كشفت الصور التي التقطتها مسباران يدوران حول المريخ على مدار عشرين عامًا عن رياح عاتية على الكوكب الأحمر.
كانت الرياح على هذا الكوكب القاحل غير مرئية لولا الغبار الأحمر المميز للمريخ، والذي علق في دوامات الرياح، مما خلق ظاهرة تعرف باسم شياطين الغبار.
تحدث هذه الزوابع الشبيهة بالإعصار أيضًا على الأرض، لكن الكتالوج الجديد لشياطين الغبار المريخي، الذي نُشر يوم الأربعاء في مجلة Science Advances، يُظهر أن شياطين الغبار المريخي يبدو أنه يتحرك بشكل أسرع بكثير وأكثر وفرة على نطاق عالمي، كما قال مؤلف الدراسة الرئيسي الدكتور فالنتين بيكل، زميل مركز الفضاء والسكن في جامعة برن في سويسرا.
قام الباحثون بتجميع الكتالوج الجديد المتاح للجمهور باستخدام الصور التي التقطتها وكالة الفضاء الأوروبية Mars Express منذ عام 2004 و ExoMars Trace Gas Orbiter منذ عام 2016.
وقاموا بتدريب شبكة عصبية، أو تعلم آلي على غرار الدماغ البشري، على اكتشاف الدوامات في البيانات المدارية، ثم فحصوا كل واحدة منها لإنشاء خريطة تضم 1039 شياطين غبار عبر المريخ، بما في ذلك أمثلة فوق البراكين القديمة وفي السهول المفتوحة. وتمكن الفريق أيضًا من تحديد اتجاه حركة 373 عمودًا من أعمدة الرياح الدوارة المليئة بالغبار.
لقد توصلوا إلى أن شياطين الغبار المريخي والرياح المصاحبة لها يمكن أن تتحرك بسرعة تصل إلى حوالي 99 ميلاً في الساعة (160 كيلومترًا في الساعة)، وهو أسرع بكثير من أي شياطين غبار سجلتها المركبات الجوالة التي تستكشف سطح الكوكب الأحمر.
وكتب بيكل في رسالة بالبريد الإلكتروني: “تشير هذه الملاحظة إلى أن تلك الرياح من المحتمل أن تكون قادرة على رفع كمية كبيرة من الغبار من السطح إلى الغلاف الجوي”. “لقد وجدنا قطعة أحجية جديدة تساعدنا على فهم دورة الغبار المريخي بشكل أفضل: أين ومتى وكم يتم رفع الغبار من السطح وحقنه في الغلاف الجوي.”
يقول الخبراء إن تتبع حركة الغبار على كوكب المريخ أمر بالغ الأهمية للتخطيط للاستكشاف الآلي والبشري المستقبلي للكوكب الأحمر.
التقطت مركبة ExoMars Trace Gas Orbiter ثلاثة شياطين غبار تتعقب سطح المريخ في 8 نوفمبر 2021. – ESA/TGO/CaSSIS
نافذة على الزوابع
توفر دراسة الغبار على المريخ للعلماء طريقة لنمذجة مناخ الكوكب دون التواجد فعليًا على الأرض.
على الأرض، يساعد المطر على إزالة الغبار من الهواء. لكن على المريخ، يمكن للغبار أن يبقى في الغلاف الجوي لفترة أطول بمجرد أن ترفعه الرياح، ويسافر عبر الكوكب بأكمله.
وبمجرد وجود الغبار في الغلاف الجوي، فإنه يؤثر على مناخ المريخ وطقسه. يمنع الغبار ضوء الشمس من الوصول إلى السطح، مما يتسبب في انخفاض درجات الحرارة أثناء النهار، كما أنه يعزل الكوكب للحفاظ على درجات الحرارة أكثر دفئًا في الليل.
الآن، واستنادا إلى البحث الجديد، يشتبه العلماء في أن شياطين الغبار قد تلعب دورا أكبر في رفع الغبار في هواء المريخ مما كان يعتقد سابقا.
لطالما فتنت شياطين الغبار بيكل لأنها توفر نافذة على ديناميكيات الغلاف الجوي للمريخ الأقرب إلى سطح الكوكب، ويمكن رؤيتها من المدار.
وقال بيكل: “أعتقد أنه أمر لا يصدق أننا قادرون على مراقبة وتتبع زوابع الغبار المتحركة على كوكب مختلف”. “من خلال مراقبة شياطين الغبار من المدار، يمكننا معرفة أشياء كثيرة، مثل سرعة الرياح واتجاهها، والتي لولا ذلك لكانت غير مرئية.”
وأظهر تحليل الفريق أنه على الرغم من وجود شياطين الغبار في جميع أنحاء الكوكب، فقد تم العثور على العديد منها في Amazonis Planitia، وهي واحدة من أكثر السهول سلاسة على سطح المريخ المغطاة بالغبار والرمال.
وقال بيكل إن شياطين الغبار تتشكل عندما يرتفع الهواء الساخن بالقرب من السطح ويدور، ويلتقط الغبار على طول الطريق.
وقال: “يبدو أن منطقة Amazonis Planitia توفر الظروف المثالية لتكوين شيطان الغبار، لأنها منطقة واسعة ومسطحة للغاية وتتلقى الكثير من الإضاءة خلال فصل الصيف”.
وتوصل الفريق أيضًا إلى أن شياطين الغبار لها موسمية، حيث يحدث نشاط إعصاري مكثف خلال أشهر الربيع والصيف في نصفي الكرة الشمالي والجنوبي. عادة، تستمر الدوامات بضع دقائق فقط وتحدث خلال النهار، بين الساعة 11 صباحًا و2 ظهرًا بالتوقيت المحلي، على غرار شياطين الغبار التي تحدث في الأماكن القاحلة والمتربة على الأرض في الصيف.
منظر جوي مفيد
لا تحمل أي من المركبات المدارية أدوات مصممة لقياس سرعة الرياح على المريخ. لكن بيكل وفريقه اكتشفوا كنزًا ضمن ما يمكن اعتباره عادةً مصدر إزعاج.
يقوم كلا المدارين بإنشاء صور من خلال الجمع بين المشاهدات من قنوات مختلفة تنظر إلى المريخ بألوان أو اتجاهات محددة. على سبيل المثال، يمكن لـ Mars Express إنشاء صورة واحدة من تسع قنوات صور، ويمكن أن يكون هناك تأخير يتراوح بين سبع إلى 19 ثانية من قناة إلى أخرى.
لذا، إذا كانت هناك حركة على المريخ، مثل شيطان الغبار، فإنها تنتج “إزاحات لونية” ملحوظة في الصورة الفسيفسائية النهائية – وطريقة لتتبع سرعة وحركة شياطين الغبار.
وقال كولين ويلسون، عالم مشروع وكالة الفضاء الأوروبية لكلا المسبارين، في بيان: “إنه لأمر رائع أن نرى الباحثين يستخدمون Mars Express وExoMars (Trace Gas Orbiter) لإجراء أبحاث غير متوقعة على الإطلاق”. ولم يشارك في الدراسة. “يؤثر الغبار على كل شيء على المريخ – بدءًا من الظروف الجوية المحلية وحتى مدى قدرتنا على التقاط الصور من المدار. من الصعب التقليل من أهمية دورة الغبار.”
وقال بيكل إن شياطين الغبار الأسرع تميل إلى السفر في خطوط مستقيمة للغاية، بينما تتمايل شياطين الغبار الأبطأ من اليسار إلى اليمين.
أظهرت القياسات السابقة لشياطين الغبار على المريخ أن سرعتها عادة أقل من 31 ميلاً في الساعة (50 كيلومترًا في الساعة)، مع حد أقصى نادر يبلغ 62 ميلًا في الساعة (100 كيلومتر في الساعة). لكن أحدث البيانات تظهر حدًا أقصى أعلى بكثير لشياطين الغبار وكذلك الرياح المحيطة بها.
وقال بيكل: “من المرجح جدًا أن تجلب هذه الرياح القوية المستقيمة كمية كبيرة من الغبار إلى الغلاف الجوي للمريخ – أكثر بكثير مما كان يُفترض سابقًا”. “تظهر بياناتنا أين ومتى تبدو الرياح على المريخ قوية بما يكفي لرفع الغبار من السطح.”
لكن الغلاف الجوي للمريخ أرق بأكثر من 100 مرة من الغلاف الجوي للأرض، مما يعني أنه حتى الرياح القوية ستشعر وكأنها نسيم بالنسبة لنا. بدون غلاف جوي كبير، تفتقر الرياح إلى القوة، لكن على المريخ، تكفي فقط لالتقاط الغبار.
قال بيكل: “من المؤكد أن شيطان الغبار لن يتمكن من إبعادك عن قدميك”.
يمكن رؤية الحركة غير الواضحة لشيطان الغبار وهو يرقص على سطح المريخ في 3 ديسمبر 2021، من خلال نظام التصوير الملون والأسطح الاستريو الموجود على مركبة ExoMars Trace Gas Orbiter. – وكالة الفضاء الأوروبية/TGO/CaSSIS
اختيار موقع الهبوط المثالي
واستنادًا إلى قاعدة بياناتهم المجمعة، يقدر الباحثون أن شياطين الغبار رفعت ما بين 2200 و55000 طن و1000 و25000 طن من الغبار إلى نصفي الكرة الشمالي والجنوبي للغلاف الجوي للمريخ، على التوالي، بين عامي 2004 و2024.
تظهر النتائج أن النماذج المناخية للمريخ قللت منذ فترة طويلة من أهمية الرياح التي تحرك حركة الرواسب على الكوكب، وهي معلومات ضرورية لنمذجة الظروف الماضية على المريخ القديم وتحديد كيفية تطور سطحه بمرور الوقت، كما قال الدكتور لوري فينتون، عالم أبحاث كبير في علوم الكواكب في معهد SETI في كاليفورنيا. ولم يشارك فينتون في الدراسة الجديدة.
كتب فينتون في رسالة بالبريد الإلكتروني: “على المريخ، يعد تحرك الرمال والغبار أحد أهم محركات تعديل السطح (من خلال ترسب الرواسب وتآكلها) وتغير المناخ (من خلال حمل الغبار الجوي المتغير باستمرار)”.
يظل الغبار أيضًا مصدر قلق أساسي للبعثات المتجهة إلى المريخ. يمكن أن يؤدي الغبار المريخي المعلق إلى عواصف ترابية تحيط بالكوكب، وهي ظاهرة أنهت مهمة أبورتيونيتي في عام 2019. كما أدى تراكم الغبار على الألواح الشمسية لمركبة الهبوط الثابتة إنسايت إلى إنهاء هذه المهمة في عام 2022.
في بعض الأحيان، يمكن لشياطين الغبار أن تكون مفيدة. عن طريق الصدفة، ساعدت الدوامات في إزالة الغبار من الألواح الشمسية على مركبة سبيريت روفر في عام 2009.
وقال بيكل إن الصور الجديدة من البيانات المدارية ستستمر إضافتها إلى الكتالوج حتى يمكن استخدامها كمورد لتخطيط المهمة المستقبلية.
قال بيكل: “يمكن لقياساتنا أن تساعد العلماء على بناء فهم لظروف الرياح في موقع الهبوط قبل الهبوط، مما قد يساعدهم في تقدير مقدار الغبار الذي قد يستقر على الألواح الشمسية للمركبة الجوالة – وبالتالي عدد المرات التي يجب فيها التنظيف الذاتي”.
تُظهر الخريطة نشاط شيطان الغبار خلال فصلي الربيع والصيف المحليين في نصف الكرة الشمالي للمريخ (نقاط وأسهم باللونين الأسود والرمادي والأزرق الداكن) ونصف الكرة الجنوبي (نقاط وأسهم باللونين الرمادي الفاتح والوردي). – وكالة الفضاء الأوروبية/TGO/CaSSIS
يتم بالفعل استخدام بيانات الدراسة الجديدة للمساعدة في تحديد موقع الهبوط الأمثل لمركبة ExoMars Rosalind Franklin التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، والتي من المتوقع أن تهبط على المريخ في عام 2030.
وقال الدكتور رالف لورينز، عالم الكواكب في مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز، إنه من المثير رؤية صورة كبيرة لشياطين الغبار، وهي ظاهرة يعتبرها من أبرز سمات الغلاف الجوي المريخي وأكثرها إثارة للاهتمام. وقال لورينز، الذي لم يشارك في البحث الجديد، إن إجراء مسح واسع النطاق لها يوفر سياقًا مهمًا لمواقع الهبوط المستقبلية.
وكتب لورينز في رسالة بالبريد الإلكتروني: “إلى أن نفهم (شياطين الغبار)، ستكون الطاقة الشمسية على المريخ دائمًا “غير مؤكدة” إلى حد ما على المدى الطويل، وهو أمر مهم بشكل خاص ونحن نتطلع إلى البشر على المريخ في المستقبل غير البعيد”.
وقال الدكتور جيه مايكل باتاليو، عالم الأبحاث المساعد في قسم علوم الأرض والكواكب في جامعة ييل، إن الملاحظات الجديدة يمكن أن تساعد في التحقق من صحة نماذج الطقس والمناخ وتحسينها للمريخ، مما سيضمن سلامة واستدامة وطول عمر البعثات المستقبلية. ولم يشارك باتاليو في الدراسة الجديدة.
وأضاف باتاليو أن النتائج تسلط الضوء أيضًا على قيمة وجود مجموعات بيانات متعددة طويلة المدى من بعثات مختلفة إلى المريخ، وهو أمر معرض للخطر بسبب التخفيضات المقترحة في ميزانية ناسا. وقال إن دراسة مناخ المريخ مهمة أيضًا لفهم الأرض.
وكتب باتاليو في رسالة بالبريد الإلكتروني: “توفر الظروف الفريدة للمريخ مختبرًا مستقلاً لمقارنة كيفية عمل الطقس على الأرض للتأكد من أن لدينا الصيغة العامة الأكثر اكتمالاً لديناميات الغلاف الجوي الممكنة”. “إن دراسة النظام الشمسي على نطاق واسع لا تقتصر على الاستكشاف فحسب، بل إنها تساعدنا على فهم موطننا.”
قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com