر را نشان می‌دهد.

این تیم کشف کرد سرعت فرار هیدروژن و دوتریوم زمانی که سیاره سرخ به خورشید نزدیک است، به‌سرعت تغییر می‌کند. در تصویر کلاسیکی که دانشمندان قبلاً داشتند، تصور می‌شد این اتم‌ها به‌آرامی در جو به بالا پخش می‌شوند. اما این تصویر دیگر چندان دقیق نیست؛ زیرا دانشمندان می‌دانند شرایط جوی مریخ به‌سرعت درحال تغییر است. دانشمندان دیگر می‌دانند اتمسفر مریخ بسیار متلاطم است و در بازه‌های زمانی کوتاه -حتی در حد چند ساعت- سرد و گرم می‌شود. اتمسفر در اثر این تغییر دما منبسط و منقبض می‌شود.

زمانی که مریخ به خورشید نزدیک می‌شود، مولکول‌های آب که منبع هیدروژن و دوتریوم هستند، به‌سرعت در اتمسفر بالا می‌روند و در ارتفاعات بالا اتم‌هایی را آزاد می‌کنند. تغییرات هیدروژن و دوتریوم نیز به‌قدری سریع است که برای توضیح این تغییرات نیاز به منبع انرژی اضافی داریم. دانشمندان در این مطالعه دریافته‌اند برخورد پروتون‌های باد خورشیدی منشأ این انرژی است و سبب واکنش‌های شیمیایی در جو فوقانی نیز می‌شود.

مطالعه تاریخچه آب در مریخ نه‌تنها برای درک سیارات منظومه شمسی، بلکه برای تکامل سیارات هم‌اندازه زمین در اطراف ستارگان دیگر نیز اساسی است. دانشمندان با چنین مطالعاتی می‌توانند ماهیت سیارات فراخورشیدی دوردست در سراسر کهکشان را درک کنند.