تاریخچه‌ی کاوش‌های بشر برای یافتن آب در مریخ

از دیرباز محققان به دنبال علائم حیات در سیارات مختلف بوده‌اند و نخستین نشانه آن‌ها برای این جستجو چیزی نیست جز آب مایع؛ ماده‌ای که با دانش کنونی‌مان می‌دانیم که شرط اولیه شکل گیری حیات است. یکی از بهترین و در دسترس‌ترین مکان‌ها برای این کاوش، سیاره همسایه زمین، مریخ است. از زمان اختراع تلسکوپ تا رسیدن کاوشگر‌های رباتیک به سیاره مریخ، بشر همواره در جستجوی نشانه‌ای از آب بر روی سیاره سرخ بوده و این امر، همچنان یکی از موضوعات مهم کاوش در این سیاره اسرارآمیز است.

به گزارش فرادید، در نخستین رصد‌های تلسکوپی دقیق مریخ، کلاهک قطبی و چیزی شبیه به ابر مشاهده شد و این علائم را به وجود آب نسبت دادند. در سال ۱۶۶۶ میلادی کاسینی مواد تشکیل دهنده کلاهک‌های قطبی را یخ آب مطرح کرد و این مطالعات همچنان ادامه دار بود تا در سال ۱۷۸۴ ویلیام هرشل منجم آلمانی مقاله‌ای در مورد جو مریخ منتشر و مناطق درخشان آن را به وجود ابر و بخار نسبت داد.

در اواخر دهه نخست قرن نوزدهم نیز فرضیه مطرح شده توسط کاسینی مورد سوال دانشمندان قرار گرفت تا اینکه طی پژوهش‌هایی ساختار کلاهک‌های یخی را به دلیل دمای پایین و کمبود آب قابل مشاهده در این سیاره، یخ C ۰۲ اعلام کردند. مدارگرد مارینر ۹ (mariner ۹) نیز که اولین ماهواره در مدار سیار‌های غیر از زمین بود در سال ۱۹۷۱ پرتاب و عکس‌های متعددی از مریخ گرفت، بستر رودخانه ها، دره‌های ایجاد شده توسط رسوب و فرسایش آبی، جبهه‌های هوا، مه و تمامی شواهد حاکی از احتمال وجود آب در گذاشته این سیاره بود.

سطح‌نشین پثفایندر (Mars pathfinder) نیز که در سال ۱۹۹۷ عملیات خود را آغاز کرد تصاویر متعددی به خصوص از ابر‌های مریخ در زمان‌های متعدد گرفت و طی تحلیل‌ها نشان داد ابر‌ها از یخ متراکم شد با ذرات گرد و غبار قرمز رنگ تشکیل شده اند. به همین ترتیب مطالعات ادامه داشت تا در سال ۲۰۰۸ مریخ نورد phoenix وجود مقدار زیادی یخ آب در مناطق شمالی مریخ را تایید کرد.

در سال‌های متمادی اقدامات گوناگونی از جمله ارسال مدارگرد‌ها و سطح نشین‌های مختلف و بررسی شهاب سنگ‌های مریخ به منظور اندازه گیری خصوصیات مختلف جو صورت گرفته است. مطالعات انجام شده روی شهاب سنگ‌های آلن هیز ۸۴۰۰۱ (ALH ۸۴۰۰۱) که سال ۱۹۸۴ در ناحیه‌ای به همین نام در جنوبگان و شمال غربی آفریقا ۷۰۳۴ (NWA ۷۰۳۴) که سال ۲۰۱۱ در صحرای آفریقا پیدا شدند، بیانگر مقدار قابل توجهی آب در این شهاب سنگ‌های جدا شده از پوسته مریخ است.

در سپتامبر ۲۰۰۵ پژوهشگران دانشگاه هاوایی در مانوا به این نتیجه رسیدند که آلن هیز ۸۴۰۰۱ با قدمت بیش از ۴ میلیار سال میتواند از سنگ‌های دره مارینر (Marineris) واقع در نیمکره غربی مریخ نزدیک استوا، که در گذشته زیر آب بوده، باشد. همچنین مطالعات صورت گرفته بر روی شهاب سنگ شمال غربی آفریقا ۷۰۳۴ با قدمتی بیش از ۲ میلیارد سال نشان دهنده بیشترین مقدار آب در این سنگ نسبت به سایر شهاب سنگ‌های بررسی شده مریخ تا کنون هست.

به طور کلی پژوهشگران منشا آب مریخ را دو منبع مختلف می‌دانند. آن‌ها معتقدند احتمال دارد آب روی سطح مریخ در نتیجه سقوط شهاب سنگ‌ها و دنباله دار‌ها باشد. در مقابل بسیاری وجود حداقل دو مخزن بزرگ آب با ترکیب شیمیایی متفاوت در مرحله اولیه پیدایش مریخ را منشا طبیعی آب موجود در این سیاره میدانند. در مجموع شواهد موجود و تصاویر ارسالی همچون بستر‌های خشک رودخانه ها، سیلاب دشت ها، شبکه آبراهه‌ها و مخروط افکنه د موجود حاکی از وجود آب در دوره‌ای از تاریخ در سطح این سیاره بوده است.

همچنین هماتیت خاکستری ماده معدنی که اغلب در واکنش‌هایش به آب نیاز دارد در منطقه terra meridini پیدا شد. اگرچه مواد معدنی این چنین که در واکنش‌های اولیه به آب نیازمند بوده‌اند کم نیست و وجود آب در زمان گذشته را نشان میدهد. قابل ذکر است طی وقوع عصر‌های یخبندان و وقایع جوی متعدد در سیاره سرخ، همچون زمین تغییرات جوی حائز اهمیتی رخ داده است و اظهار نظر در مورد وجود یاعدم وجود آب در این سیاره را با مشکل رو به رو می‌کند.

با بررسی کلی ماموریت‌های گذشته میتوان وضعیت دانش موجود نسبت به دنیای پر رمز و راز سیاره سرخ را متوجه شد. در سال ۱۹۷۱ فضاپیمای مارینره خصوصیات فیزیوگرافی این سیاره را به وجود آب در گذشته نسبت داد، سپس برنامه وایکینگ شامل دو مدارگرد و مریخ نورد که اواخر سال ۱۹۷۵ مطالعات خود را آغاز کرد وجود جریان‌هایی با آبدهی بیش از ۱۰ هزار برابر رودخانه میسیسیپی در زمان گذشته را تخمین زد، کاوشگر فضایی MGS در سال ۱۹۹۶ نیز وجود مجرا‌های متعدد را به جریان آب در گذشته ارتباط داده و دو مجرای بزرگ در مناطق Nanedi Valles و Nirgal vallis کشف کرد. در سال ۱۹۹۷ سطح‌نشین پثفایندر عکس‌های متعددی از ابر و مه مریخ در زمان‌ها و موقعیت‌های متفاوت گرفت.

فضاپیمای ادیسه مریخ سال ۲۰۰۱ شواهد زیادی در غالب تصویر حاکی از وجود آب در مریخ بافت همچنین با طیف‌سنج نوترونی ثابت کرد که قسمت زیادی از سطح سیاره پر از یخ آب است. کاوشگر فونیکس (Phoenix) در سال ۲۰۰۸ تایید کرد به دلیل فشار جو و دمای پایین در سطح مریخ آب مایع نمی‌تواند وجود داشته باشد مگر در ارتفاعی کم و برای دوره‌ای کوتاه. علاوه بر این، فونیکس حجم عظیمی از یخ آب را در شمال سیاره یافت.

در سال ۲۰۰۴ نیز مریخ نورد اسپیریت (Spirit) نشانه‌هایی از سابقه وجود آب در صخره همفری (Humphrey) پیدا کرد در همین سال مریخ نورد آپورچیونیتی (Opportunity) نیز به بررسی وجود هماتیت که اغلب توسط آب شکل میگیرد و همچنین به بررسی چینه‌شناسی تپه اویلوس (aeolian) در صخره برنز (Burns) پرداخت، و پس از عملیات متعدد شواهدی مبنی بر وجود آب مایع در گذشته در سطح این منطقه را یافت. فضاپیمای MRO از سال ۲۰۰۵ تصاویر ارزشمندی حاکی از وجود فرآیند‌های مرتبط با آب در مریخ دریافت کرد؛ و در نهایت در سال ۲۰۱۹ طی پژوهشی که از رادار SHALLOW این فضاپیما استفاده شد، نشان داده شد که ۶۰ تا ۸۰ درصد حجم دشت Planum Boreum واقع در قطب شمال یخ آب است.

مریخ نورد کیوریاسیتی (Curiosity) نیز از سال ۲۰۱۲ به مطالعات همه جانبه علائم حیات پرداخت و نشان داد فعالیت آب و درجه حرارت موجود در آن از مقادیر مورد نیاز برای تولید مثل و متابولسیم اورگانیسم‌های شناخته شده در سطح زمین کمتر است. همچنین براساس پژهش‌های صورت گرفته در دهانه گیل (Gale) نشان داد که حدود ۵/۳ میلیارد سال پیش مقدار زیادی آب در این منطقه وجود داشته است.

افزون بر این شهریور ۱۳۹۷ گزارشی توسط محققین مریخ در مجله nature astronomy وجود حداقل چهار دریاچه آب نمک در قطب جنوب مریخ را بیان کرد. به طوری که مساحت دریاچه بزرگ ۷۵۰۰۰ کیلومتر مربع چیزی حدود ۱ پانزدهم مساحت کشور آلمان گزارش شد. در سطح مریخ، فشار کم که ناشی از فقدان جو قابل توجه سیاره است وجود آب مایع را غیرممکن می‌کند. اما دانشمندان مدتی است که تصور می‌کنند ممکن است مقداری آب که از میلیارد‌ها سال گذشته در دریاچه‌ها و دریا‌ها وجود داشته است، در زیر سطح محبوس شده باشد. انتظار می‌رود کاوشگر پرسوپرنس که در تاریخ ۱ اسفند ۱۳۹۹ بر سطح مریخ فرود آمده، تصاویر و نمونه‌های قابل قبولی به منظور بررسی بیشتر و دقیقتر در این مورد ارسال کند.

در ادامه محققان مریخ در مقاله‌ای که بهمن ۱۳۹۹ تحت عنوان «دسترسی به منابع زیرسطحی یخ آب در عرض میانی شمالی مریخ» در مجله nature astronomy چاپ شد، تحقیقات و داده‌های جمع آوری شده طی ۲۰ سال گذشته ناسا را مورد بررسی قرار داده و بیان کردند در دسترس‌ترین یخ زیرسطحی منطقه‌ای در نیمکره شمالی زیر منطقه قطبی مریخ است. در سیاره زمین این منطقه جایی است که به کانادا و اروپا میرسیم و در مریخ دشت‌های Arcadia Planitia و دره‌های مملو از یخچال‌های طبیعی در Deuteronilus Mensae را شامل می‌شود.

این مناطق حد واسط مکانی برای یافتن بیشتر یخ آب (قطب ها) و جایی برای یافتر بیشترین نور خورشید و گرما (استوا) هستند. همچنین ارتفاعات میانی شمالی، ارتفاعات مطلوبی برای فرود به شمار می‌روند. از طرفی این سوال پیش می‌آید که آیا در مریخ ابر و به دنبال آن بارشی وجود دارد؟ محققین دانشگاه کلورادو بولدر بیان کردند برخلاف زمین که مولکول‌های آب در اطراف دانه‌های گرد نمک دریا و گرد و غبار هوا جمع می‌شوند و تشکیل ابر می‌دهد، و همچنین براساس مشاهدات انجام شده توسط فضاپیمای ماون ناسا، در مریخ شهاب سنگ‌هایی که هر روزه به جو مریخ برخورد میکنند موجب ایجاد حجم عظیمی از گرد و غبار به نام دود شهاب «meteor smoke» در جو می‌شوند. این گرد و غبار‌ها می‌توانند به عنوان دانه‌هایی برای تشکیل ابر‌ها عمل کنند و مولکول‌های یخ آب را دور خود جمع کنند.

تصاویر گرفته شده توسط سطح‌نشین پثفایندر به عنوان اولین تصاویر ارسالی از ابر و مه موجود در سیاره را میتوان با مراجعه به وبسایت https://mars nasa. gov/MPF/science/clouds. html در شرایط متنوع مشاهده کرد، همچنین اخیرا تصاویر جالبی توسط مریخ نورد کیوریاسیتی (curiosity) از ابر‌ها منتشر شده است.

قابل ذکر است به دلیل شرایط جوی موجود هیچگونه بارشی به سطح نمی‌رسد و تبخیر می‌شود که این پدید virga نامیده میشود. در سطح مریخ نیز همانند سیاره خودمان شاهد وقایع جوی متنوع هستیم. به عنوان مثال هرساله هنگام انقلاب تابستانه مریخ، ابری از یخ آب در سمت کم باد ارسیا مونس، یکی از بزرگترین آتشفشان‌های غیرفعال مریخ تشکیل می‌شود. این ابر می‌تواند در طول حدود ۱۸۰۰ کیلومتر امتداد یابد. به طوری که محققان آن را ابر بلند ارسیا مونس (arsia mons) نامیده اند.

این ابر هر روز صبح در این فصل تشکیل شده و حدود ۳ ساعت در امتداد طولی رشد یافته و سپس ناپدید می‌شود. از آن جایی که بیش از ۹۵ درصد جو مریخ را دی اکسید کربن تشکیل میدهد و بخار آب یک گاز کمیاب است، محققین امیدوارند مشاهده این ابر در مورد چگونگی رفتار کربن دی اکسید کمک قابل توجهی کند.