بفضل عقود من الاستكشاف باستخدام المهام الآلية المدارية ، والهبوط ، والرحلات ، أصبح العلماء على يقين من أن المياه السائلة تدفقت على سطح المريخ منذ مليارات السنين. أبعد من ذلك ، بقيت العديد من الأسئلة ، والتي تشمل ما إذا كان تدفق المياه متقطعًا أو منتظمًا أم لا. وبعبارة أخرى ، هل كان المريخ بالفعل بيئة "دافئة ورطبة" قبل مليارات السنين ، أم أنها كانت أكثر على غرار "البرد والجليد"؟
استمرت هذه الأسئلة بسبب طبيعة سطح وأجواء المريخ ، والتي تقدم إجابات متضاربة. وفقًا لدراسة جديدة من جامعة براون ، يبدو أن كلاهما يمكن أن يكون هو الحال. بشكل أساسي ، كان من الممكن أن يكون لدى المريخ المبكر كميات كبيرة من الجليد السطحي الذي شهد ذوبانًا دوريًا ، مما ينتج ما يكفي من الماء السائل لنحت الوديان القديمة وبحيرات البحيرة التي شوهدت على هذا الكوكب اليوم.
ظهرت الدراسة التي حملت عنوان "نموذج المناخ المتأخر في المرتفعات الجليدية في نواشيان: استكشاف إمكانية الذوبان العابر ونشاط الانسياب / لاكورين من خلال درجات الحرارة السنوية والموسمية" ، ظهرت مؤخرًا في ايكاروس. اشلي بالومبو - دكتوراه قادت الدراسة طالبة في قسم الأرض والبيئة وعلوم الكواكب في براون ، وانضم إليها أستاذها المشرف (جيم هيد) والأستاذ روبن وردزورث من كلية الهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة هارفارد.
من أجل دراستهم ، سعت بالومبو وزملاؤها للعثور على الجسر بين جيولوجيا المريخ (مما يشير إلى أن الكوكب كان دافئًا ورطبًا في السابق) ونماذجه الجوية ، مما يشير إلى أنه كان باردًا وجليديًا. كما أظهروا ، فمن المعقول أنه خلال الماضي ، كان المريخ متجمدًا بشكل عام مع الأنهار الجليدية. خلال ذروة درجات الحرارة اليومية في الصيف ، تذوب هذه الأنهار الجليدية عند الحواف لإنتاج المياه المتدفقة.
وخلصوا إلى أنه بعد سنوات عديدة ، كانت هذه الرواسب الصغيرة من الماء الذائب كافية لنحت السمات المرصودة على السطح اليوم. الأهم من ذلك ، كان بإمكانهم نحت أنواع شبكات الوادي التي تم رصدها في مرتفعات المريخ الجنوبية. كما أوضح بالومبو في بيان صحفي لجامعة براون ، فإن دراستهم مستوحاة من ديناميكيات مناخية مماثلة تحدث هنا على الأرض:
"نرى ذلك في الوديان الجافة في أنتاركتيكا ، حيث يكون الاختلاف الموسمي في درجة الحرارة كافياً لتكوين البحيرات والحفاظ عليها على الرغم من أن متوسط درجة الحرارة السنوية أقل بكثير من التجمد. أردنا أن نرى ما إذا كان هناك شيء مماثل ممكن للمريخ القديم ".
لتحديد العلاقة بين نماذج الغلاف الجوي والأدلة الجيولوجية ، بدأت بالومبو وفريقها بنموذج مناخي متطور للمريخ. افترض هذا النموذج أنه قبل 4 مليار سنة ، كان الغلاف الجوي يتألف أساسًا من ثاني أكسيد الكربون (كما هو اليوم) وأن ناتج الشمس كان أضعف بكثير مما هو عليه الآن. من هذا النموذج ، قرروا أن المريخ كان باردًا وجليديًا بشكل عام خلال أيامه السابقة.
ومع ذلك ، فقد تضمنت أيضًا عددًا من المتغيرات التي ربما كانت موجودة أيضًا على كوكب المريخ قبل 4 مليارات سنة. وتشمل هذه وجود جو أكثر سمكا ، والذي كان من شأنه أن يسمح بتأثير دفيئة أكثر أهمية. نظرًا لأن العلماء لا يمكنهم الاتفاق على مدى كثافة الغلاف الجوي للمريخ بين 4.2 و 3.7 مليار سنة مضت ، أدارت بالومبو وفريقها النماذج لأخذ مستويات مختلفة معقولة من كثافة الغلاف الجوي في الاعتبار.
كما أخذوا بعين الاعتبار الاختلافات في مدار المريخ التي كان يمكن أن تكون موجودة قبل 4 مليارات سنة ، والتي خضعت أيضًا لبعض التخمينات. هنا أيضًا ، اختبروا مجموعة واسعة من السيناريوهات المعقولة ، والتي تضمنت اختلافات في الإمالة المحورية ودرجات مختلفة من الانحراف. كان من الممكن أن يؤثر ذلك على مقدار ضوء الشمس الذي يستقبله نصف الكرة الأرضية فوق الآخر ويؤدي إلى اختلافات موسمية أكثر أهمية في درجة الحرارة.
في النهاية ، أنتج النموذج سيناريوهات غط فيها الجليد مناطق بالقرب من موقع شبكات الوادي في المرتفعات الجنوبية. في حين كان متوسط درجة الحرارة السنوية لكوكب الأرض في هذه السيناريوهات أقل بكثير من درجة التجمد ، إلا أنه أنتج أيضًا ذروة درجات حرارة الصيف في المنطقة التي ارتفعت فوق درجة التجمد. الشيء الوحيد المتبقي هو إثبات أن حجم المياه المنتجة سيكون كافيا لنحت تلك الوديان.
لحسن الحظ ، في عام 2015 ، قام البروفيسور جيم هيد وإليوت روزنبرغ (وهو طالب جامعي مع براون في ذلك الوقت) بإنشاء دراسة تقدر الحد الأدنى من كمية المياه اللازمة لإنتاج أكبر هذه الوديان. باستخدام هذه التقديرات ، جنبًا إلى جنب مع الدراسات الأخرى التي قدمت تقديرات لمعدلات الجريان السطحي اللازمة ومدة تكوين شبكة الوادي ، وجدت بالومبو وزملاؤها سيناريو مشتق من النموذج نجح.
في الأساس ، وجدوا أنه إذا كان للمريخ انحراف 0.17 (مقارنة بانحرافه الحالي البالغ 0.0934) ، فإن الميل المحوري 25 درجة (مقارنة بـ 25.19 درجة اليوم) ، وضغط جوي يبلغ 600 مليبار (100 ضعف ما هو عليه اليوم) بعد ذلك ، كان الأمر سيستغرق حوالي 33000 إلى 1،083،000 سنة لإنتاج ما يكفي من الماء الذائب لتشكيل شبكات الوادي. ولكن بافتراض وجود مدار دائري ، وبلاط محوري 25 درجة ، وجو 1000 مبار ، كان الأمر سيستغرق حوالي 21000 إلى 550.000 سنة.
إن درجات الانحراف والميل المحوري المطلوبة في هذه السيناريوهات تقع ضمن نطاق المدارات المحتملة للمريخ قبل 4 مليارات سنة. وكما أشار هيد ، يمكن لهذه الدراسة التوفيق بين الأدلة الجوية والجيولوجية التي كانت متناقضة في الماضي:
"يضيف هذا العمل فرضية معقولة لشرح الطريقة التي يمكن أن تتشكل بها المياه السائلة في أوائل المريخ ، بطريقة مشابهة للذوبان الموسمي الذي ينتج الجداول والبحيرات التي نلاحظها أثناء عملنا الميداني في الوديان الجافة في أنتاركتيكا ماكموردو. نحن نستكشف حاليًا آليات إضافية لارتفاع درجة حرارة المرشح ، بما في ذلك البراكين وحفر الصدمات ، والتي قد تساهم أيضًا في ذوبان المريخ البارد والجليدي المبكر. "
من المهم أيضًا أنه يوضح أن مناخ المريخ كان عرضة للتغييرات التي تحدث أيضًا بانتظام هنا على الأرض. وهذا يوفر مؤشراً آخر على كيفية تشابه طائرتنا في بعض النواحي ، وكيف يمكن أن يساعد بحث أحدهما في تعزيز فهمنا للطائرة الأخرى. أخيرًا وليس آخرًا ، يقدم بعض التوليف لموضوع أنتج حصة عادلة من الخلاف.
ظل موضوع كيف يمكن للمريخ أن يشهد مياه دافئة ومتدفقة على سطحه - وفي وقت كان فيه ناتج الشمس أضعف بكثير مما هو عليه اليوم - ظل موضوعًا للجدل. في السنوات الأخيرة ، قدم الباحثون اقتراحات مختلفة حول كيفية تسخين الكوكب ، والتي تتراوح من سحب مادية إلى رشقات دورية من غاز الميثان من تحت السطح.
في حين أن هذه الدراسة الأخيرة لم تحسم تمامًا الجدل بين المعسكر "الدافئ والمائي" والمعسكر "البارد والجليدي" ، إلا أنها تقدم دليلاً مقنعًا على أن الاثنين قد لا يستبعد أحدهما الآخر. كانت الدراسة أيضًا موضوع عرض تقديمي في مؤتمر علوم القمر والكواكب الثامن والأربعين ، والذي عقد في الفترة من 20 إلى 24 مارس في وودلاند ، تكساس.
