عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
رسم توضيحي لبرق يخرج من عاصفة ترابية على الكوكب الأحمر. | الائتمان: ناسا
اكتشف العلماء صواعق برق صغيرة على سطح المريخ لأول مرة – حيث تم العثور عليها وهي تنطلق حول مركبة بيرسيفيرانس التابعة لناسا وتأتي من جبهات العواصف الترابية وشياطين الغبار الدوامة.
وقد أدى العثور على التفريغات الكهربائية إلى حل لغز مريخي كبير، ألا وهو أصل المواد المؤكسدة مثل بيروكسيد الهيدروجين على الكوكب الأحمر، والذي تم اكتشافه في المريخ في عام 2003. يمكن لهذه المواد المؤكسدة أن تتفاعل مع الجزيئات العضوية، مما قد يؤدي إلى تدمير البصمات الحيوية، في حين يمكن للتفاعلات الكيميائية الأخرى الناجمة عن البرق أن تولد جزيئات عضوية جديدة.
وقال بابتيست تشيد من معهد أبحاث الفيزياء الفلكية والكواكب في تولوز لموقع Space.com: “هذا أمر مثير”. “إنه يفتح مجالًا جديدًا للتحقيق بالنسبة للمريخ.”
قاد Chide فريقًا من روفر المريخ تمكن العلماء من العثور على أدلة على التفريغات الكهربائية المخبأة في بيانات من أكثر الأدوات غير المتوقعة: مثابرةميكروفون.
اكتشف فريق تشيدي 55 حدثًا كهربائيًا عبر 29 ساعة من تسجيلات الميكروفون، موزعة على عامين مريخيين. لكل تسجيلات توقيع صوتي مميز. في البداية، هناك موجة من الكهرباء الساكنة، تسمى التجاوز، والتي تدوم أقل من 40 ميكروثانية. ويتبع التجاوز انخفاض هائل في الإشارة يدوم ربما 8 مللي ثانية، اعتمادًا على مدى بعد الميكروفون عن التفريغ. لا يعد كل من التجاوز والهبوط اللاحق ضوضاء صوتية حقيقية: فهي نتيجة للتداخل في إلكترونيات الميكروفون من المجال المغناطيسي الناتج عن التفريغ. الجزء التالي من التسجيلات الصوتية هو صوت حقيقي. ويتجلى ذلك على شكل ذروة عالية ثانية في الإشارة تليها قمم أصغر، وهذه ناتجة عن موجة صدمية متواضعة ينتجها وميض البرق.
هذه التفريغات الكهربائية ليست صواعق متشعبة تنزل من السماء كما حدث لدينا أرضلأن المريخ لا يوجد به عواصف رعدية لأنه يفتقر إلى الماء الجوي. وبدلاً من ذلك، لكي يتمكن الميكروفون من سماع التفريغات الكهربائية، يجب أن تكون التفريغات أقرب بكثير إلى العربة الجوالة.
على الأرض، يحدث البرق في الغالب بسبب الاحتكاك بين جزيئات الجليد في السحب. على المريخ، الاحتكاك بين جزيئات الغبار هو الذي يحفز التفريغ. نرى شيئًا مشابهًا على الأرض في الأعمدة البركانية.
ومع ذلك، فإن الظروف على الأرض والمريخ مختلفة تمامًا، وهو ما يتضح في “عتبة الانهيار” الخاصة بكل منهما. يصف هذا النقطة التي تكون فيها سحب الجسيمات المشحونة كهربائيًا قادرة على التفريغ.
وقال دانييل ميتشارد من جامعة كارديف لموقع Space.com: “إن عتبة الانهيار أعلى على الأرض منها على المريخ، وتتعلق في المقام الأول بالضغط وكذلك بتكوين الغلاف الجوي”. ميتشارد هو فيزيائي يدرس البرق، على الرغم من أنه ليس عضوًا في فريق العربة الجوالة ولم يشارك في هذه الدراسة.
صورة المثابرة على المريخ. | مصدر الصورة: NASA/JPL-Caltech، الإسناد، عبر ويكيميديا كومنز
الأرض في الغالب النيتروجين والأكسجين أَجواء والمريخ في الغالب جو ثاني أكسيد الكربون تعتبر عازلة كهربائيًا، مما يعني أنه يجب تراكم الكثير من الشحنات للتغلب على تأثير العزل والتفريغ. نظرًا لأن الضغط السطحي على الأرض هو جو واحد، فهذا يعني أن هناك الكثير من الغلاف الجوي العازل الذي يجب أن يمر البرق من خلاله، وبالتالي فإن عتبة الانهيار مرتفعة جدًا، ثلاثة ميغا فولت لكل متر مربع. على المريخ، حيث يبلغ الضغط السطحي 0.006 ضغط جوي فقط، يكون الغلاف الجوي العازل أقل للتغلب على التفريغ الكهربائي، وبالتالي فإن عتبة الانهيار أقل بكثير، حوالي 15 كيلو فولت لكل متر مربع.
قال ميتشارد: “هذا يعني أننا نتوقع بشكل عام أن يكون البرق على المريخ أضعف منه على الأرض”، ويشبه التفريغ الكهربائي للمريخ بالصدمة الساكنة التي قد تتلقاها عند فرك بالون أو المشي على أرضية معزولة.
من بين 55 حدث تفريغ اكتشفها ميكروفون بيرسيفيرانس، حدث 54 منها خلال أعلى 30% من أقوى الرياح المسجلة خلال 29 ساعة من التسجيلات. وهذا يربط بقوة التصريفات بالرياح المحلية القادرة على رفع الغبار في الهواء، كما هو شائع في جبهة العواصف الترابية. تزامن ستة عشر حدثًا أيضًا مع مرور شياطين الغبار بالقرب من العربة الجوالة – ويقدر أن أبعد تفريغ كهربائي تم قياسه كان على بعد 6.2 قدم (1.9 متر) فقط من المثابرة. كانت بعض التفريغات ناجمة عن حبيبات الغبار الموجودة في الهواء، في حين أن حفنة منها كانت في الواقع مشحونة كهربائيًا بعدة كيلوفولتات بعد اصطدامها بجزيئات الغبار المحمولة جواً ثم تفريغها على الأرض.
ومع ذلك، فإن المركبة وأجهزتها محمية بشكل جيد من الحوادث الكهربائية. ومع ذلك، يتوقع تشيد وفريق المركبة الفضائية أن مهمة المريخ 3 السوفيتية، التي هبطت على المريخ وسط عاصفة ترابية عام 1971 وكانت نشطة لمدة 20 ثانية فقط قبل أن تتوقف عن العمل، يمكن أن تكون قد تعرضت للتلف بسبب التفريغ الكهربائي.
ولضمان الحماية الكاملة للمهام المستقبلية، يمكن لقراءات الميكروفون أن توجه التصميم المستقبلي لمهمات المريخ. “الآن بعد أن أصبح لدينا بيانات كمية عن الطاقة [of the discharges]وقال تشيد: “سنكون قادرين على تعديل المواصفات التي نضعها على تصميم اللوحات الإلكترونية، ومن المحتمل أن يكون لدينا قيود جديدة على البدلات الفضائية اللازمة لرواد الفضاء”.
وحتى الآن، لم يتمكن سوى الميكروفون من التقاط الأدلة على عمليات التصريف. هل يمكن لكاميرات المثابرة التقاط ومضات هذه الصواعق؟
قال تشيد: “سيكون تصوير الإفرازات أمرًا صعبًا”. ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن العديد منها يحدث في اليوم الذي تكون فيه شياطين الغبار أكثر نشاطًا، وتلك التي قد تكون ساطعة بدرجة كافية قد يحجبها الغبار. ستكون الومضات أيضًا قصيرة جدًا، ولا تدوم سوى ميكروثانية فقط، ويبلغ طول معظمها ملليمترات فقط – وأكبر الصواعق هي تلك التفريغات من المركبة نفسها، والتي تمتد عدة عشرات من السنتيمترات للوصول إلى سطح الكوكب الأحمر. يتطلب التقاط التفريغات الكهربائية القصيرة والسريعة كاميرا عالية السرعة وعالية الدقة لا نملكها حاليًا على المريخ.
وقال ميتشارد: “نأمل أن تشق الكاميرات الأكثر تقدمًا طريقها في النهاية إلى هناك”. أصبح هذا الآن أكثر احتمالا إذا رغب علماء الكواكب في دراسة البرق بمزيد من التفصيل في المستقبل.
عاصفة ترابية على المريخ كما تبدو من الأعلى. | مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا/أريزونا
وحتى ذلك الحين، لن تكون مسألة بسيطة. قال تشيد: “لا نعرف حقًا إلى أين نوجه الكاميرا”. “يجب أن نكون محظوظين جدًا!”
والأكثر أهمية هو ارتباط البرق بالمؤكسدات مثل بيروكسيد الهيدروجين. ونظرًا لأن مثل هذه المواد المؤكسدة يمكن أن تتفاعل مع المركبات العضوية وتغيرها كيميائيًا، فإن وجود البرق يعد أمرًا مهمًا لعلماء الأحياء الفلكية الذين يبحثون عن بصمات حيوية على الكوكب الأحمر. من الناحية النظرية، المناطق التي تحتوي على تركيزات عالية من المواد المؤكسدة يجب أن تشهد المزيد من نشاط الغبار والعواصف، وبالتالي المزيد من التفريغ الكهربائي. على سبيل المثال، نشاط شيطان الغبار في فوهة جوسيف، حيث روفر استكشاف المريخ سبيريت هبطت المركبة في عام 2004، وهي أعلى بعشرين مرة مما كانت عليه في فوهة جيزيرو حيث توجد بيرسيفيرانس، بينما لا يكاد يوجد أي نشاط لشيطان الغبار على إليسيوم بلانيتيا. هل يتطابق هذا مع توزيع المواد المؤكسدة على المريخ، وهل يمكن للعلماء تحسين فرصهم في العثور على البصمات الحيوية عن طريق إرسال بعثات بحث عن الحياة إلى مناطق المريخ التي لا تشهد عددًا كبيرًا من شياطين الغبار والعواصف الترابية؟
قال تشيد: “هذا سؤال جيد”. “إن التحديد الكمي لكمية المؤكسدات التي تنتجها هذه الظاهرة الجديدة سيكون الخطوة التالية، التي تتطلب تجارب ونماذج معملية.”
في حين تم بالفعل اكتشاف البرق في سحب عمالقة الغاز كوكب المشتري و زحلوهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف تفريغ كهربائي على كوكب صخري غير الأرض. إنه يثير احتمال حدوث ظواهر مماثلة فينوس عن طريق الغبار أو قمر زحل تيتان عن طريق الحبوب الجليدية.
وفي الوقت نفسه، يمكن أن تساعد التصريفات المريخية في العواصف الترابية، حيث أن الكهرباء الساكنة تقلل من سرعة العتبة اللازمة للرياح لرفع جزيئات الغبار عن السطح في المقام الأول، مما يخلق حلقة ردود فعل إيجابية من الغبار الذي يتم إبعاده عن السطح، ويصبح أكثر كهربة، مما يساعد على حمل المزيد من الغبار في الهواء، وما إلى ذلك. على هذا النحو، يمكن أن تلعب كهربة الغبار دورًا مهمًا في دورة الغبار العالمية للمريخ، وبالتالي ما يمثل مناخه.
مع وجود الآلاف من العواصف الترابية الإقليمية الصغيرة كل عام مريخي، فهذا يعني أن هناك آلاف الكيلومترات من جبهة العواصف الترابية المكهربة التي يمكن أن تطقطق بصواعق البرق الصغيرة. ربما لم تنته القصة الصادمة للمريخ المكهرب بعد.
نُشر البحث في 26 نوفمبر في المجلة طبيعة.