ساينتفيك أمريكان/الأوجه المتعددة للمريخ

في السنوات العشر الأخيرة، دخلنا العصر الثالث في استكشاف المريخ، وهو زيارة الروبوتات على سطحه. تكشف المراقبة الجيولوجية للمريخ عن تاريخ مشابه جدًا لذلك الموجود على الأرض. الجزء الأول

ب. كريستنسن، مجلة ساينتفيك أمريكان

كثيرون يذهبون إلى الصحراء بسبب جفافها وبساطتها، أما أنا فأذهب إليها بسبب تعقيدها. تكشف الصخور في غرب أريزونا، حيث أعمل، عن واحدة من أكثر القصص تعقيدًا في تاريخ الأرض. تظهر طبقات الحجر الجيري الكربوني (الكربونات)، والتربة الغرينية المتحجرة، والرمل المصنوع من الكوارتز والحمم البركانية المتصلبة، أنه في الـ 600 مليون سنة الماضية كانت هذه المنطقة عبارة عن بحر ضحل ودافئ، ثم مستنقع غامض، وصحراء واسعة من الكثبان المتلألئة، الطبقة الجليدية ومرة ​​أخرى البحر ضحل.
وتسببت البراكين المتفجرة في إنشاء جزر بحجم اليابان، ثم اندفعت مسافة 160 كيلومترا داخل القارة على طول خطوط الصدع الضخمة. وفي هذه العملية، تم إمالة الطبقات الصخرية على جوانبها، وتسخينها وإنتاج صخور من الرخام والكوارتزيت. وأخيراً جاءت عمليات الرفع والتجوية وجعلت المنطقة ما نراه اليوم من صحراء.

العصر الثالث

إن إعادة البناء التاريخي التفصيلي لتاريخ المريخ كان مستحيلاً حتى الآن. خلال حياتي، تحول الكوكب الأحمر من نقطة في سماء الليل إلى أرض البراكين الشاهقة، ووديان الأنهار الحادة، والبحيرات القديمة، وسهول الحمم البركانية التي تعصف بها الرياح. من الواضح أن تاريخ المريخ هو أحد أكثر القصص الرائعة في النظام الشمسي، لكن حتى الآن لم يتمكن العلماء من رسمه إلا بخطوط تقريبية. لسنوات عديدة كنا نناقش أسئلة شاملة مثل ما إذا كان المريخ ذات يوم "حارا ورطبا" مثل الأرض أو "باردا وجافا" مثل قمرنا القاحل - وكأن تاريخ العالم بأكمله يمكن تلخيصه في كلمتين.

ومع ذلك، فقد دخلنا في السنوات العشر الأخيرة العصر الثالث في دراسة المريخ. كان العصران الأولان هما عصر الملاحظات التلسكوبية في القرن التاسع عشر وعصر المسح الأولي بواسطة المركبات الفضائية في الستينيات والسبعينيات. أتاحت المركبات الفضائية الجديدة التي تدور حول المريخ وتلك التي هبطت على سطحه رسم خريطة لتضاريس الكوكب وتحديد معادنه وتصوير السطح ودمج البيانات المجمعة في المدار مع البيانات الحقيقية للسطح. لقد أصبح المريخ أخيرًا مكانًا يمكنني استكشافه بنفس الطريقة التي يعمل بها الجيولوجيون، باستخدام الصخور الموجودة على سطحه والمعادن وتكوينات المناظر الطبيعية لنسج قصة. وما وجدناه يوضح أن تاريخ المريخ يتخلله مجموعة متنوعة مثيرة للإعجاب من العمليات والظروف المختلفة. لقد بدأنا نفهم أن المريخ شهد جفافًا شديدًا ورطوبة كاملة وطبقة رقيقة من الثلج والجليد. التعريفات البسيطة لم تعد كافية لوصفها. فبدلاً من أن نقول "حار" أو "بارد" نسأل: ما مدى سخونة؟ كيف الرطب إلى متى؟ أين؟ والإجابات التي تظهر تشير إلى السبب الذي دفع الكثير منا إلى دراسة الكوكب الأحمر: على المريخ، توجد ظروف، أو كانت موجودة في الماضي، تسمح بوجود الحياة.

موقعين، وجهتي نظر

في يناير/كانون الثاني 2004، هبطت وكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) بجهازين، وهو أحد أكثر الأجهزة تعقيدًا على الإطلاق، في موقعين مختلفين تمامًا على المريخ. انطلقت مركبات الطرق الوعرة، Spirit and Opportunity، المحملة بالكاميرات وأجهزة قياس الطيف، للإجابة على السؤال المركزي في جيولوجيا المريخ: ما هو دور الماء؟ قفزت الروح وهبطت في فوهة جوسيف. تم اختيار الحفرة للهبوط بسبب شكلها: فقد أظهرت الصور المأخوذة من المدار في الفضاء منذ فترة طويلة أن قناة واسعة تسمى معاديم فاليس، تتسرب إلى فوهة غوسيف وتشير إلى أنها كانت في السابق بحيرة.

في البداية كانت الحفرة مخيبة للآمال بعض الشيء لأن سبيريت لم تجد أي علامات للمياه في ماضيها سوى الصخور البركانية. وأظهرت أجهزة قياس الطيف أن الصخور تتكون من معدن الأوليفين والبيروكسين، وهي معادن من شأنها أن تتفكك إذا تعرضت لكميات ضئيلة من الماء السائل. ولذلك فمن المستحيل أن تكون الصخور قد شهدت كمية كبيرة من الماء خلال الثلاثة مليارات سنة الماضية منذ الانفجار البركاني الذي خلقها. ولكن بينما كانت سبيريت تتسابق فوق تلال كولومبيا المطلة على موقع الهبوط، أصبحت الأمور أكثر إثارة للاهتمام. ووجدت الروح هناك أملاحا كثيرة تحتوي على الكبريت.

ليس هناك شك إذن في أن الصخور البركانية قد تم سحقها إلى حبيبات دقيقة تم لصقها معًا باستخدام الملح الذي كان يستخدم كأسمنت. وربما شارك في هذه العملية الماء السائل الذي تسرب عبر الصخور، أو ربما حمض الكبريتيك الذي تفاعل مع المعادن الموجودة فيها بالفعل. وعلى الرغم من هذا التلميح للمياه، فإن الصخور تحتوي على كميات كبيرة من الزبرجد الزيتوني والبيروكسين. لذلك، حتى في قاع البحيرة الظاهرة، يبدو أن دور الماء في مليارات السنين الأخيرة كان ثانويًا فقط.

هبطت الفرصة على متن طائرة ميريديان. يمثل اختيار هذا الموقع مرحلة جديدة في استكشاف الإنسان للنظام الشمسي: فحتى الآن، لم يرسل العلماء مطلقًا مركبة فضائية إلى مكان معين لمجرد احتوائه على معادن. حددت البعثات الأولى إلى المريخ تركيب العناصر الكيميائية للسطح. ولكن كانت هناك حاجة إلى جهاز آخر لتحديد المعادن التي تشكلها هذه العناصر وما هو تركيبها البلوري. ولتحقيق هذه الغاية، قمت بتطوير مطياف الانبعاث الحراري (TES)، وهو جهاز تم إرساله على متن المركبة الفضائية Mars Global Survivor التابعة لناسا والتي تدور حول الكوكب منذ عام 1997. وفي الخرائط المعدنية التي أعددناها بمساعدة الجهاز، برز مستوى خط الطول بسبب ارتفاع نسبة الهيماتيت البلوري الموجود فيه.
ويتكون أكسيد الحديد هذا، الموجود على سطح الأرض، في عدة عمليات، معظمها يتضمن الماء. إحدى العمليات هي الترسيب من السوائل التي تتدفق عبر الصخور الرسوبية. وهناك عملية أخرى تتمثل في ترسيب وجفاف المعادن التي تحتوي على الماء، مثل الجوتيت، وهو معدن بني محمر يوجد في العديد من التربة الصحراوية. ومن الفضاء، شوهدت الصخور الغنية بالهيماتيت في ميريديان على أنها طبقات رقيقة يمكن تآكلها بسهولة. ويبدو أن الطبقات الصخرية تغطي منطقة قديمة وفوهاة، وتملأ القنوات والمناطق المنخفضة الأخرى التي كانت موجودة حتى قبل تكوينها. وتشير المناظر الطبيعية إلى أن هذه الصخور الرسوبية تكونت من الماء، وليست رواسب تغطي المنطقة بأكملها مثل الرماد البركاني أو الغبار الذي تحمله الرياح.

أكد الهبوط: كان هناك ماء هنا

بعد أيام قليلة من الهبوط، أكدت أوبورتيونيتي أن سهول ميريديان كانت تحت الماء ذات يوم. فور هبوطها، حددت للمرة الأولى على سطح المريخ طبقات من الصخور الرسوبية البارزة من الأرض. وتحتوي الصخور على كمية كبيرة من الأملاح الكبريتية (الكبريتات) بنسبة 30 إلى 40 بالمائة من وزن الصخر.
ولا يمكن أن تتشكل هذه الأملاح إلا عن طريق تبخر الماء الغني بالكبريت. كمية الأملاح الكبريتية الموجودة في حفرة جوسيف لا تقترب من كميات ميريدياني. ويظهر الهيماتيت على شكل كريات (تسمى "العنب البري") يبلغ قطرها 5-1 ملم مدمجة في الطبقات الصخرية ومنتشرة في كل مكان على الأرض.

الحياة على المريخ؟
من المحتمل أن يكون أكبر رواسب صخرية تم استكشافها بواسطة أوبرتيونيتي، بارنز كليف، عبارة عن سلسلة من الكثبان الرملية المتحجرة التي تم ترطيبها بالمياه السطحية والمياه الجوفية. العديد من الحبيبات الصخرية الموجودة في الجرف عبارة عن أملاح كبريتيدية تكونت نتيجة تبخر المياه الراكدة، ربما في السهول الواقعة بين الكثبان الرملية (المعروفة باسم بلايا). انطلاقا من الهياكل المماثلة على الأرض، تشكلت صخور بارنز كليف على مدى آلاف إلى مئات الآلاف من السنين. ربما تشكلت كريات الهيماتيت لاحقًا، عندما تسربت المياه المشبعة بالحديد عبر الصخور الرسوبية. لأول مرة، تمكن العلماء من دراسة رواسب صخرية على المريخ بنفس الطريقة المتعددة الأوجه التي يدرس بها الجيولوجيون الأرض.

وحتى مورفولوجية سهول ميريديان، وهي واحدة من أكثر المناظر الطبيعية المسطحة التي تمت ملاحظتها على أي كوكب، تشبه قاع البحيرة. يشير مدى رواسب الهيماتيت، كما يُرى من الفضاء، إلى أن السهول كانت ذات يوم بحيرة كبيرة أو بحرًا صغيرًا وليست جزءًا من محيط شاسع. كما لوحظت طبقات صخرية غنية بالهيماتيت في عدة فوهات جنوب وغرب رواسب الهيماتيت الرئيسية، وهي فوهات ربما كانت عبارة عن بحيرات منفصلة.

باختصار، بدا الأمر كما لو أن المركبتين قد هبطتا على كوكبين مختلفين تمامًا: أحدهما، صحراء أكثر جفافًا من أي صحراء على وجه الأرض، والآخر، أرض الألف بحيرة. هل هذان هما الاحتمالان الوحيدان، أم أن جيولوجية المريخ أكثر تنوعًا؟ هل يمثل الموقعان، اللذان يفصل بينهما آلاف الكيلومترات، النطاق الكامل لتركيبات الصخور على المريخ والنطاق الكامل لنشاط الماء على سطحه؟ للإجابة على هذه الأسئلة العامة، لجأ العلماء إلى إعادة فحص البيانات التي جمعتها عمليات رصد الأقمار الصناعية.
يدان مارس
موقع Scientific American الإلكتروني باللغة العبرية، حيث يمكنك أيضًا شراء اشتراك في المجلة

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~349310217~~~16&SiteName=hayadan