تاریخچه‌ی آب در سياره مریخ

درواقع، آب همه‌جا در منظومه‌ی شمسی پیدا می‌شود. قمرهای سیاره‌های خارجی، و نیز دنباله‌دارها و اجرام فرانپتونی عمدتاً از یخ آب درست شده‌اند. در ترکیب مواد معدنی روی سیارک‌ها و سیاره‌های خاکی هم آب مخلوط است. حتی بر سطح ماه و عطارد می‌توان یخ آب پیدا کرد. اگر وجود آب این‌قدر عادی است، پس چرا از کشف آب روی مریخ این‌قدر شگفت‌زده می‌شویم؟

علت این است که اغلب ما علاقه‌ای به یخ آب، آب مخلوط با مواد معدنی، و آبی که تحت فشار بسیار زیاد زیر پوسته‌های ضخیم یخی مدفون شده نداریم. ما آبِ مایع جاری، چرخان، موّاج، فرساینده، و حلّالی را می‌خواهیم که واکنش‌های شیمیایی را تسهیل می‌کند. فراتر از زمین، مریخ تنها جایی است که آب روی آن تقریباً همه‌ی هزاران «عشوه‌گری»‌اش بر زمین را انجام داده: باریده است، به‌صورت باران و برف؛ جاری شده؛ تپه‌ها را فرساییده؛ گودال‌ها را پُر کرده؛ تسهیل‌گرِ واکنش‌های شیمیایی بوده؛ و رسوبات را به سنگ‌ها چسبانده است. این سنگ‌های رسوبی شواهد و مدارکی را از فعالیت‌های آب در میلیاردها سال پیش در خود نگاه داشته‌اند.

اما مریخ زمین نیست و پرسش‌هایی حیاتی هنوز بی‌پاسخ باقی مانده‌اند. آیا آب مایع درون دریاها و اقیانوس‌های مریخ میلیون‌ها سال یا بیشتر دوام آورده بود؟ و آیا حضور این آب فرصتی برای حیات بود تا شکل بگیرد و، به مدتی هرچند کوتاه، رشد و نمو کند؟ اگر آب مایع بر مریخ وجود داشته ولی ما هیچ مدرکی از وجود حیات آن‌جا نیافته‌ایم، معنایش چیست؟ همین پرسش‌ها انگیزه‌ی اصلی کاوش‌گران امروزی مریخ است.

این نقشه، از طیف‌نگار نوترونی مدارگرد اُدیسه‌ی مریخ، مکان یخ آب را نزدیک سطح مریخ نشان می‌دهد. همان‌طور که پیش‌بینی می‌کردیم، مقدار بسیاری یخ در عرض‌های جغرافیایی بالاتر وجود دارد ولی دانشمندان از یافتن مقادیر فراوان یخ زیرسطحی در اطراف استوای این سیاره شگفت‌زده شدند. امتیاز تصویر: ناسا

همه‌جا آب هست، اما دریغ از یک قطره برای نوشیدن!

سطح مریخ امروز سرد است و از خشکی به درجه‌ای رسیده که آن را فرابایر (hyper-arid) می‌نامیم! فشار جوّی این سیاره چنان کم است (کمتر از یک درصد فشار هوای سطح دریا روی زمین) که اگر مخزن روبازی آب را بر سطح مریخ و در معرض «هوا» بگذارید سریع‌تر از آن‌که بخواهد از سرما یخ بزند، تبخیر می‌شود. اما تقریباً همه‌جا بر سطح مریخ، نه‌فقط در کلاهک‌های قطبی، می‌توان آب پیدا کرد.

بیشتر ذخیره‌ی آب باقی‌مانده بر سیاره‌ی مریخ زیر سطحش، در سفره‌ای سراسری از یخ، پنهان است. در بسیاری از بخش‌های مریخ، این یخ در ژرفای زیر سطح قرار دارد اما در دشت‌های پست و گسترده‌ی شمالی فقط چند سانتی‌متر زیر سطح آرمیده است. یافت‌شدن پهنه‌هایی با نقش‌های چندضلعی بر سطح مریخ نشان‌دهنده‌ی وجود همین سفره‌ی یخی است. شواهد بیشتر از یخِ نزدیک‌به‌سطح در سال ۱۳۸۰/۲۰۰۱ از مدارگرد اُدیسه‌ی مریخ به دست آمد که در یکی دو متری زیر خاک سیاره‌ی سرخ مقادیر فراوانی هیدروژن مدفون یافت.

همین کشف بود که ناسا را به فرستادن مریخ‌نشین فونیکس در سال ۱۳۸۶/۲۰۰۷ تشویق کرد. وقتی بازوی ربوتیک فونیکس در پنجمین روز پس از فرود از ردّپای خودش عکسی فرستاد، دانشمندان دریافتند که موشک‌های ترمزیِ مریخ‌نشین، با کنارزدن رویه‌ی خاکی، لایه‌ی هموار و بکری از یخ را نمایان کرده‌‌اند. با اینکه گروه دانشمندان انتظار کشف یخ را داشتند، نمای شگفت‌آور این یخ خالص و دست‌نخورده آن‌ها را به‌شدت به وجد آورد.

نشانه‌هایی از یخ: دوربین بازوی ربوتیک مریخ‌نشین فونیکس این عکس را از سفره‌ی همواری از یخ آب درست چند سانتی‌متر زیر سطح مریخ گرفت.

افزون بر این، مدارگرد شناسایی مریخ (MRO) 18 گودال برخوردی تازه را کشف کرد که مرکزشان از حضور یخ تازه و خالص به رنگ آبی-سفید درآمده است. وقتی پژوهشگران این رصدها را ماه‌ها یا سال‌ها بعد تکرار کردند، این یخ یا تبخیر شده یا زیر غبارِ نشسته بر سطح مدفون شده بود.

یخ چنان زیر دشت‌های شمالی همه‌جا حاضر بود که، اگر دانشمندان زودتر از وجودش آگاه بودند، چه‌بسا مریخ‌نشین وایکینگ ۲ ناسا – که در عرض جغرافیایی ۴۸ درجه‌ی شمالی فرود آمد – نیز می‌توانست به بررسی‌اش بپردازد. اگر به وایکینگ ۲ فرمان می‌دادند که خندقش را فقط با عمق ۱۰ سانتی‌متر بیشتر حفر کند، شاید به یخ می‌رسید. بعد از سفری به درازای صدها میلیون کیلومتر، انگار فقط ۱۰ سانتی‌متر زود توقف کردیم و به این ترتیب کشف یخ زیرزمینیِ مریخی را ربع قرن به تأخیر انداختیم.

روی مریخ، عوارض سطحی دیگری هم هستند که نشان از وجود یخ نزدیک‌به‌سطح دارند. عوارض یخچالی مانند یخ‌رُفت‌ها (moraines) و پینگوها (pingos) مناظر نیم‌کره‌های شمالی و جنوبی مریخ را پُر کرده‌اند. (یخ‌رُفت هرگونه تراکم و انباشتگی سنگ و خاک نایکپارچه به‌سبب فعالیت‌های یخچالی است. و پینگوها روی سیاره‌ی ما تپه‌های یخی مرتفع‌اند که روی آن‌ها را زمین پوشانده است و در مناطق قطبی یافت می‌شوند و ارتفاع‌شان به ۷۰ و قطرشان به ۶۰۰ متر می‌رسد.) دشوار است که بگوییم آیا این عوارض بر سطح مریخ امروز فعال‌اند یا نه، اما کمبود نسبی گودال‌های برخوردی در این ساختارها نشان می‌دهد که یخ در گذشته‌ی نزدیک – در مقیاس زمین‌شناختی – جابه‌جا شده است.
 

درست مانند روی زمین، در عرض‌های جغرافیایی بالاتر روی مریخ هم پهنه‌هایی با نقش‌های چندضلعی یافت می‌شوند. یخ طی فرایندهای پیچیده‌ای – که شامل نحوه‌ی منجمدشدن آب، ذوب‌شدن یخ، و اعمال تنش بر نواحی اطراف‌شان می‌شود – این چندضلعی‌ها را می‌سازد. این عکس را دوربین تفکیک‌بالا (های‌رایز؛ HiRISE) سوار بر مدارگرد شناسایی مریخ گرفته است.

اما یافتن شواهدی از وجود آب مایع دشوارتر است. سال‌به‌سال، عوارض راه‌آب‌مانند کوچکی را می‌بینیم که بر دیواره‌های پُرشیب ژرف‌دره‌های روبه‌استوا و گودال‌های برخوردی شکل می‌گیرند. آیا این شیارها را آب جاری به سوی پایین حفر کرده است؟ همه‌ی دانشمندان به این امر متقاعد نشده‌اند. برخی بر این باورند که این شیارها در جاهایی وجود دارند که خاک پُرنمک نقطه‌ی انجماد آب را پایین می‌آورد و شورآبی را شکل می‌دهد که در دماهای پایین‌تری ذوب می‌شود. جدیدترین پژوهش‌ها نشان می‌دهند که احتیاجی به شورآب نیست؛ این شیارها فقط و فقط زمانی شکل می‌گیرند که دمای بالاترین لایه‌ی خاک برابر یا بالاتر از دمای انجماد آب خالص باشد. اما حتی اگر این شیارها نشان‌دهنده‌ی ذخایر امروزی آب مایع بر مریخ باشند، این «ذخایر» قطره‌هایی بی‌دوام، ناچیز، و احتمالاً شورند که به‌سختی می‌توان وجودشان را بهشتی برای حیات دانست!

گذشته‌ای مرطوب‌تر

مریخ باستانی بسیار با مریخ امروزی متفاوت بوده و امروز آثار گذشته‌ی آن همه‌جا حاضر است. مریخ نیز، مانند ماه و عطارد، دارای دشت‌های باستانی پُرگودالی است که اغلب درنیم‌کره‌ی جنوبی سیاره – که چهره‌اش را تعداد بسیاری گودال برخوردی زخمی کرده‌اند – به چشم می‌خورند. این گودال‌ها شاهد دورانی در منظومه‌ی شمسی بوده‌اند که کلّ این مجموعه هدف بمباران شدید و گسترده‌ی سیارک‌ها و دنباله‌دارهای خودسر قرار گرفته بود.

اما اگر کمی دقیق‌تر به سطح ماه و عطارد و مریخ نگاه کنیم، شواهدی را از تاریخچه‌های کاملاً متفاوتی بر آن‌ها می‌بینیم. دشت‌های مرتفع پُرگودال ماه از زمان شکل‌گیری تابه‌امروزخیلی کم تغییر کرده‌اند. سرزمین‌های پُرگودال عطارد را سیلاب‌های بی‌شمارِ فوران‌های آتشفشانی پوشانده و بعد به‌سبب انقباض سیاره آن‌ها هم چین خورده‌اند. در عوض، دشت‌های مرتفع جنوبی مریخ را دره‌های شاخه‌شاخه از هم شکافته‌اند.

در نگاه نخست، شبکه‌ی دره‌های مریخ شبیه سامانه‌ی رودهای زمینی به نظر می‌رسند. اما وقتی دانشمندان در عکس‌های پروژه‌ی وایکینگ این دره‌ها را از نزدیک بررسی کردند، دریافتند که این دره‌ها از نظر زمین‌شناختی بسیار ابتدایی به نظر می‌رسند. این دره‌ها شاخه‌های محدودی دارند و نواحی عظیمی از سطح مریخ اصلاً هیچ دره‌ای ندارد. بسیاری از زمین‌شناسان چنین نتیجه گرفتند که شاید این شبکه‌ها از اتفاقی نادر، یعنی جاری‌شدن ناگهانی آب‌های زیرزمینی، ساخته شده باشند. شاید برخوردهای بزرگ گاه‌وبی‌گاه به‌مدتی کوتاه جوّ مریخ را غلیظ، و چندسالی گرمایش گلخانه‌ای را تقویت می‌کرده‌اند، بارانی می‌باریده و آب جاری می‌شده، و بعد دوباره جو رقیق می‌شده و مریخ به همان سردی و خشکی می‌شده که قبلاً ‌بوده است.

عوارض یخی: این تصویر دوربین های‌رایز ، جریانی یخچال‌مانند را بر دامنه‌های آتشفشان غول‌پیکر آرسیامانس مريخ نشان می‌دهد.

اما داده‌های جدید این دیدگاه را هم عوض کرده است. نقشه‌هایی که براساس تصاویر اُدیسه‌ی مریخ رسم شده‌اند نشان می‌دهند که دره‌های مریخی به شبکه‌های آبریز بسیار پُرشاخه متصل می‌شوند به‌طوری‌که کوچک‌ترین راه‌آب‌ها تا خط‌الرأس میان آب‌پخشان‌ها می‌رسند. (آب‌پخشان خط مرزی میان دو حوضه‌ی آبریز همسایه است.) پیچیدگی آن‌ها مشابه پیچیدگی شبکه‌ی رودهای سیاره‌ی زمین است. حیرت‌انگیز اینکه ظاهراً بیشتر این شبکه‌ی دره‌ها در مدت محدود تقریباً ۲۰۰ میلیون‌ساله‌ای شکل گرفته است و این ۲۰۰ میلیون سال نسبتاً در اواخر تاریخچه‌ی مریخ قرار دارد؛ یعنی بعد از اینکه مریخ دوره‌ی بمباران شدید حدود ۳/۸ تا ۳/۶ میلیارد سال پیش را از سر گذراند. بنابراین چیزی به‌جز آن برخوردها مسئول دنیای گرمی بوده که شبکه‌ی دره‌ها را پدید آورده است.

به‌راه‌افتادن چرخه‌ی آب

این عکسِ دوربین کانتکست (Context) ، سوار بر مدارگرد MRO عارضه‌ای به قطر ۳ کیلومتر را نشان می‌دهد که بسیار شبیه پینگوهایی است که در نواحی قطبی زمین کشف شده‌اند. پینگوها تپه‌هایی یخی‌اند که روی آن‌ها را خاک و سنگ پوشانده است.

اقلیم‌شناسان سعی می‌کنند شرحی برای مریخ ابتداییِ گرم و مرطوب، که در تقابل با «پارادوکس خورشید جوان کم‌فروغ» قرار دارد، پیدا کنند. براساس مدل‌های تحول ستاره‌ای، خورشید در جوانی ۳۰ درصد کم‌سوتر از امروز بوده و پرتوهای فرابنفش بسیار بیشتری تولید می‌کرده که چه‌بسا جوّی غنی از دی‌اکسید کربن را از اطراف هر سیاره‌ای جاروب می‌کرده است. اما اگر این شبکه‌ی دره‌ها واقعاً دیرتر – یعنی بعد از برخوردهای اصلی – شکل گرفته باشد، درواقع این زمانی بوده که خورشید هم درخشان‌تر شده است.

شاید آتشفشان‌های عظیم تارسیس بر مریخ به مرطوب‌شدن این سیاره کمک کرده باشند. ناحیه‌ی تارسیس ساختاری غول‌پیکر از آتشفشان‌ها و جریان‌های گدازه‌ی هم‌پوشان است که میلیاردها سال پیش ساخته شده. با کم‌شدن شمار برخوردها، فعالیت‌های آتشفشانی بر مریخ حاکم شد. دانشمندان بر این باورند که مرز میان این دو دوره حدود ۳/۸ میلیارد سال پیش بوده است. طی میانسالی مریخ، فوران‌های آتشفشانیْ مقادیر عظیمی از گاز را به جوّ این سیاره افزوده‌اند که بیشتر از جنس بخار آب، دی‌اکسید کربن، و دی‌اکسید گوگرد بوده است. شاید در همان حالی که خورشید مریخ را گرم می‌کرده این گازها هم جوّ مریخ را غلیظ کرده‌اند.

آب‌راهه‌ها: تصاویر تفکیک‌بالا، که مدارگردهای ناسا گرفته‌اند، بر دیواره‌های روبه‌خورشیدِ گودال‌ها و ژرف‌دره‌های مریخ تعداد بسیاری آب‌راهه نمایان کرده‌اند. دانشمندان هنوز بر سر منشأ آغازین این ساختارها به توافق نرسیده‌اند اما بسیاری از زمین‌شناسان بر این باورند که این شیارها زمانی شکل می‌گیرند که سفره‌ای از آب‌های زیرزمینی بر سطح شیبی فوران می‌کند و بهمن کوچکی از آب مخلوط با رسوبات را به سوی پایین سرازیر می‌کند. این تصاویر را دوربین های‌رایز گرفته است.

آتشفشان‌های تارسیس فوران می‌کردند و بنابراین جوّ مریخ سریع‌تر از آن‌که خورشید بتواند نابودش کند غلیظ شد. آب به‌شکل باران و برف شروع به باریدن کرد. هرکجا که باران بارید یا برف‌ها ذوب شد، آب جاری وارد خاک مریخ شد. آبِ مخلوط با رسوبات به‌سرعت موجب فرسایش محیطی شد که از برخودها خُردوخراب و در شرایطی فراخشک رو به نابودی رفته بود. آب جاری رسوبات را با خود به پایین منتقل کرد. آب گودال‌هایی مانند گوسِف  و گِیل را پُر کرد و دریاچه‌هایی ساخت. وقتی این گودال‌ها از آب لبریز شدند، سیلاب به نواحی پایین‌تر سَرریز کرد.  سرانجام آب به حوضچه‌ی عظیم زمین‌های پست شمالی هم رسید و چه‌بسا آن را هم پُر کرد و اقیانوسی شکل داد. و این‌جاست که چرخه‌ی بازخورد مثبت واقعاً شکل می‌گیرد. حوضچه‌های پُر از آب هوای مرطوب تولید کردند که، وقتی به ارتفاعات و دماهای بالاتر می‎‌رسید، دوباره به صورت باران یا برف می‌بارید.آیا در نیم‌کره‌ی شمالی مریخ هرگز اقیانوسی وجود داشته است؟ شواهدی ضمنی از خطوط ساحلی – که در شیب‌ها شکسته‌اند – در اطراف زمین‌های پست شمالی وجود دارد. پیکرشناسان سیاره‌ای (ژئومورفُلوژیست‌ها) همچنین رسوبات دلتاشکلی را در مرز دره‌ها به نقشه درآورده و به این نتیجه رسیده‌اند که اغلب آن‌ها در ارتفاعی یکسان جمع شده‌اند؛ همین نشان می‌دهد که همه‌ی آن‌ها به درون یک اقیانوس می‌ریخته‌اند. اما هنوز بسیاری از دانشمندان متقاعد نشده‌اند؛ هنوز این پرسش مطرح است که آیا زمانی طولانی بر نیم‌کره‌ی شمالی مریخ اقیانوسی وجود داشته است، یا نه.