می‌دانیم که حیات تمام موجودات زنده در سطح زمین به آب وابسته است. همچنین می‌دانیم که آب یکی از فراوان‌ترین عناصر در منظومه شمسی است؛ درنتیجه منطقی است که درباره وجود آب در سیارات دیگر، مخصوصاً مریخ، کنجکاو باشیم. در این مقاله، شواهد وجود آب در سیاره سرخ را بررسی می‌کنیم و خواهیم دید که آب چه نقشی در تکامل این سیاره داشته است.

آب در سیاره مریخ

همان‌طور که گفتیم، آب یکی از مولکول‌های فراوان در منظومه شمسی است. بسیاری از مناظر و پدیده‌های طبیعی که روی زمین می‌بینیم، در اثر فرسایش جریان آب طی میلیون‌ها سال شکل گرفته‌اند. جریان آرام و پیوسته آب چنان قدرتی دارد که می‌تواند در مقیاس‌های بلند یک پهنه از زمین را کاملاً دگرگون کند و تریلیون‌ها تن ماده را در مسافت‌های بسیار طولانی جابه‌جا کند. از سوی دیگر، همکاری ساده اما حیرت‌انگیز خورشید، نیروی گرانش و آب می‌تواند چرخه‌ای هیدرولیکی بسازد که خود آن نیز تأثیرات بسزایی در ساختار زمین دارد. در این چرخه، با تابش خورشید آب تبخیر می‌شود و با کمک نیروی گرانش به‌شکل باران به زمین می‌رسد تا تغییراتی چشمگیر ایجاد کند.

وقتی زمین‌شناسان اولین بار پستی‌ها و بلندی‌هایی مشابه زمین روی مریخ دیدند، بلافاصله گمان بردند که زمین تنها سیاره منظومه شمسی نیست که این چرخه هیدرولیکی آن را شکل داده است. کانال‌های سیلاب و دره‌ها روی مریخ نشان از این دارند که زمانی آب در سطح گسترده‌ای روی سطح این سیاره مشغول فرسایش بوده است. آب ناشی از بارش‌ها و ذوب برف‌ها دره‌هایی را میان ارتفاعات سیاره سرخ تشکیل داده‌ است. علاوه‌براین، میان تنگه‌ها نیز سیلاب‌های عظیم جریان داشته.

با‌این‌اوصاف، در کنار زمین مریخ احتمالاً گزینه دیگری است که می‌توانیم هر سه حالت آب را روی سطح آن پیدا کنیم. آب مایع احتمالاً هنوز روی مریخ جریان دارد؛ هرچند یافتن آن بسیار دشوار است. تلاش برای کشف آب روی مریخ قرن‌هاست دانشمندان را مشغول کرده؛ در همین چند دهه اخیر بالاخره توانستیم پیشرفت‌هایی در این زمینه بکنیم.

اولین مشاهدات

از حدود قرن هفدهم که تلسکوپ اختراع شد، اخترشناسان توانستند کلاهک‌های سفید را در قطب‌های مریخ ببینند. این مستندات به آن‌ها نشان داد که مریخ حداقل مقداری آب به‌صورت یخ یا برف دارد. البته بخشی از این یخ‌ها یخ خشک یا دی‌اکسیدکربن منجمد است اما در قرن هفدهم چنین چیزی برای اخترشناسان قابل‌تصور نبود. اندازه این کلاهک‌ها با گذر فصل‌ها تغییرات زیادی می‌کند. این نکته به دانشمندان ثابت می‌کرد مقدار آب در قطب‌ها چندان زیاد نیست اما اخترشناسان هیچ راهی نداشتند که مقدار دقیق آب را اندازه‌گیری کنند.

اواخر قرن نوزدهم، اخترشناس ایتالیایی، «جووانی اسکیاپارلی»، ادعا کرد روی سطح مریخ کانال‌های طبیعی مشاهده کرده است. در آن دوران، عکسبرداری در نجوم وجود نداشت و اخترشناسان مشاهداتشان را نقاشی می‌کردند.

به‌زودی ایده کانال‌های مریخ فراگیر شد و دانشمندان دیگری نیز مشاهدات اسکیاپارلی را تأیید کردند. در همین راستا، آن‌ها نیز نقشه‌هایی از این کانال‌ها تهیه، حتی آن‌ها را نام‌گذاری کردند. ترجمه اشتباه نوشته‌های اسکیاپارلی به انگلیسی باعث شد این تصور ایجاد شود که این‌ها کانال‌های مصنوعی هستند.

«پرسیوال لوول»، اخترشناس آمریکایی و دانشمندی که ایده وجود سیاره پلوتون را ارائه داد، استدلال کرد که این کانال‌ها در واقع سازه‌هایی مهندسی هستند که مریخی‌های هوشمند آن‌ها را برای آبیاری و آبرسانی ساخته‌اند.

دانشمندان خیلی زود ایده لوول را رد کردند اما این پرسش که آیا مریخ واقعاً کانال آب دارد یا نه، تا سال ۱۹۶۵ پاسخی قطعی نداشت. ۱۹۶۵، فضاپیمای «مارینر ۴» از کنار مریخ عبور کرد و برای اولین بار تصاویری را از این سیاره به زمین مخابره کرد. تصاویر مارینر ۴ این باور را ایجاد کرد که هیچ آبی در مریخ وجود ندارد.

آب در تحول مریخ چه نقشی داشته است؟

طولی نکشید که دوباره صحبت‌ها درباره حضور آب روی سیاره سرخ از سر گرفته شد. ۱۹۷۱، فضاپیمای «مارینر ۹» شواهدی قطعی از وجود شبکه‌ای از جریان‌های کوچک روی مریخ پیدا کرد که به دره‌ای بزرگ ختم می‌شدند.

الگوی شاخه‌ای و مارپیچی این آبراه‌ها بسیار شبیه شاخه‌های رودخانه‌های روی زمین است و نشان می‌دهد جریان‌های آب باران یا برف ذوب‌شده، دره‌های این سیاره را شکل داده‌اند.

عرض باریک این آبراه‌ها (کمتر از ۱.۵ کیلومتر) و سیستم شاخه‌های ظریف و افزایش اندازه دره‌ها با حرکت به‌سمت پایین، دلالت بر این دارند که این خصوصیات ژئولوژیکی به‌آرامی و با جریان مداوم آب ایجاد شده‌اند، نه با سیل‌های بزرگ و نادر.

در اتمسفر رقیق مریخ و اقلیم سرد و خشک این سیاره، آب مایع نمی‌تواند در ابعاد گسترده روی سطح جریان پیدا کند. آب در اغلب موارد به‌سرعت یخ می‌زند و یخ حاصل نیز طی فرایند تصعید وارد اتمسفر می‌شود؛ پس حضور دره‌هایی که بر اثر فرسایش آب به وجود آمده‌اند، باید به این معنی باشند که مریخ در گذشته گرم‌تر بوده و اتمسفری به اندازه کافی غلیظ داشته که وجود باران در آن را ممکن می‌کرده.

ازآن‌جایی‌که این دره‌ها در ارتفاعات قدیمی و مملو از دهانه برخورد مریخ قرار دارند، اقلیم گرم و شکل‌گیری دره‌ها باید در یک‌میلیارد سال اول تولد مریخ اتفاق افتاده باشند.

سیل در مریخ

علاوه‌بر دره‌های مریخ که با رودخانه‌های دائمی ایجاد شده‌اند، این سیاره میزبان «ژرف‌دره‌ها» یا «کنیون‌های» بسیار بزرگی است که حاصل سیل‌های عظیم و ویرانگرند. بزرگ‌ترین ژرف‌دره منظومه شمسی «Valles Marineris» است که با بیش از 4هزار کیلومتر طول در سیاره سرخ قرار دارد.

برخلاف دره‌ها، ژرف‌دره‌ها شاخه‌های کمی دارند و بقایای سیل‌های بسیار عظیم در آن‌ها دیده می‌شود؛ برای مثال، دانشمندان تخمین می‌زنند سیلی که کانال «Ares Vallis» را ایجاد کرده، هزار برابر بزرگ‌تر از رودخانه میسیسیپی در آمریکا بوده است.

ژرف‌دره‌های مریخ شباهت زیادی به ژرف‌دره‌های زمین دارند اما منشأ آب آن‌ها متفاوت است. در سیاره سرخ، آب این سیل‌های عظیم از شکسته شدن لایه‌های آب زیرزمینی تأمین شده است. این آب‌ها به‌قدری زیاد بودند که گاهی در میان موانع سنگی، در ناحیه‌ای گودال‌مانند جمع می‌شدند و دریاچه‌های موقت را تشکیل می‌دادند.

مریخ‌نورد «کنجکاوی» که هنوز فعال است، یکی از این دریاچه‌های موقت در «دهانه گِیل» (Gale) را بررسی کرده است. داده‌های گِل‌سنگ‌ها و شن‌های این منطقه نشان می‌دهد آن‌ها را یک جریان آب از ۳.۸ تا ۳.۲ میلیارد سال قبل وارد دریاچه کرده است. این رسوبات ۲۰۰ متر عمق دارند.

آیا سیاره مریخ دریا دارد؟

علاوه‌بر رودخانه، سیل و دریاچه، مریخ زمانی دریا هم داشته است. سال ۲۰۰۴، مریخ‌نورد «فرصت» دریافت که زمین‌های سنگی «مریدیانی پلانوم» زمانی بستر دریایی کم‌عمق با آب شور بوده‌اند. برآمدگی‌های این ناحیه حاوی کانی «ژاروسیت» است که در سنگ‌های اشباع‌شده از آب غیرجاری و غنی از سولفات ایجاد می‌شود.

مریخ‌نورد فرصت همچنین کشف کرد که سنگ‌های این ناحیه مملو از «اسفرولیت» یا زائده‌های کروی هستند که در اثر تشکیل و حل کانی‌ها در داخل آب در بازه زمانی طولانی ایجاد می‌شوند.

یخ‌ها و یخچال‌های مریخ

در قطب‌های مریخ می‌توانیم در پیش‌زمینه سنگ‌های سرخ، درخشش آبی-سفید یخ‌ها را هم ببینیم. این مناظر متفاوت و دیدنی را ترکیب یخ‌های آب و دی‌اکسیدکربن ایجاد می‌کنند. در قطب شمال این سیاره، نسبت یخ آب و در قطب جنوب، نسبت یخ خشک بیشتر است. زمستان‌ها، یخ خشک با عمق تقریباً یک متر به این کلاهک‌های یخی اضافه می‌شود که با گرم‌ شدن هوا دوباره تصعید می‌شود.

هوای مریخ در تابستان‌ها هیچ‌وقت به‌اندازه‌ای گرم نمی‌شود که یخ‌های ذوب شوند. در عوض، این یخ‌ها به‌علت فشار اتمسفری اندک مریخ تصعید می‌شوند. در نظر داشته باشید که فشار اتمسفر مریخ فقط ۰.۶ درصد فشار اتمسفر زمین است.

تاکنون ماهواره‌های اروپایی و آمریکایی مجهز به ابزارهای تصویربرداری مخصوص نفوذ به داخل یخ، از لایه‌های خاک و سنگ زیر یخ‌های قطبی نقشه‌برداری کرده‌اند. تغییرات یخ‌ها که در اثر تغییرات اقلیم مریخ در گذشته ایجاد شده است، آثار واضحی روی خاک و سنگ قطب‌ها برجای گذاشته که به دانشمندان در شناخت گذشته سیاره سرخ کمک کرده است.

علاوه‌بر قطب‌ها، در زمین‌های هموار شمال مریخ تپه‌هایی وجود دارد که شبیه آثار به‌جامانده از یخچال‌های عصر یخی روی زمین است. «Deuteronilus mensae» در مریخ شباهتی چشمگیر با «یخچال تیلور» در قطب جنوب در زمین دارد.

آب در مریخ امروزی

به‌رغم همه این توصیفات، مریخ در مقایسه با زمین بیابانی سراسری است. هر نقطه از سطح مریخ، به‌جز قطب‌ها، از خشک‌ترین نقطه زمین، بیابان «آتاکاما» در شیلی، نیز خشک‌تر است.

تاکنون بخش بزرگی از یخ‌های مریخ در اتمسفر تصعید شده‌اند. دانشمندان احتمال می‌دهند مقدار قابل‌توجهی از یخ‌های تصعیدشده مریخ به‌علت اتمسفر رقیق این سیاره وارد فضا شده و برای همیشه از دست رفته‌اند.

اما آن‌‌همه آبی که روزی روی سیاره سرخ جریان داشته، از بین نرفته‌ است. دانشمندان تخمین می‌زنند بخش بزرگی از آب‌ها در یخ‌های قطبی، لایه‌های یخ زیر خاک، خاک‌های منجمد و سفره‌های آب زیرزمینی حبس شده‌اند؛ برای مثال، شواهد ژئولوژیکی نشان می‌دهند یخچال‌های بزرگ مریخ طی زمان زیر خاک رفته‌اند.

تخمین مقدار دقیق آب مریخ کار ساده‌ای نیست و دانشمندان باید به داده‌های محدود ماهواره‌های مدار مریخ اتکا کنند. آن‌ها از واحد «لایه معادل کره‌ای» (GEL) برای شرح تخمین‌های خود استفاده می‌کنند. این واحد نشان می‌دهد اگر آب موجود در سیاره‌ای به‌صورت اقیانوسی سراسری روی کل سطح آن قرار بگیرد، چه عمقی خواهد داشت.

مریخ به‌طورکلی چهار منبع عمده آب دارد؛ اولین و کوچک‌ترین منبع اتمسفر است که فقط ۱ درصد آن از بخار آب تشکیل می‌شود. دومین منبع، همان‌طور که اشاره شد، لایه‌های یخ در قطب‌ها و نواحی قطبی هستند. سومین منبع نیز آب‌هایی است که زیر سطح ذخیره شده‌اند.

درنهایت، چهارمین منبع آب، مولکول‌هایی هستند که به‌صورت شیمیایی در سنگ‌ها و کانی‌های مریخ گرفتار شده‌اند. مریخ‌نوردها تاکنون در مأموریت‌هایشان توانسته‌اند شواهدی از آب گرفتارشده در سنگ‌های مریخی پیدا کنند.

آب مایع در مریخ امروزی

آب مایع زیر سطح، یک لایه‌ خاک منجمد به‌ نام «یخ‌کره» (cryosphere)، محبوس شده و امکان خروج ندارد. دانشمندان تخمین زده‌اند ضخامت یخ‌کره در نواحی استوایی ۲.۵ کیلومتر و در نواحی قطبی ۶.۵ کیلومتر است.

خود یخ‌کره نیز مقادیر زیادی یخ دارد اما طبق تعریف، یخ‌کره هیچ‌گاه به دمایی نمی‌رسد که آب موجود در آن منجمد شود. در برخی نواحی مریخ در تابستان، تابش خورشید باعث می‌شود دمای سطح به بالای صفر درجه سلسیوس برسد اما آب موجود در خاک منجمد همچنان ذوب نمی‌شود.

علت این است که آب در مریخ رفتاری متفاوت با آنچه روی زمین می‌بینیم، دارد. آب یخ‌زده در مریخ وقتی در معرض تابش شدید قرار بگیرد، مستقیم به بخار تبدیل می‌شود؛ برای مثال، سال ۲۰۰۸ فرودگر «فونیکس» ناسا نمونه‌ای به عمق 5 سانتی‌متر از سطح مریخ برداشت که حاوی خاک و آب یخ‌زده سفیدرنگ بود. این یخ بلافاصله در هوا و زیر نور خورشید تصعید شد.

اما آب مایع ممکن است همچنان به‌صورت موقت روی مریخ جریان پیدا کند. برخورد شهاب‌سنگ، فعالیت‌های آتشفشانی و زلزله‌های مریخ ممکن است شکاف‌هایی در یخ‌کره ایجاد کنند که آب مایع از درون آن‌ها به سطح برسد و روی آن جریان یابد.

سال ۲۰۱۰، «مدارگرد شناسایی مریخ» رگه‌هایی تیره و باریک (با عرض ۰.۶ تا ۴.۵ متر) و با طول چندصد متر در دیواره‌های چنددهانه برخورد پیدا کرد. این خطوط در بهار و تابستان، وقتی دمای سطح از منفی ۲۳ درجه سلسیوس بالاتر است، مرتب تشکیل می‌شوند.

دانشمندان گمان می‌برند این خطوط فصلی و در زمان‌هایی ایجاد می‌شوند که آب شور از سفره‌ای زیرزمینی به سطح می‌رسد. مدارگرد شناسایی مریخ نمک‌هایی آبدار در این شیب‌ها پیدا کرده که نشان می‌دهند آب شور به پایین‌دست جریان می‌یابد و سپس بخار می‌شود.

چقدر آب در مریخ وجود دارد؟

دانشمندان فقط می‌توانند آب‌های دو منبع اول را اندازه‌گیری کنند. باتوجه‌به داده‌هایی که ماهواره‌ها به‌صورت مستقیم نشان می‌دهند، کل آب قابل‌اندازه‌گیری روی سطح مریخ ۳۰ متر است اما ماهواره‌های امروزی نمی‌توانند میزان آب‌های محبوس در اعماق خاک را اندازه‌گیری کنند.

دانشمندان میزان آب زیرزمینی را به‌صورت غیرمستقیم و با استفاده از خصوصیات ژئولوژیکی سیاره تخمین می‌زنند؛ آن‌ها محاسبه می‌کنند چه میزان آب برای شکل‌گیری پدیده‌های سطحی لازم است. طبق این تخمین‌ها که به‌هیچ‌وجه قطعی نیستند، عدد GEL مریخ به ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ متر می‌رسد.

اما بزرگ‌ترین عدم‌قطعیت درباره میزان آب موجود در سیاره سرخ، مربوط به آب موجود در سنگ‌ها و کانی‌هاست. برخی دانشمندان اعتقاد دارند آب موجود در این منبع با مجموع آب‌های سه منبع دیگر برابری می‌کند.

اما دراین‌باره قطعیتی وجود ندارد. تنها راه ممکن برای تخمین میزان آب این منبع بررسی سنگ‌های مریخی در آزمایشگاه‌های پیشرفته روی زمین است. یکی از اهداف مریخ‌نورد «استقامت» و مأموریت بازگرداندن نمونه‌های مریخ بررسی همین کانی‌هاست.

جمع‌بندی

در این مقاله، وجود آب در سیاره مریخ را بررسی کردیم و دیدیم مریخ، در کنار زمین، تنها سیاره منظومه شمسی است که می‌توانیم آب را در هر سه حالت مایع، جامد و گاز در آن پیدا کنیم. شواهد فراوانی نشان می‌دهند مریخ حداقل تا صدها میلیون سال پس از تولدش مانند زمین میزبان جریان‌ آب بوده است.

امروز آب در مریخ عمدتاً به‌صورت یخ‌زده روی سطح و در لایه‌های بالایی خاک آن وجود دارد. همچنین شواهدی نشان می‌دهند سفره‌های آب زیرزمینی در اعماق خاک مریخ محبوس شده‌اند. گاهی این آب‌ها این فرصت را پیدا می‌کنند که به سطح بیایند بااین‌حال سطح مریخ امروز از خشک‌ترین نقاط زمین نیز خشک‌تر است.

پرسش‌های متداول