מאדים חצוי גם מבפנים: המעטפת בדרום חמה במאות מעלות מהצפון

ניתוח של 16 שנות מדידות משלוש מקפות חשף הבדל של כ־200–400 מעלות צלזיוס בין מעטפת חצי הכדור הדרומי של מאדים לזו שבצפון. הממצא עשוי להסביר את ההבדלים בפני השטח, במגנטיות וברעידות המאדים

חתך של פנים מאדים המציג מעטפת חמה יותר מתחת לרמות הדרומיות ומעטפת קרה יותר בצפון

כוכב הלכת מאדים מחולק לשני חצאים שונים מאוד לא רק בפני השטח, אלא כנראה גם בעומק. צוות בין־לאומי של חוקרים מצא כי המעטפת שמתחת לרמות הדרומיות של מאדים חמה בכ־200–400 מעלות צלזיוס מן המעטפת שמתחת לשפלות הצפוניות. הממצא מבוסס על שינויים עונתיים זעירים בשדה הכבידה של כוכב הלכת, שנמדדו במשך 16 שנים באמצעות שלוש מקפות.

המחקר, שהתפרסם בכתב העת Nature, מציג לראשונה טומוגרפיה של פנים מאדים באמצעות תגובתו המשתנה לכוחות הגאות של השמש. החוקרים מכנים את השיטה "טומוגרפיית גאות". בדומה לטומוגרפיה רפואית, המשתמשת במדידות עקיפות כדי לחשוף את המתרחש בתוך הגוף, השיטה החדשה משתמשת בעיוותים זעירים של כוכב הלכת כדי למפות הבדלים במבנה המעטפת.

שני חצאים שונים של אותו כוכב לכת

ההבדל בין צפון מאדים לדרומו מוכר כבר עשרות שנים. רוב חצי הכדור הצפוני מכוסה במישורים נמוכים וחלקים יחסית. לעומתו, חצי הכדור הדרומי גבוה יותר, מחוספס, עתיק ומנוקד בצפיפות במכתשים. הקרום בדרום גם עבה בממוצע בכ־25 קילומטרים, אם מניחים שהצפיפות בשני האזורים דומה.

החלוקה הזאת מכונה הדיכוטומיה הקרומית של מאדים. היא ניכרת לא רק בגובה ובמראה פני השטח, אלא גם בעוצמת המגנטיות של הסלעים ובהתנהגותם של גלים סייסמיים. רעידות מאדים שנמדדו בידי הנחתת InSight כבר רמזו כי גלים סייסמיים נחלשים במהירות רבה יותר בדרום, תופעה היכולה להתאים למעטפת חמה יותר.

עדיין אין הסכמה כיצד נוצרה הדיכוטומיה. לפי השערה אחת, פגיעה אדירה בראשית תולדות מאדים חפרה את האגן העצום של השפלות הצפוניות או שינתה את מבנה הדרום. השערה אחרת מייחסת את ההבדל לתנועת חומר במעטפת, שהעלתה ועיבתה את הקרום בחצי כדור אחד והנמיכה את הקרום בחצי האחר.

הממצא החדש מראה שהחלוקה הנראית על פני השטח מתאימה באופן מפתיע לחלוקה תרמית הנשמרת בעומק גם כיום.

כיצד מודדים חום בעומק מאדים בלי מדחום

החוקרים לא מדדו ישירות את הטמפרטורה במעטפת. הם ניתחו נתוני מעקב רדיו אחר המקפות Mars Global Surveyor, Mars Odyssey ו־Mars Reconnaissance Orbiter. רשת החלל העמוק של נאס״א מדדה מכדור הארץ שינויים זעירים בתנועת החלליות, ומהם אפשר לשחזר שינויים בשדה הכבידה של מאדים.

מסלולו של מאדים סביב השמש אליפטי יותר מזה של כדור הארץ, וציר הסיבוב שלו נטוי. לכן עוצמת משיכת השמש וכיוונה ביחס לכוכב הלכת משתנים לאורך שנת מאדים, הנמשכת 687 ימי ארץ. כוחות הגאות האלה מעוותים מעט את מאדים, והתגובה לעיוות תלויה בקשיחות החומרים שבתוכו.

בכוכב לכת כדורי ואחיד אמורים השינויים העונתיים בשדה הכבידה להתאים לדפוס פשוט יחסית. אולם החוקרים מצאו שרכיבים מסוימים של השדה המשתנה סטו בשיעור של עד 300% מן התחזית למאדים סימטרי. הם בדקו גם את השפעת השינויים העונתיים באטמוספרה, לרבות מעבר פחמן דו־חמצני בין האטמוספרה לכיפות הקטבים, והסיקו כי היא אינה מסבירה את מלוא האות.

המודלים שהתאימו בצורה הטובה ביותר לנתונים כללו הבדל של יותר מ־20% בקשיחות האפקטיבית של המעטפת בין אזורים שונים. בטווחי זמן ארוכים, כמו שנת מאדים, סלעי המעטפת מגיבים לא רק כמוצק קשיח אלא גם כחומר המסוגל להתעוות באיטיות. ככל שהסלע חם יותר הוא רך יותר, ולכן החוקרים תרגמו את ההבדל בקשיחות להפרש טמפרטורות של כ־200–400 מעלות צלזיוס.

לא אוקיינוס של מאגמה

ההפרש שנמצא אינו מוכיח שמתחת לדרום מאדים מסתתר אוקיינוס של סלע מותך. לפי החוקרים, אפשר להסביר את הנתונים גם באמצעות סלע מוצק אך חם ורך יותר. עם זאת, הטמפרטורה הגבוהה עשויה לאפשר התכה חלקית וכיסי מאגמה מקומיים מתחת לליתוספרה.

אם אכן קיימים כיסים כאלה, לא ברור מדוע אין ברמות הדרומיות עדויות ברורות לגעשיות צעירה. החוקרים מציעים שהקרום הדרומי העבה והכוחות הלוחצים הפועלים בו עשויים לעצור את המאגמה בדרכה לפני השטח. במקרה כזה היא תצטבר כחדירות מגמטיות בתוך הקרום, שיהיה קשה לזהות בתצלומים מן המסלול.

המצב שונה באזור Cerberus Fossae שבשפלות הצפוניות, שבו נמצאו עדויות לפעילות געשית וסייסמית צעירה יחסית. שם שדה המאמצים המקומי עשוי לאפשר למאגמה לנצל סדקים ולעלות אל פני השטח.

פגיעה קדומה, בידוד או זרימה במעטפת

החוקרים מציעים כמה הסברים אפשריים למקור האנומליה התרמית. אפשרות אחת היא זרימה רחבת היקף במעטפת, שבה חומר חם עולה מתחת לדרום. אפשרות אחרת היא שהקרום העבה של הרמות הדרומיות פועל כשכבת בידוד ושומר במשך מיליארדי שנים על החום שמתחתיו. גם ריכוז גבוה יותר של יסודות רדיואקטיביים בקרום יכול היה להוסיף חימום לאורך זמן.

פגיעה ענקית לבדה מתקשה להסביר כיצד נשמר הפרש של מאות מעלות במשך מיליארדי שנים. אולם תרחיש משולב אפשרי: פגיעה קדומה יצרה או חיזקה את ההבדל בין חצאי מאדים, ובעקבותיה הקרום העבה בדרום המשיך לבודד את המעטפת ולשמר את האנומליה עד ימינו.

במודלים נמצא גם כי המעטפת הדרומית עשויה להיות עשירה בברזל בשיעור של עד 5% לעומת הצפון. עם זאת, החוקרים מסיקים שהרכב שונה לבדו אינו יכול להסביר את השינויים שנמדדו, וכי הטמפרטורה היא כנראה הגורם העיקרי.

רמז לשדה המגנטי שנעלם

למאדים אין כיום שדה מגנטי גלובלי כמו לכדור הארץ, אך אזורים נרחבים בקרום הדרומי נושאים מגנטיות קדומה. זו עדות לכך שבראשית תולדות כוכב הלכת פעל בליבתו דינמו שיצר שדה מגנטי.

החלוקה התרמית עשויה להסביר מדוע הקרום הדרומי ממוגנט יותר. זרימת חום חזקה יותר מתחת לדרום הייתה יכולה להשפיע על הקירור של הסלעים ועל המועד שבו ירדו מתחת לטמפרטורת קירי ורכשו מגנטיות קבועה. ייתכן גם שהבדלים בזרימת החום בין הליבה למעטפת חיזקו בעבר את הדינמו מתחת לחצי הכדור הדרומי.

כך עשויה האנומליה שנמדדת כיום להיות שריד של תהליכים שהתרחשו לפני יותר מארבעה מיליארד שנים, כאשר מאדים היה עולם פעיל יותר, בעל אטמוספרה צפופה ומים על פניו.

מה הקשר למים ולסיכוי לחיים קדומים

השפלות הצפוניות הוצעו בעבר כמקומו של אוקיינוס קדום. לכן הבנת היווצרות ההבדל בין הצפון לדרום חשובה גם לשחזור ההיסטוריה של המים במאדים. אם הדיכוטומיה נוצרה בשלב מוקדם, היא הייתה יכולה לקבוע היכן הצטברו אגנים, כיצד זרמו מים ועל אילו אזורים נשמרו תנאים המתאימים לחיים.

המחקר אינו מציג עדות לחיים ואינו מגלה מים נוזליים כיום. הוא מספק חלק נוסף בפאזל של התפתחות מאדים ושל המעבר מעולם חם ורטוב יותר לכוכב הלכת הקר והיבש המוכר לנו.

השלב הבא: מפת כבידה ייעודית למאדים

המדידות הנוכחיות נאספו ממשימות שלא תוכננו במיוחד למיפוי תלת־ממדי של המעטפת. משימת כבידה ייעודית, בדומה למשימות GRAIL בירח או GRACE בכדור הארץ, תוכל למדוד את השינויים בדיוק גבוה יותר ובפרקי זמן קצרים יותר.

מדידות אלקטרומגנטיות עתידיות עשויות גם לבדוק אם האזור החם מכיל כיסי התכה מבודדים או שכבה רציפה יותר של חומר מותך. החוקרים מציינים כי טומוגרפיית גאות עשויה בעתיד לשמש גם לחקר גופים אחרים, ובהם גנימד, כוכב חמה, איו ואנקלדוס – בלי צורך להנחית עליהם סייסמומטרים.

שאלות ותשובות

האם נמדדו ישירות 200–400 מעלות בתוך מאדים?

לא. הפרש הטמפרטורות הוסק משינויים עונתיים בשדה הכבידה וממודלים של תגובת סלעי המעטפת לכוחות הגאות. לכן מדובר באומדן המבוסס על נתונים ומודלים, ולא במדידה באמצעות חיישן חום.

האם פירוש הדבר שמתחת לדרום מאדים יש מאגמה נוזלית?

לא בהכרח. מעטפת חמה ורכה יותר יכולה להסביר את האות גם בלי התכה. המחקר מאפשר קיום של כיסי התכה חלקית, אך אינו מוכיח שהם קיימים.

מדוע חצי הכדור הדרומי חם יותר?

הסיבה עדיין אינה ידועה. האפשרויות כוללות זרימה של חומר חם במעטפת, בידוד בידי הקרום הדרומי העבה, חימום רדיואקטיבי או תוצאה ארוכת טווח של פגיעה ענקית ששינתה את מבנה מאדים.

מדוע התגלית חשובה לחיפוש חיים במאדים?

היא מסייעת להבין מתי וכיצד נוצרו האגנים וההבדלים הטופוגרפיים שהשפיעו על זרימת המים ועל האקלים הקדום. התגלית אינה עדות ישירה לחיים.

מקור

המאמר המדעי ב־Nature, מאת Alexander Berne ועמיתיו, פורסם ב־26 באוגוסט 2026. המאמר והתמונות שבו מופצים ברישיון CC BY 4.0.

עוד בנושא באתר הידען

למאמר המדעי: פתיחת המאמר המדעי