הרובר קיוריוסיטי מוסיף לתעלומה שמטרידה את חוקרי מאדים במשך שנים

כיצד ניתן לגשר בין העדויות הרבות לקיום של מים נוזליים על פני השטח של מאדים לפני מיליארדי שנים, ובין העובדה שלא נמצאו עדויות לכמות רבה של פחמן דו-חמצני באטמוספירה העתיקה שלו, הנדרש כדי לחמם את מאדים מעבר לנקודת הקיפאון? התעלומה, שהטרידה את חוקרי מאדים במשך שנים, רק מתחזקת כעת, לאחר שגם הרובר קיוריוסיטי לא הצליח למצוא סוג מסוים של מינרלים על פני הקרקע, שאמורים היו להעיד על פחמן דו-חמצני באטמוספירה העתיקה של מאדים.

עדויות רבות, שנאספו במשך עשרות שנים הן מצילומי לוויין והן ממחקר רובוטי על פני הקרקע של מאדים, מראות כי מים נוזליים התקיימו בפני השטח של מאדים לפני מיליארדי שנים. בשנים האחרונות המחקר הרובוטי של רוברים על פני השטח גילה עדויות נוספות ורבות לכך שבעבר הקדום של מאדים היו מים נוזליים הן מתחת והן מעל לפני הקרקע באופן יציב וארוך טווח.

כדי לאפשר למים נוזליים להתקיים באופן יציב על פני הקרקע, מאדים היה צריך להיות חם מספיק. אולם באותה תקופה קדומה בהירות השמש הייתה חלשה יותר בערך בכ-30%, מה שאומר שהאטמוספירה של מאדים הייתה צריכה ליצור אפקט חממה חזק מספיק כדי לחמם את מאדים מעבר לנקודת הקיפאון של המים.

את הבעיה הזו הבינו חוקרי מאדים כבר לפני עשרות שנים, ולפי הפתרון המרכזי שהוצע, האטמוספירה הקדומה של מאדים הייתה אטמוספירה צפופה של פחמן דו-חמצני, המשמש כגז חממה, שהייתה יכולה לחמם מספיק את מאדים כדי לאפשר למים נוזליים להתקיים על פניו. כדי להוכיח השערה זו, החוקרים ציפו שהרכב אטמוספירי כזה ישאיר עקבות בדמות מינרלים קרבונטים שייווצרו בפני הקרקע, אבל עד היום לא נמצאה כמות משמעותית ומספקת של מינרלים כאלו במאדים.

כעת, התעלומה רק מתחזקת, לאחר שהרובר קיוריוסיטי, החוקר את מכתש גייל במאדים מאז נחיתתו ב-2012, לא הצליח למצוא כלל מינרלים קרבונטים בחפירות שערך הרובר. בו בזמן, הרובר מצא במכתש גייל עדויות רבות למשקעי סלע שנוצרו בסביבה מימית, ככל הנראה כקרקעית של אגם שהתקיים במכתש לפני כ-3.5 מיליארדי שנים. המחקר חדש פורסם השבוע בכתב העת Proceedings of the National Academy of Science.

הרובר ביצע את החיפוש אחר מינרלים קרבונטים באמצעות המכשיר CheMin (בשם מלא: Chemistry & Mineralogy X-Ray Diffraction), הנכלל במסגרת המעבדה הניידת של הרובר, ומזהה הרכב מינרלי בדגימות שהרובר חפר באמצעות העברת קרני רנטגן דרכן.

המכשיר CheMin מסוגל לזהות מינרלים קרבונטים רק אם מהווים יותר ממספר אחוזים נמוך בהרכב הסלע. גם אם הקרבונטים קיימים בכמות מזערית בדגימות הסלע שבדק הרובר, זוהי כמות הקטנה בהרבה ממה שהחוקרים מצפים לגלות במידה שהאטמוספירה הקדומה של מאדים הכילה כמות רבה של פחמן דו-חמצני.

“נדהמנו במיוחד מהיעדר מינרלים קרבונטים במשקעי הסלע שהרובר בחן”, אמר תומאס בריסטו, חוקר במרכז המחקר איימס של נאס”א  והמחבר המוביל של המאמר האקדמי. “זה יהיה מאד קשה להגיע למים נוזליים אפילו אם כמות הפחמן הדו-חמצני תהייה גדולה פי מאה ממה שהעדויות המינרליות בסלעים מראות לנו”.

מינרלים קרבונטים נוצרים בסביבה מימית, כתוצאה מהתרכבות של פחמן דו-חמצני עם יונים חיוביים של יסודות כגון מגזניום או ברזל. מכיוון שקיוריוסיטי מצא בסלעים שבחן מינרלים מסוגים אחרים, כגון מגנטיט ומינרלי חרסית, החוקרים יכולים להסיק שיונים כאלו היו זמינים בנמצא באותה תקופה עבור היווצרות של מינרלים קרבונטים.

ייתכן שהיעדר מינרלים כאלו כיום נובע מכך שהסביבה המימית הפכה מתישהו לחומצית מספיק כדי להמיס את המינרלים הקרבונטים. אך אותם מינרלים אחרים שנמצאו על ידי קיוריוסיטי שוללים אפשרות זו.

על בסיס הנתונים החדשים מקיוריוסיטי, החוקרים חישבו כי הכמות המרבית של פחמן דו-חמצני, באטמוספירה הקדומה של מאדים, עומדת על מספר עשרות מיליברים בלבד. מיליבר אחד הוא אלפית מהלחץ האטמוספרי על פני הקרקע בכדור הארץ (השווה בערך לבר אחד). לשם השוואה, במאמר משנת 1987 הציעו חוקרים אטמוספירה בעלת 1 – 5 בר של פחמן דו-חמצני כדי ליצור תנאים המאפשרים למים נוזליים להתקיים.

גם הלוויינים שנאס”א שלחה להקיף את מאדים, ושצוידו בספקטרומטרים שיכולים לחקור את הרכב פני הקרקע מהחלל, לא הצליחו למצוא כמות משמעותית של מינרלים קרבונטים. תקוות החוקרים הייתה שקיוריוסיטי תוכל לחשוף מינרלים כאלו באמצעות מחקר ישיר על פני הקרקע ומתחתיה.

“זו הייתה תעלומה מדוע לא נראו מספיק קרבונטים ממסלול סביב מאדים”, אמר בריסטו. “אפשר לפתור את הדילמה ולהגיד שקרבונטים עדיין יכולים להיות שם, אבל אנחנו לא יכולים לראות אותם מהחלל בגלל שהם מכוסים באבק, או קבורים, או שאנחנו לא מתסכלים במקום הנכון. התוצאות של קיוריוסיטי מביאות את הפרדוקס הזה לפוקוס. זוהי הפעם הראשונה שחיפשנו קרבונטים על פני הקרקע בסלע שאנחנו יודעים שנוצר ממשקעים מתחת למים”.

“הניתוח הזה מתאים למחקרים תיאורטיים רבים המראים כי פני השטח של מאדים, גם בתקופה קדומה כל כך, לא היו חמים מספיק בשביל שמים יהיו נוזליים”, אמר רוברט הברלה, חוקר המתמקד באקלים של מאדים, ממרכז המחקר איימס של נאס”א וכותב-שותף של המאמר. “זו ממש חידה עבורי”.

יחד עם זאת, המשמעות של המחקר החדש היא שעל חוקרי מאדים למצוא הסבר חלופי לאופן שבו היו בעבר הקדום של מאדים מים נוזליים באופן יציב, והוא לא מערער על כך. תומאס בריסטו, הכותב הראשי של המאמר, הבהיר זאת בריאיון לאתר Space.com: “אין עוררין על כך שהראיות המשקעיות במכתש גייל מראות על נוכחות ממושכת של מים נוזליים על הקרקע של מאדים הקדום”.

“המעבר של קיוריוסיטי דרך אפיקים, דֶלְתות ובוץ ששקע בתחתית של אגמים עתיקים, דורש מערכת הידרולוגית איתנה שתספק מים ומשקעים כדי ליצור את הסלעים שאנו מוצאים”, אמר החוקר אשווין ואסבאדה מהמעבדה להנעה סילונית (JPL) של נאס”א. “פחמן דו-חמצני, בשילוב עם גזים אחרים כמו מימן, היה אחד מהמעומדים המובילים לאפקט החימום הנדרש בשביל מערכת כזו. נראה שהתוצאה המפתיעה הזו הוציאה אותו מהמירוץ”.

אחת הדרכים ליישב את התעלומה מעלה את ההשערה שהאגם במכתש גייל לא היה גוף מים פתוח, אלא היה מכוסה בשכבת קרח. “עדיין ניתן יהיה לקבל קצת משקעים שיתקבצו בקרקעית האגם אם הקרח לא היה עבה מאד”, אמר רוברט הרבלה. לפתרון זה חיסרון בכך שקיוריוסיטי לא מצאה במכתש גייל סימנים שניתן לצפות מאגם קפוא להשאיר מאחוריו, כגון סדקים גדולים ועמוקים המכונים ice wedges.

פתרון אחר עשוי להיות גזי חממה אחרים, כגון גופרית דו-חמצנית או מתאן, אך לפי החוקר תומאס בריסטו, גם זה אינו פתרון טוב לתעלומה. “הבעיה עם כל גזי החממה האחרים האלו היא שהם נוטים להיות מאד ראקטיביים, ולכן כשאתה שם אותם באטמוספירה הם לא נשארים שם זמן רב”, הוא אמר בריאיון לאתר Space.com.

בריסטו ושאר חוקרי נאס”א מקווים שעם הימשכות משימת קיוריוסיטי, העושה את דרכה במעלה ההר שנמצא במרכז מכתש גייל, אאוליס מונס (ומכונה על ידי נאס”א “הר שארפ”), תמצא פתרון לתעלומה מרכזית זו.

להודעה של נאס”א

למאמר האקדמי