המדע החדש של החללית האירופית הותיקה המקיפה את מאדים
אטמוספרה
במהלך תצפיותיה של החללית מרס אקספרס התגלה שבאטמוספרת המאדים מצוי אוזון בעל תפרוסת מרחבית מיוחדת(1). הממצאים מראים שהאוזון מסודר במערך של שלוש שכבות מובחנות, כל אחת בעלת אִפיונים משלה. השוואה בין הממצאים לבין מודלים ממוחשבים מראה כיצד הסירקולציה של האטמוספרה יוצרת בעונת החורף שכבת אוזון מעל הקוטב הדרומי. על כדור הארץ מולקולות האוזון מתפרקות על־ידי הקרינה האולטרה סגולית של השמש ועל־ידי ריאקציות כימיות עם המימן המשוחרר מפירוקם של אדי מים. ריכוז האוזון באטמוספרה של המאדים קטן פי 300 מזה של כדור הארץ.
שתיים משכבות האוזון התגלו בקווי רוחב נמוכים ובינוניים. שכבה אחת מצויה מתחת לגובה 30 ק”מ מהקרקע. השכבה השנייה מצויה רק באביב ובקיץ בחצי הכדור הצפוני ומשתנה בגבהים שבין 30 ל־60 ק”מ מהקרקע. השכבה השלישית גובהה בין 40 ל־60 ק”מ מצויה מעל לקוטב הדרומי רק בעונת החורף ואין לה מקבילה בחורף בחצי הכדור הצפוני. שכבבה זו מתוחמת בין קו הרוחב 75 מעלות דרום לקוטב הדרומי. גובה השכבה בין 35 ק”מ ל־70 ק”מ. ריכוז האוזון עולה הדרגתית עד לגובה של 50 ק”מ עד לאמצע החורף, ולאחר מכן יורד הדרגתית עד כי אי־אפשר להבחין בו בגובה שמעל 35 ק”מ. על־פי הערכת החוקרים שכבת האוזן באטמוספרה שבקוטב היא תוצר לדפוס של סירקולציה אטמוספרת היוצרת פליטת חמצן שזוהתה בלילה בקוטב. לסירקולציה זו צורה של תא האדלי גדול שבו אוויר חם עולה כלפי מעלה ונע לעבר הקוטב. לאחר מכן האוויר מתקרר ושוקע. בקווי רוחב גבוהים. על־פי הערכת החוקרים מדובר בתהליך שחלה בו ירידה אנכית וגדולה כלפי מטה של אוויר עשיר בחמצן שהובא מחצי הכדור בעונת הקיץ. אטומי החמצן הנוצרים בעקבות פירוקו של ה־2 CO בחלק העליון של תא האדלי מתחברים בסופו של דבר בלילה בקוטב כדי ליצור מולקולות חמצן (2O) ואוזון. מידת הריכוז של האוזון בלילה תלויה באספקת החמצן ובקצב ההתפרקות של אדי המים.
משום שהמימן יכול להיווצר רק בעקבות פירוקם של אדי מים בגבהים שמעל 25 ק”מ, חלק מהמימן בחצי הכדור הצפוני מועבר לחצי הכדור הדרומי. בשל כך אוזון הנוצר מעל קווי הרוחב הגבוהים בחצי הכדור הדרומי נשאר ללא מגע עם יסוד אחר וכך שכבת האוזון מתייצבת. התנאים משתנים במהלך הקיץ בחצי הכדור הדרומי. בפריהליון של המאדים חלה עלייה בפעילות האבק באטמוספרה. האטמוספרה העליונה מתחממת. התחממות זו מעלה את הגובה שבו האטמוספרה נהיית רוויה במים מגובה של 40 ק”מ ומאפשרת לה להכיל כמות של מים הגדולה כמה פעמים מאלה שבאפיהליון.
ייצור כמות גדולה של מימן בשל פירוק אדי המים גורם לזרם חזק של יותר של הרדיקלים מפרקי אוזון לעבר הקוטב הצפוני בעונת החורף שלו, גדול מאשר המקביל לו באפיהליון בקוטב הדרומי שלו. תהליך זה גורם לכך שקצב פירוק האוזון גדול פי 100 מעל הקוטב הצפוני בחורף מאשר המקביל לו בקוטב הדרומי.
מסת האטמוספרה
מסת האטמוספרה תלויה בעונות השנה. בחורף חלק מהאטמוספרה מתעבה (recondense) מחדש לכפור ולקרח בכיפת הקוטב הצפוני. משקעים (percipitation) עונתיים אלה יכולים להגיע עד לקו רוחב 45 מעלות צפון ועוביים על הקרקע יכול להגיע לגובה של מטר אחד(2).
סירקולציות באטמוספרה
במאמר שפורסם ב־Research Journal of Geophysical במרס 2012 (3), דיווחו חוקרים על גילוי ראשון של פליטת קרינה אינפרה אדומה באורך גל של 1.27 מיקרון מעל הקטבים בחורף. פליטה זו נצפתה במהלך השנים 2004 – 2006 ב־40 תצפיות. פליטה של קרינה אינפרה אדומה בכוכבי לכת שלהם אטמוספרות – היא שכיחה. בשכבות העליונות של האטמוספרות בנוגה ובמאדים מולקולות ה־2CO והחנקן (2N) מתפרקות על־ידי הקרינה האולטרה סגולה הבאה מהשמש לאטומי חמצן וחנקן בשכבת האטמוספרה המוכרת בשם תרמוספרה בגבהים שבין 80 – 90 ק”מ, בשעות היום. פליטת NO באטמוספרה של המאדים התגלתה ב־2005. מאחר שתהליך זה אופייני גם כן לסירקולציות באטמוספרה, היו חוקרים שציפו לפליטת 2O אך לא היה לכך שום אישור מהמולקולות המעוררות (molecules (excited של חמצן עד לדיווח ב־2010.
ההערכה הייתה שהפליטה באינפרה אדום של החמצן בצד הלילי של המאדים יכולה להיווצר בשל ירידה אִטית של האוויר הקר לעבר הקרקע. המשמעות היא פחות התחברויות מחודשות של אטומי חמצן והפצצה חלשה יותר של קרינה אולטרה סגולית מהשמש המחלישה את קצב הפירוק. על־פי הערכת החוקרים פליטות האור מהאטמוספרה קשורות לסירקולציה של האטמוספרה. יכול להיות שהאוויר החם מתרומם בעונת הקיץ מעל לקוטב באטמוספרה נע עד לקו המשווה ושוקע סמוך לחורף בקוטב הנגדי. בצד הלילה של המאדים. סירקולציה זו מקבלת צורה של תא האדלי, דומה מאוד למה שקורה על כדור הארץ משני צִדי קו המשווה. אטומי החמצן מועברים בתא האדלי אחד גדול. אטומי החמצן יוצרים מחדש מולקולות חמצן במהלך הירידה של תא ההאדלי בגובה 30 – 50 ק”מ.
אדי מים באטמוספרה
בדו”ח שפורסם בספטמבר 2011 נמסר שהאטמוספרה רוויה במידה רבה באדי מים (4). הייתה זו הפתעה. עד אז רוב המדידות של המאדים מחלליות התמקדו בקרקע עצמה ומיעוטן במבנה האנכי של האטמוספרה. הפעם הוקדש זמן רב למדידות האנכיות של האטמוספרה. המחקר נעשה זמן קצר לפני השקיעה או זמן קצר לאחר הזריחה, כאשר המאדים מסתיר עדיין את השמש. טכניקה זו מאפשרת מדידה אנכית של כמה רכיבים באטמוספרה כמו אדי מים. מדידות שנעשו במהלך האביב והקיץ בחצי הכדור הצפוני הראו שהנפיצות האנכית של אדי מים באטמוספרה שונה מאוד ממה שחשבו עד אז.
כמות אדי המים בכללותה באטמוספרה של המאדים קטנה פי 10,000 מזו של כדור הארץ (אין לשכוח שצפיפות האטמוספרה של המאדים היא 1% מזו של כדור הארץ). על כדור הארץ כאשר הטמפרטורה באטמוספרה יורדת מתחת לנקודת הטל (dew point) אדי המים מתעבים (condense) מסביב לחלקיקי אבק קטנים, אירוסולים או מלח. במצב זה האטמוספרה נעשית רוויה בלחות שאינה יכולה להכיל יותר. בטמפרטורה ובלחץ אטמוספרי אלה, אדי המים עוברים את נקודת הטל. במצב רגיל הם מתעבים ונוצרות טיפות מים או גבישי קרח. עם זאת רוויית יתר יכולה להיווצר כאשר חלק מאדי המים נשאר באטמוספרה במקום להתעבות או לקפוא. כאשר גלעיני ההתעבות נדירים מדי, ההתעבות מתחילה להפריע ומשאירה כמות רבה מדי של אדי מים באוויר.
תהליך זה שימש מודל להבנת האטמוספרה של המאדים. עד למדידות אלה הייתה ההערכה שרוויית יתר אינה יכולה להתקיים על המאדים. נראה היה שכל טיפת מים העוברת את נקודת הרוויה הגדולה סופה שתהפוך לקרח. המדידות הראו שרווייה גדולה מתרחשת באופן תכוף במרכז האטמוספרה עד לגובה של 50 ק”מ מעל הקרקע, כאשר המאדים נמצא באפיהליון שלו. שיעור הרוויה שנמצא היה גבוה עד לפי 10 בהשוואה לזו של כדור הארץ. הנפיצות האנכית של אדי המים היא גורם מפתח בהבנת מחזור ההידרולוגיה של המאדים, האקלים שלו ולהעברת מים מחצי כדור אחד למשנהו. הממצאים מעלים את האפשרות שיותר אדי מים מועברים לגובה המאפשר את פירוקם על־ידי הקרינה האולטרה סגולית של השמש. פירוק זה יכול לגרום לכך שלאחר הפירוק אטומי, המימן והחמצן יכולים לברוח לחלל. לתהליך זה משמעות רבה מבחינת אובדן המים ולהתפתחות ארוכת הטווח של פני השטח והאטמוספרה. יכול להיות שלכך גם קשר משמעותי לתהליכים שהביאו לדלדולה של אטמוספרת המאדים (השערת הכותב – חיים מזר).
אבק באטמוספרה
באטמוספרה שני סוגים של חלקיקי אבק, חלקיקים גסים שקוטרם 1.2 מיקרומטר וחלקיקים קטנים יותר ומעודנים שקוטרם 0.04 – 0.07 מיקרומטר. צפיפותם של שני סוגי החלקיקים באטמוספרה היא קטנה. שכבת האבק הצפופה יותר, גובהה מהקרקע הוא 20 – 30 ק”מ. צפיפותם של חלקיקי האבק העדינים היא 3,000 לסמ”ק ושל חלקיקי האבק הגסים היא לא יותר משני חלקיקים לסמ”ק. מכיוון שהחלקיקים העדינים נמצאים בשכבות העליונות של האטמוספרה, היווצרות הקרח היא מהירה וזה מצִדו משפיע על היווצרות העננים. העננים הם האחראיים למשקעים ולטמפרטורות של הקרקע על אף ממדיהם וצפיפותם. לחלקיקים אלה חשיבות רבה בעיצוב האקלים של המאדים. אף שממדיהם הזעירים של חלקיקי האבק, סערות האבק (עלעולים – dust devils) יכולים להרים כמויות גדולות מהקרקע לאוויר(5).
אקלים
על־פי הממצאים, האקלים על המאדים היה בעבר דינמי יותר ממה שחשבו עד אז. בחינת תצלומים שנעשו על־ידי חללית ה־MRO שנעשה מ־2008 הראתה שעובי שכבת הקרח הוא לפחות ק”מ אחד וקרוב לוודאי שבקווי הרוחב הבינוניים, שכבת הקרח ב־100 מיליון האחרונות הייתה כנראה 2.5 ק”מ. ההערכה היא שהייתה זרימה של קרחונים באזורים מסוימים ב־10 – 100 מיליון השנים האחרונות. המשמעות של ממצאים אלה היא שהאקלים השתנה כמה פעמים וכי היו כמה תקופות קרח (6).
מים
התצורה הקרקעית Vallis Reul נראית כמו נהר. ההערכה היא שבעבר זרמו במקום זה מים רבים והם שעיצבו אותה. אורכה של תצורה זו 1,500 ק”מ ומסביב לה יובלים רבים. מורדות התצורה חדים ותלולים ולכל אורכה נראים בקרקעיתה רצועות רבות. הרושם המתקבל הוא שרצועות אלה נוצרו על־ידי סלעים, שברי סלעים וקרח שנסחפו במים. לאורך התקופה האמאזיונית (Period Amazonian) שנמשכת גם כיום. באחד הקטעים המצולמים של התצורה רוחבה 7 ק”מ ועומקה 300 מטר (7). בחלק מ־Vallis Kasei רואים אזור ששטחו 1.55 מיליון קמ”ר ובו ערוצים שנוצרו משיטפונות מים חזקים למאוד. מדובר באחת ממערכות החריצים הגדולות ביותר על המאדים (8). ישנם מקומות בקוטב הצפוני כמו מדרון Tenuis Rupes שבו שכבת קרח העונתית של 2 CO מתכסה בכפור של מים בזמנים מסוימים באביב. שכבה זו שעובייה כמה מילימטרים מוסרת לעִתים על־ידי הרוחות וחושפת את שכבת קרח ה־2 CO (2).
מקורות
1. ” A seasonal ozone layer over the martian the south pole” 29.9.2013
http://scin.esa.int/mars-express/52881-a-seasonal-ozone-layer-over-the-martian-south -pole/
2. “Mars’ northern polar region in transition” 5.8.3011
http://scin.esa.int/SPECIALiTS/Mars_Express/SEMA4VITPQG_2.html
3. ” Glow in the Martian night throws light on atmospheric circulation”. 27.3.2012
http://www.marsdaily.com/reports/Glow_In_The_Martian_Night_Throws_Light _On_ Atmospheric_Circulation_999.html
4. “Mars Express finds water super saturation in the atmosphere” 30.9.2011
http://www.marsdaily.com/reports/Mars_Express_Finds_Water_Super_saturation _In _The _Atmosphere_999.html
5. “New type of dust in Martian atmosphere discovered” 1.7.2014
http://www.marsdaily.com/reports/New_Type_Of_Dust_In_Martian_Atmosphere_ Discovered_999.html
6. “The ancient glaciers of Mars – is the red planet between ice ages?” 1.11.2012
http://www.dailygalaxy.com/my_webblog/2012/11/the-ancient-glaciers-of-mars-in-the- red-planet-between-ice-ages.html
7. “Reull Vallis: A river ran through it” 23.1.2013
http://www.marsdaily.com/reports/Reull_Vallis_A _River_ Ran_ Through _It_999.html
8. “The flood water of Mars” 7.6.2013
http://www.marsdaily.com/reports/The_Flood_Water_Of_Mars_999.html
3 תגובות
רועי
כנס לרשימת המאמרים שלי ושם תמצא מאמרים מקיפים על המאדים. מה שכתוב כאן הוא תוספת לממצאים אלה וזאת מכיון שמאז שכתבתי מאמרים אלה הצטבר מידע נוסף. באשר לשאלתך מה ניתן ללמוד על כדור הארץ עדיין מוקדם מדי לענות כל שאלה זו. אנו בראשית הדרך . אל תשכח שלצד הדמיון יש גם שוני. . בראייה רחבה הנכונה יש להתייחס לכל כוכב לכת כאל עולם בפני עצמו.
חסר לי סוג של סיכום ומה אפשר ללמוד מהנתונים האלו על הכוכב שבו אנו חיים…