المريخ: ملخص مؤقت لنتائج مركبة مافن الفضائية  

الانفجارات المغناطيسية والهروب الجوي والعلاقة بينه وبين الانفجارات الشمسية - كل ذلك تم قياسه بواسطة المركبة الفضائية MAVEN، وهي بيانات ساعدت في إعادة بناء الغلاف الجوي القديم للمريخ 

المقدمة

في 18.11.2013 نوفمبر 21.9.2014، أطلقت الولايات المتحدة المركبة الفضائية MAVEN (الغلاف الجوي للمريخ والتطور المتطاير) إلى المريخ. وكانت أول مركبة فضائية يتم إطلاقها على هذا الكوكب بدون كاميرات. وقد تم تصميمه للدخول في مدار حوله والتركيز على دراسة غلافه الجوي فقط. وبعد رحلة استغرقت عشرة أشهر، دخل في 1 سبتمبر 2018 مداره حوله. وكانت أهداف المركبة الفضائية هي دراسة الغلاف الجوي العلوي، وقياس فقدان الغازات التي هربت من الغلاف الجوي مع مرور الوقت، وتقديم إجابات فيما يتعلق بتطور الطقس، ودراسة ما تبقى من المجال المغناطيسي للمريخ وما تسبب في ذلك. فقدان الماء السائل على السطح. لبحث المجال المغناطيسي أهمية كبيرة في دراسة الغلاف الجوي وتفاعله مع الرياح الشمسية(2). قرب نهاية برنامج المصدر، تقرر تمديد نشاطه على المريخ لمدة عام آخر في عام 2018. وما ساهم في هذا القرار هو نجاح برنامج المصدر ومخزون الوقود الذي كان موجودا في خزانات المركبة الفضائية، والذي يمكن أن يكفي لعشر سنوات أخرى (2019). وفي عام 3، تم اختبار خيار آخر. قم بإبطاء سرعة الطيران وخفض ارتفاع الرحلة في عام XNUMX حتى يكون من الممكن استخدام محطة ترحيل للمعلومات التي سيتم إرسالها من المركبات الصالحة لجميع التضاريس والتي سيتم إرسالها إلى المريخ في المستقبل (XNUMX).

أثناء رسم الخرائط العادية للمريخ، يتم إجراء القياسات من ارتفاع 6200 - 150 كم فوق سطح الأرض. خلال القياسات العميقة، يمكن النزول إلى أسفل الفرقاطة لمسافة 125 كيلومترًا، مما يجعل من الممكن إجراء قياسات في جميع أنحاء الغلاف الجوي العلوي بأكمله. تسمح هذه الفجوة البالغة 25 كم بقياسات تصل إلى أعلى الغلاف الجوي السفلي. وعلى هذا الارتفاع المنخفض، تكون كثافة الغلاف الجوي أعلى بعشر مرات من كثافة الغلاف الجوي العلوي. وهنا يتم قياس الروابط بين مكونات الغلاف الجوي السفلي والعلوي والفضاء. كان أول هبوط للمركبة الفضائية في 10 فبراير 18.2.2015 - 10.2.2015 فبراير 4. في الأيام الثلاثة الأولى، تم إنزال الفرقاطة. وأعقب ذلك سلسلة من الملاحظات من خمس جولات مدة كل منها خمسة أيام. كان الهدف هو أخذ عينات من الغلاف الجوي عند خطوط طول مختلفة، مما سمح بتغطية شبه كاملة لكوكب المريخ (XNUMX).

رياح الشمس

وصورت الكاميرات فوق البنفسجية هالات رقيقة من الأكسجين والهيدروجين والكربون المحيطة بالمريخ. تشير التقديرات إلى أن الجسيمات النشطة القادمة من الشمس ربما تكون السبب الرئيسي لفقدان الغلاف الجوي. وبعد رحلتها الطويلة عبر الفضاء، عند وصولها إلى المريخ، تستثمر هذه الجسيمات، وخاصة البروتونات، طاقتها في الغلاف الجوي العلوي. يحدث مثل هذا الحدث مرة واحدة كل بضعة أسابيع. كورونا الهيدروجين والأكسجين هي طبقات رقيقة من الحافة الخارجية للغلاف الجوي العلوي حيث تهرب الذرات التي كانت جزءًا من جزيئات ثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء القريبة من الأرض إلى الفضاء (5).

واكتشفت المركبة الفضائية خلال عمليات رصدها تيارا من جزيئات الرياح الشمسية التي لا تنحرف إلى الجانب أثناء دخولها إلى الغلاف الجوي، ولكنها تخترق بعمق الغلاف الجوي العلوي والغلاف الأيوني. التفاعل مع الغلاف الجوي العلوي يجعل هذه الجزيئات محايدة وتخترق طبقات الغلاف الجوي السفلي. وفي أعماق الغلاف الأيوني، تتحول هذه الجسيمات مرة أخرى إلى أيونات (6).

أظهرت قياسات الغلاف الجوي العلوي أن سرعة هروب الأيونات تتعزز أثناء التوهجات الشمسية، مما قد يعني أن فقدان الغلاف الجوي مهم في تاريخ المريخ.

توهج

ظاهرة التوهج التي تظهر على الأرض عند القطبين موجودة أيضًا على المريخ، ولكنها هنا توجد في أماكن مختلفة وتنشأ من بقايا المجال المغناطيسي للمريخ (7). وتشهد الملاحظات التي تم إجراؤها حتى الآن على وجود الشفق القطبي في نصف الكرة الشمالي حتى خط الاستواء. قبل عشر سنوات، اكتشفت مركبة الفضاء الأوروبية Mars Express، خلال قياساتها للأشعة فوق البنفسجية في نصف الكرة الجنوبي، توهجًا في تكوين أطلق عليه اسم "المظلات المغناطيسية". وسبب تسميته بهذا الاسم هو أن المجالات المغناطيسية تنبثق من الأرض مثل الفطر. وتكون الفاشيات عشوائية وفي أماكن مختلفة. ينشأ الشفق القطبي عندما تضرب وابل من الجسيمات النشطة القادمة من الشمس الغلاف الجوي العلوي. وبعد هذا الاصطدام، فإنها تخلق توهجًا على ارتفاع أقل من 100 كيلومتر من الأرض. الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي هو مصدر لون التوهج. إن ذرات الأكسجين المثارة هي التي تخلق الضوء الأخضر (8).

وتبين في الملاحظات أن نوعاً جديداً من التوهج يظهر خلال معظم اليوم فقط ويصعب ملاحظته والتعرف عليه. اتضح أن البروتونات الموجودة على المريخ تفعل على المريخ ما تفعله الإلكترونات على الأرض في خلق التوهج. هناك حالات يصبح فيها الضوء فوق البنفسجي القادم من الهيدروجين الموجود في الغلاف الجوي العلوي ساطعًا لسبب غير مفهوم لبضع ساعات ثم تصبح هذه الأحداث ساطعة (سطوع). ولاحظ الباحثون أن جهاز SWIA (محلل أيونات الرياح الشمسية) يقيس البروتونات المضخمة للرياح الشمسية. على وجهه هذا التوهج مستحيل. كيف تمر هذه البروتونات من خلال الصدمة القوسية للمريخ وهي عائق مغناطيسي يعمل عادة على انحراف الجسيمات المشحونة من الرياح الشمسية المحيطة بالمريخ وكيف تطلق الضوء حيث أن الذرات تحتاج إلى إلكترونات للقيام بذلك؟ وتبين أنه عندما تقترب البروتونات من المريخ مع الرياح الشمسية فإنها تصبح ذرات متعادلة. ومن خلال القيام بذلك، يقومون بسرقة الإلكترونات من الجانب الآخر من سحابة الهيدروجين الكبيرة التي تحيط بالمريخ.

يمكن لموجة الصدمة إمالة الجزيئات المشحونة فقط بحيث تستمر هذه الذرات المحايدة في حركتها المستقيمة. عندما تضرب هذه الجسيمات الذرية السريعة الغلاف الجوي، يتم إطلاق بعض طاقتها في الضوء فوق البنفسجي ويمكن رؤيتها بواسطة أدوات مثل IUVS على المركبة الفضائية. يمكن لذرة واحدة أن تصطدم بالجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي العلوي مئات المرات قبل أن تتباطأ وتتوقف عن قتل البروتونات في الضوء فوق البنفسجي. يظهر توهج البروتون أيضًا على الأرض، ولكن ليس بنفس الشكل الذي على المريخ، وهذا فرق كبير يصنع الفارق. يميل المجال المغناطيسي للأرض الرياح الشمسية بزاوية أكبر من تلك الموجودة على المريخ. يحدث توهج البروتونات على الأرض فقط في مناطق صغيرة وبالقرب من القطبين. على المريخ يمكن أن يحدث في أي مكان(9).

حقل مغناطيسي

وتكمن أهمية دراسة المجال المغناطيسي للمريخ في أن المريخ فقد مجاله المغناطيسي منذ مليارات السنين، مما سمح للرياح الشمسية بتمزيق غلافه الجوي وتجفيفه. وما تبقى اليوم من مجالها المغناطيسي هي مجالات محلية في القشرة الأرضية، وهي بقايا المجال المغناطيسي العالمي. يمكن أن تخلق هذه الحالة جيوبًا من الغلاف الجوي محمية من الرياح الشمسية وتترك مناطق أخرى معرضة للخطر. كما أن قياس هذه الأجزاء من المجال المغناطيسي للمريخ سيسمح بالحصول على رؤية واسعة للغلاف الجوي ككل (1).

أَجواء

ومن خلال قياس الغلاف الجوي العلوي، يمكن للمرء أن يدرس كيفية هروب الذرات التي يتكون منها إلى الفضاء. تدعم هذه القياسات وجهة النظر المقبولة حاليًا والتي تقول إن الغلاف الجوي العلوي متماسك بسبب الجاذبية الضعيفة للمريخ. تسمح قياسات الأشعة فوق البنفسجية أيضًا برسم خرائط للأوزون في الغلاف الجوي عن طريق الكشف عن امتصاص جزيئاته لأشعة الشمس فوق البنفسجية. بهذه الطريقة تحصل على تغطية كاملة لكوكب المريخ. وهو نوع من القياس لم يكن حتى اليوم ممكنًا إلا لقياسات الأرض (5).

قامت أدوات المركبة الفضائية بقياس انفجارات الغازات في الأيونات والتكوينات المحايدة، واكتشفت هياكل محددة للغاية في الغلاف الجوي العلوي والمحيط الحيوي الذي يختلف عن الغلاف الجوي السفلي حيث يتم خلط الغازات معًا. ستسمح التغييرات في هذه التعويضات بمرور الوقت بتطوير رؤى جديدة في فيزياء وكيمياء هذه المنطقة، وقد قدمت معلومات مهمة فيما يتعلق بالطقس في الغلاف الجوي العلوي. ولم يتم إجراء هذا النوع من القياس بواسطة المركبات الفضائية السابقة التي تم إطلاقها إلى المريخ. رؤى جديدة حول طريقة هروب الغازات من الغلاف الجوي بعد ساعات قليلة من بدء تشغيل الجهاز STATIC (تركيب الأيونات الحرارية والحرارية)، اكتشف عمودًا قطبيًا من الأيونات الهاربة من الكوكب. يسمح هذا النوع من القياس بتتبع معدل هروب غازات الغلاف الجوي إلى الفضاء. وتبين أن الأيونات المثارة بقوة تفلت من جاذبية المريخ أثناء تحركها على طول العمود الذي يمتد إلى ما هو أبعد من المريخ (6).

وفي عمليتي اختراق الغلاف الجوي العلوي الذي قامت به المركبة الفضائية لقياس طبيعة الغلاف الأيوني، لوحظت سلسلة حرارية رأسية كبيرة. أشارت المعلومات المتراكمة إلى وجود خليط مستقر من ثاني أكسيد الكربون والأرجون وثاني أكسيد النيتروجين وكميات أكبر من المتوقع من الأكسجين. وتتغير كثافة هذه العناصر على ارتفاع 200 كيلومتر بشكل كبير عندما تكمل المركبة الفضائية دورة واحدة. وبحسب تقييم الباحثين، فإن هذا التغيير هو نتيجة تفاعل موجة الجاذبية مع عمليات هياج صغيرة الحجم تحدث من الأسفل. تزيد التغيرات في المجال المغناطيسي والطبقات الأيونية من احتمالية مساهمة قشرة المريخ أيضًا في المجال المغناطيسي (7). اتضح أن الجزيئات والذرات تهرب من الغلاف الجوي بمعدل مرتفع عندما تحدث انفجارات على الشمس (انبعاثات جماعية إكليلية) تمر بجوار المريخ وتخلق تكوينات من الأقطاب المغناطيسية يمكن أن يصل طولها إلى 5000 كيلومتر وتكتسح الكواكب على طول الطريق الأيونات في الفضاء (10). يفقد المريخ 100 جرام من غلافه الجوي كل ساعة (11).

وبعد دراسة الغلاف الجوي العلوي لمدة عام مريخي، أصبح من الواضح أن هروب الماء ليس منتظمًا وليس سلسًا دائمًا. وقد وجد أن هناك صعودا وهبوطا في معدل هروب الهيدروجين. وكان معدل الهروب أعلى عندما كان المريخ في نقطة الحضيض بالنسبة للشمس، وسقط عندما كان المريخ في نقطة الحضيض بالنسبة للشمس. يختلف معدل هروب الهيدروجين بشكل كبير حتى 10 أضعاف الحد الأقصى. الهيدروجين الموجود في الغلاف الجوي العلوي يأتي من بخار الماء. يمكن تحلل الماء الموجود في الغلاف الجوي عن طريق إطلاق ضوء الشمس للهيدروجين والأكسجين. يمكن أن يكون معدل هروب الهيدروجين ناتجًا عن التأثيرات الموسمية والرياح الشمسية. (12).

وتبين أن هناك ذرات معدنية مشحونة في الغلاف الجوي العلوي. نظرًا لأن الأيونات المعدنية لها عمر طويل، فقد تم نقلها إلى مسافات كبيرة من منطقتها الأصلية بواسطة الرياح المحايدة والمجالات المغناطيسية. ويمكن استخدامها كمقياس للحركة في طبقة الأيونوسفير. وفي اختبارات المتابعة، تشير التقديرات إلى أن مصدر المعادن هو وابل من النيازك الصغيرة عالية السرعة التي تضرب الغلاف الجوي وتتبخر. ذرات المعدن المكتشفة هي الحديد. المغنيسيوم والصوديوم. تتصرف الأيونات المعدنية بشكل مختلف عن تلك الموجودة في الغلاف الجوي للأرض (13). الانطباع الناتج هو أن أصل ذرات المعدن هو من كلا المصدرين.

غبار

تم اكتشاف الغبار على ارتفاعات تتراوح بين 1000-150 كم. لا توجد عملية معروفة يمكنها رفع تركيز الجزيئات من الأرض إلى هذا الارتفاع العالي. واستنادا إلى حجم الجسيمات 5-1 نانومتر وتركيزها في الهواء، تم استبعاد احتمال أن تكون قد نشأت من أقمار المريخ. والنتيجة التي توصلوا إليها هي أن أصلهم بين النجوم (7).

מקורות

1. كلير دي سارافيا – "قياس المريخ: مقياس المغناطيسية MAVEN" 28.3.2013

http://www.marsdaily.com/reports/Measuring_Mars_The_MAVEN_ Magnetometer_999.html

2. توماز نوفاكوسكي - "مركبة الفضاء MAVEN تستعد لرصد عاصفة ترابية على المريخ" 23.8.2016

http://www.marsdaily.com/reports/MAVEN_Spacecraft_Gears_Up_Observe_Dust_ Storm_ On_ Mars_999.html

3. 3. نانسي جونز – صورة شخصية لمركبة MAVEN التابعة لناسا تحتفل بمرور أربع سنوات في مدار المريخ” 24.9.2018

http://www.marsdaily.com/reports/NASAS’s_MAVEN_Selfie_Marks_Four_Years_In_ Orbit_At_ Mars_999.html

4. نانسي نيل جونز - "MAVEN تكمل أول حملة تراجع عميق" 20.2.2015

http://www.marsdaily.com/reports/MAVEN_Completes_First_Deep_Dip_Campaign_999.html

5. "النظرة الأولى لمركبة مافن الفضائية إلى المريخ تحمل مفاجآت" 16.10.2014

http://www.marsdaily.com/reports/MAVEN_Spacecraft’s_First_look_At_Mars_ Holds_ Surprises_999.html

6. "مافن يحدد الروابط في السلسلة التي تؤدي إلى فقدان الغلاف الجوي للمريخ" 16.2.2014

http://www.marsdaily.com/reports/MAVEN_Identifies_Links_In_ Chain_leadings_To_ Mars_Atmospheric _Loss_999.htmI

7. "الخوض في جو المريخ" 6.11.2015/XNUMX/XNUMX

http://www.marsdaily.com/reports/Delving_Into_The_Atmosphere_Of_Mars_999.html

8. توني فيليبس - "الشفق القطبي على المريخ" 15.5.2015

http://www.marsdaily.com/reports/Auroras_On_Mars_999.html

9. بيل ستيجروالد، نانسي جونز - "مركبة الفضاء مافين التابعة لناسا وجدت أن الإلكترونات المسروقة تمكن من حدوث شفق غير عادي على المريخ" 24.7.2018

http://www.marsdaily.com/reports/NASAs_MAVEN_Spacecraft_Finds_That_Detector_ Stolen _Electrons _ Enable _Unusual_Aurora_On_Mars_999.html

10. ستيوارت غاري - "على المريخ. يحدث الشفق القطبي في أي مكان، كما تكشف بيانات MAVEN الجديدة." 6.11.2015/XNUMX/XNUMX

http://www.abc.net.au/2015-11-06/mars-aurora-occur-almost-anywhere-new-maven-reveals/6915632?site=science/news

11. كريستوفر كروسكيت – "المريخ الأعزل يفقد غلافه الجوي" 11.11.2015

https://www.sciencenews.org/article/a-defenseless-mars-is-losing-its-atmosphere

12. "مهمة مافن ترصد صعودًا وهبوطًا في هروب المياه من المريخ" 21.10.2016

http://www.marsdaily.com/reports/MAVEN_Mission_Observes_Ups_And_Downs_Of_ Water _Escape_ From_ Mars_999.html

13. "مركبة مافن التابعة لناسا تكشف عن وجود معدن في الغلاف الجوي للمريخ" 12.4.2017

http://www.marsdaily.com/reports/NASAs_MAVEN_Reveals_Mars_Has_Metal_In_The_ Atmosphere_999.html