يعد النصف الشمالي من الكرة الأرضية للمريخ أكبر حفرة تصادمية في النظام الشمسي

خلصت ثلاث مجموعات من العلماء الذين استخدموا بيانات الجاذبية والارتفاعات على المريخ من المركبات الفضائية التي تدور حوله ومحاكاة حاسوبية، إلى أن الشذوذ المريخي الذي يكون فيه نصف الكرة الشمالي مسطحا ومنخفضا ونصف الكرة الجنوبي وعرا ومرتفعا هو نتيجة لتأثير عملاق عملاق. الكويكب في بداية أيام النظام الشمسي

كشفت التحليلات الجديدة لسطح المريخ التي أجرتها المركبة الفضائية MRO وMars Global Surveyor عما يبدو أنها أكبر حفرة، من حيث الحجم، تم اكتشافها على الإطلاق في النظام الشمسي. هذا ما نشرته ثلاث مجموعات من الباحثين يوم الخميس في مجلة نيتشر. وبحسب إحدى مجموعات الباحثين، فإن قوة الاصطدام الذي أحدث الحفرة الضخمة تعادل مليون مليار قنبلة ذرية من النوع الذي ألقي على ناغازاكي عام 1945.

وقد قدمت المركبتان الفضائيتان اللتان تدوران حول سطح الكوكب الأحمر وتقومان بتصويره مع مجموعة مختارة من الكاميرات بأطوال موجية مختلفة، معلومات مفصلة عن الارتفاع والجاذبية في نصفي الكرة الشمالي والجنوبي للمريخ. لقد أخذ الباحثون هذه البيانات ووفقًا لها قد يحلون أحد أكبر الألغاز في النظام الشمسي: لماذا يمتلك المريخ نوعين مختلفين تمامًا من السطح في نصفي الكرة الأرضية المختلفين - سطح أملس إلى حد ما في الشمال مقارنة بالجبال و الوديان في الجنوب؟ هذه الحفرة الضخمة، التي تغطي نصف الكوكب، لطالما أبهرت المجتمع العلمي.

ويطلق على الحوض الشمالي الضخم، الذي يغطي حوالي 40% من سطح المريخ، أحيانًا اسم حوض بورياليس، وهو من بقايا اصطدام عملاق في الأيام الأولى للنظام الشمسي، وفقًا للدراسة الجديدة. حقيقة أنه لا يحتوي على فوهات ليست نتيجة مباشرة للاصطدام لأنه خلال 4.5 مليار سنة مرت منذ الاصطدام، تحطمت عدة أجسام صغيرة على المريخ وخلقت فوهات، ولكن بسبب اختلاف الارتفاع، مالت المواد إلى الغرق في نصف الكرة الشمالي (سواء كانت هذه الرواسب من محيط قديم أو رواسب بركانية). وفي كلتا الحالتين، النتيجة هي سطح أملس هذه الأيام.

قطر الفوهة - حوالي 8,500 كيلومتر، أكبر بأربع مرات من أكبر الحفر في النظام الشمسي - فوهة لاس، في نصف الكرة الجنوبي للمريخ، والفوهة القطبية الجنوبية/أتكين على القمر، والتي لها شكل مماثل إلى حد ما. قطرها حوالي 4 كيلومتر. وفي التقرير المصاحب للدراسة، حسب العلماء أن الجسم الذي أحدث الحفرة يجب أن يكون قطره 2,500 كيلومتر على الأقل، أي أكبر من بلوتو، أو أصغر قليلاً من عرض قارة أستراليا.

لقد حير لغز وجهي المريخ العلماء منذ انتهاء سلسلة الصور الشاملة لسطح المريخ التي التقطتها مركبة ناسا الفضائية في السبعينيات (بشكل رئيسي مركبة فايكنغ الفضائية). كانت الفرضية الرئيسية هي أن تأثير كويكب قديم أو بعض العمليات الداخلية تسبب في ذوبان السطح والطبقات الموجودة أسفله في نصف الكرة الشمالي. إن فكرة الحفرة الاصطدامية التي تم اقتراحها في عام 1984 لم تعد مقبولة بسبب حقيقة أن شكل الحوض لا يبدو متناسبًا مع توقعات الحفرة المستديرة. تقنع البيانات الجديدة بعض الخبراء الذين شككوا في سيناريو التأثير.

وقال جيفري أنرادوس هانا، باحث ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "ربما لم نتمكن من إثبات نظرية التأثير بنسبة 100%، لكننا تمكنا من قلب الاتجاه". أعلن أندروز هانا ومعاونوه ماريا زوبر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وبروس باندارت من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في كاليفورنيا عن النتائج في عدد هذا الأسبوع من مجلة نيتشر.

أجرت مجموعة بحثية بقيادة فرانسيس نيمو من جامعة كاليفورنيا في ستانا كروز، محاكاة حاسوبية وأظهرت أن الأضرار التي لحقت بظروف معينة في الماضي يمكن أن تكون قد خلقت المظهر الحالي للمريخ. وتشير هذه الظروف إلى أن صخرة فضائية يبلغ قطرها ثلث إلى نصف قطر قمر الأرض اصطدمت بالمريخ بزاوية 30-60 درجة. السقوط في مثل هذه الزاوية يخلق حفرة بيضاوية الشكل.

وقال نيمو، الباحث في علوم الأرض والكواكب في جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز: "إنها فكرة قديمة، لكن لم يقم أحد حتى الآن بإجراء الحسابات الرقمية لفحص ما قد يحدث عندما يضرب كويكب كبير المريخ".

وتعززت هذه الدراسة بدراسة أخرى أجراها البروفيسور أوديد أهارونسون، أستاذ علوم الكواكب في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتيك). يوضح الدكتور آرونسون في مقابلة مع موقع بي بي سي: "الانقسام هو أن هذا هو أقدم تكوين على كوكب المريخ". تشكل هذا الشكل منذ حوالي 4 مليارات سنة، قبل أن يحدث بقية التاريخ الجيولوجي للمريخ ويعترض طريقه. كان ذلك في نفس الوقت تقريبًا الذي ضرب فيه جسم أكبر الأرض، مما أدى إلى قذف مواد من قشرة الكوكب الشاب إلى الفضاء. وأعيدت بلورة هذه المواد وشكلت القمر. ووفقا له، يبدو أن هذه ليست مجرد صدفة. يقول كريغ أغنور، الشريك البحثي لفرانسيس نيمو: "حدث هذا مباشرة في نهاية عملية إنشاء الكواكب الأرضية الأربعة - عطارد والزهرة والأرض والمريخ".

"نعتقد أن الكواكب تشكلت من قرص من الصخور. عندما تتصادم الصخور تحصل على صخور أكبر، وهكذا، من الناحية التطورية، انتهى بنا الأمر بأربعة كواكب والكثير من الصخور في الاختيار المتزايد. وبقدر ما كانت الكواكب تلتقط شظايا الصخور باستمرار، فمن الممكن أن تكون هذه الشظايا الكبيرة الأخيرة. وانتقلت موجات الصدمة الناتجة عن الاصطدام عبر الكوكب وأزعجت القشرة على الجانب الآخر أيضًا، مما تسبب في حدوث تغيرات في المجال المغناطيسي تم قياسها أيضًا على الجانب الجنوبي.

يقول مايكل ماير، كبير الباحثين في المريخ في مقر ناسا في واشنطن: "هذه نتيجة مهمة لأن لها آثارا ليس فقط على التطور المبكر للمريخ ولكن أيضا على تكوين الأرض". "يعد النصف الشمالي من الكرة الأرضية للمريخ أحد أكثر الأسطح نعومة التي يمكن العثور عليها في النظام الشمسي. النصف الجنوبي مرتفع وعر ومليء بالحفر. ويبلغ متوسط ​​ارتفاع السطح في الجنوب ما بين 4 و8 كيلومترات أعلى من أرضية الحفرة.

الفوهات الاصطدامية العملاقة الأخرى التي تم اكتشافها هي أيضًا أقرب في الشكل إلى الشكل الناقص منها إلى الدائرة، ولكن كان هناك حاجة إلى تحليل معقد لسطح المريخ من مركبتين فضائيتين مختلفتين للكشف عن الشكل الإهليلجي لحفرة بوريليس، وهذه الميزة أيضًا بما يتفق مع اكتشاف أنها حفرة تأثير.

وكان أحد العوامل التي أدت إلى تعقيد الاكتشاف هو اكتشاف الشكل الإهليلجي للحفرة بعد وقت الاصطدام، الذي حدث تقريبًا في المائة مليون سنة الأولى من تكوين قشرة المريخ. وتشكلت براكين ضخمة على أحد جانبي الحوض وخلقت مساحة كبيرة من الجبال والصخور التي أدت إلى طمس خط الحوض. استغرق الأمر مجموعات من بيانات الجاذبية، التي تكشف عن البنية تحت السطح، إلى جانب البيانات المتعلقة بارتفاع السطح الحالي لإعادة بناء خريطة ارتفاع المريخ كما كانت قبل ثوران البراكين.

وقال باندرت: "بالإضافة إلى الحدود البيضاوية للحفرة، هناك أيضًا علامات على وجود حلقة خارجية ثانية، وهي سمة نموذجية للفوهات الاصطدامية الكبيرة".

محاكاة على أجهزة الكمبيوتر العملاقة

البروفيسور عوديد أهارونسون، من مواليد إسرائيل (1973)، أقام في الولايات المتحدة الأمريكية منذ أن كان عمره 13 عامًا، وعاد للدراسة هناك لإكمال دراسته الأكاديمية. في التسعينيات، أكمل درجتي البكالوريوس والماجستير في جامعة كورنيل، كطالب لدى ستيف سكوايرز - مدير برنامج المركبات الآلية سبيريت آند أوبرتيونيتي على المريخ. انتقل بعد ذلك إلى معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، حيث حصل على درجة الدكتوراه في عام 2002، ثم انضم إلى معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا كأستاذ. وهو في هذا الإطار باحث في قسم الجيولوجيا وعلوم الكواكب.

وفي حديث مع موقع العلماء يوضح البروفيسور أهارونسون أن البحث له جانب شخصي وجانب مهني: "عندما كنت طالبًا لستيف سكوايرز في جامعة كورنيل (رئيس مشروع روفر المريخ) اقترح علي المشكلة ، وقد نشرت نتائجها الآن في مجلة Nature. في ذلك الوقت كانت أجهزة الكمبيوتر أقل سرعة من اليوم، حاولت حل المشكلة، لكن في النهاية لم نحصل على نتائج حاسمة. في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، جاءت طالبة تدعى مارجريتا مارينوفا إلى قسمي. لقد اقترحت عليها هذه المشكلة ولأننا تمكنا من الوصول إلى حاسوب عملاق يتضمن مجموعة مكونة من 4,000 نواة، فقد تمكنت من حل المشكلة وكانت أول الموقعة على الورقة. وتبين أنه في الوقت نفسه، قامت مجموعة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومجموعة في سانتا كروز بدراسة الموضوع أيضًا، وتم نشر نتائج المقالات الثلاثة معًا في مجلة Nature بالأمس."

كيف يتم شرح انقسام المريخ؟

البروفيسور أهارونسون: "بالفعل من خلال الملاحظات التلسكوبية، يمكنك أن ترى أن أحد جوانب المريخ أملس ولا يحتوي على العديد من الحفر، في حين أن الجانب الآخر خشن وبه العديد من الحفر. وعندما فحصنا نصف الكرة الأرضية الأملس رأينا أنه أقل ارتفاعا، وأيضا أن هناك اختلافات في مجال الجذب بينه وبين النصف الآخر من الكرة الأرضية. ويظهر مزيج هذين العاملين أن سمك القشرة الأرضية في نصف الكرة الشمالي أرق منه في نصف الكرة الجنوبي. لقد اقترح ستيف سكوايرز منذ عشرين عامًا أن الإجابة على هذا اللغز هي أنه حدث انفجار كبير، وأن جسمًا كبيرًا ضرب المريخ.

لقد تمكنا من محاكاة الحدث والتحقق مما إذا كان مثل هذا التأثير يمكن أن أ.) لا يذوب معظم قشرة المريخ إلى حد أنه سيكون هناك دليل على هذا الانفجار، ب) أن نتيجة التأثير ستكون حفرة بيضاوية الشكل كما نراها بالفعل - وهذا ما تم تحديده من خلال المقالة الثانية في طبيعة أندروز-هانا. و ج) أن هذه الفوهة لن يكون لها حافة مرتفعة مثل حافة الحوض العالية للفوهات الأصغر."

لقد أطلقنا على الشروط الضرورية اسم "المكان الجميل". مصطلح في التنس يشير إلى نقطة في المضرب، إذا ضربتها الكرة، فإنها ترتد إلى المكان الصحيح. على أية حال، تظهر عمليات المحاكاة لدينا أنه في ظل ظروف معقولة جدًا عندما نمت الكواكب قبل 4.6-4.5 مليار سنة، فإن هذه الظروف معقولة جدًا وستكون نتيجة مثل هذا الانفجار كما نرى".

"لقد بدأنا البحث من موقف حيث اقترح أحدهم أن الفرق بين الشمال والجنوب على المريخ - الانقسام - قد نشأ بسبب الانفجار الكبير وكانت هناك بدائل لهذه الفرضية، مثل عملية داخلية داخل المريخ. لقد بدأنا من موقف حيث كانت هناك نظرية مفادها أن هذه هي الطريقة التي تشكلت بها، ولكن لم يكن هناك إمكانية لاختبارها، والآن ما تمكنا من القيام به هو التحقق ومعرفة وجود معلمتين: أولاً، أن المطلوب فالظروف هي ظروف معقولة كانت موجودة في بداية أيام النظام الشمسي، وثانياً، أنها تؤدي إلى نتائج هي كما نلاحظ على المريخ اليوم”.

في نفس الوقت تقريبًا ضرب جسم كبير الأرض وتسبب في خلق القمر؟

البروفيسور آرونسون: "الانفجار الذي ضرب المريخ كان أصغر بـ 100 مرة من الانفجار الذي أدى إلى تكوين القمر من الأرض. إنه مشابه ولكن أصغر بأمرين. اصطدمت الأرض بجسم بحجم المريخ، واصطدم المريخ بجسم بحجم أستراليا أو أصغر قليلا.

هل بسبب اختلاف الحجم لم يكن للمريخ قمر بأهمية قمر الأرض؟

ربما بسبب شدة الاصطدام، لم يتكون القمر. إذا كان الحجم رقمًا مهمًا، ولكن ليس فقط، فإن زاوية التأثير مهمة أيضًا.

ألا يوجد مثل هذا الخطر اليوم؟

"إن الأجسام ذات الحجم المناسب، المريخ والزهرة والأرض وسيريس، تدور في مدارات ثابتة ولا يوجد خطر الاصطدام بينها."

للحصول على معلومات على موقع ناسا