חצי הכדור הצפוני של מאדים הוא מכתש הפגיעה הגדול ביותר במערכת השמש

שלוש קבוצות מדענים שהסתייעו בנתוני כוח משיכה וגבהים במאדים מחלליות המקיפות אותו ובסימולצית מחשב הגיעו למסקנה כי האנומליה המאדימאית שבה חצי הכדור הצפוני שטוח ונמוך והדרומי מסולע וגבוה נובעת מפגיעת אסטרואיד ענק בתחילת ימי מערכת השמש

ניתוחים חדשים של פני השטח של מאדים שצולמו בידי החלליות MRO ומארס גלובל סרווייר חשפו את מה שנראה כמכתש הגדול ביותר, בסדרי גודל, שהתגלה אי פעם במערכת השמש. כך פרסמו שלוש קבוצות חוקרים ביום חמישי בכתב העת נייצ'ר. לפי אחת מקבוצות החוקרים, עוצמת הפגיעה שיצרה את המכתש העצום היתה שוות ערך למיליון מיליארד פצצות אטום מהסוג של זו שהוטלה בנגסאקי ב-1945.

שתי החלליות המקיפות ומצלמות את פני השטח של כוכב הלכת האדום במבחר מצלמות באורכי גל שונים סיפקו מידע מפורט אודות גובה וכוח המשיכה בחצי הכדור הצפוני ובחצי הכדור הדרומי של מאדים. חוקרים נטלו נתונים אלה ולטענתם הם עשויים לפתור את אחת החידות הגדולות ביותר במערכת השמש: מדוע למאדים יש שני סוגים שונים לחלוטין של פני שטח בחצאי הכדור השונים – פני שטח חלקים פחות או יותר בצפון לעומת הרים ועמקים בדרום? מכתש ענק זה, המכסה את חצי כוכב הלכת עתניין תמיד את הקהילה המדעית.

האגן הצפוני הענק, המכסה כ-40% מפני השטח של מאדים, נקרא לעיתים אגן בוריליס (Borealis basin) הוא שריד לפגיעת ענק בראשית ימיה של מערכת השמש, עולה מהמחקר החדש. העובדה שאין בו מכתשים אינה תוצאה ישירה של הפגיעה משום שב-4.5 מיליארד השנים שחלפו מאז הפגיעה התרסקו על מאדים כמה וכמה עצמים קטנים שיצרו בו מכתשים ואולם בשל הפרש הגבהים, נטו חומרים לשקוע בחצי הכדור הצפוני (בין אם אלו היו משקעים של אוקיאנוס קדום או משקעים וולקניים). כך או כך, התוצאה היא פני שטח חלקים בימנו אלה.

קוטרו של המכתש – כ-8,500 קילומטרים רחב פי 4 מהמכתשים הגדולים ביותר במערכת השמש – מכתש הלאס, בחצי הכדור הדרומי של מאדים ומכתש הקוטב הדרומי/אטקין שעל הירח שקוטרם פחות או יותר דומה, כ-2,500 ק”מ. בדו”ח שנלווה למחקר חישבו המדענים כי העצם שיצר את המכתש חייב היה להיות לפחות בקוטר של כ-1,900 ק”מ – גדול יותר מפלוטו, או קטן מעט מרוחבה של יבשת אוסטרליה.

המסתורין של שני הפנים של מאדים מבלבל את המדענים מאז הסתיימה קבלת סדרת התמונות המקיפה של פני השטח של מאדים בידי חלליות של נאס”א בשנות השבעים (בעיקר חלליות ויקינג). ההיפותיזה העיקרית היתה שפגיעה עתיקה של אסטרואיד או תהליך פנימי כלשהו גרם להתכת פני השטח והשכבות שמתחתם בחצי הכדור הצפוני. רעיון מכתש הפגיעה שהוצע בשנת 1984 נפל בעדיפותו בשל העובדה שצורת האגן לא נראתה מתאימה לציפיות מצורה עגולה של מכתש. הנתונים החדשים משכנעים כמה מומחים שפקפקו בתסריט הפגיעה.

“אולי לא הצלחנו להוכיח במאה אחוז את תיאורית הפגיעה, אבל הצלחנו להפוך את הגל” אמר ג'פרי אנרדוס-האנה, חוקר פוסט דוקוטראט ב-MIT. אנדרוס-האנה ושותפיו מאריה צובר מ-MIT וברוס בנדארט מ-JPL של נאס”א בקליפורניה, דיווחו על הממצאים בגליון השבוע של כתב העת נייצ'ר.

קבוצת מחקר בראשות פרנסיס נימו מאוניברסיטת קליפורניה בסטנה קרוז, ביצעו סימולצית מחשב והראו כי פגיעה בתנאים מסוימים בעבר עשויה היתה ליצור את המראה הנוכחי של מאדים. תנאים אלה מעידים כי סלע חלל בקוטר של שליש עד חצי מהירח של כדור הארץ, פגע במאדים בזוית של 30-60 מעלות. נפילה בזוית כזו יוצרת מכתש אליפטי.

“זה רעיון עתיק, אך אף אחד לא ביצע עד כה את החישובים הנומריים כדי לבחון מה עשוי היה להתרחש כאשר אסטרואיד גדול פוגע במאדים” אמר נימו, חוקר כדור הארץ ומדעים פלנטריים באוניברסיטת קליפורניה בסטנה קרוז.

מחקר זה מקבל חיזוק במחקר אחר בראשותו של פרופ' עודד אהרונסון, פרופסור למדעים פלנטריים במכון הטכנולוגי של קליפורניה (קאלטק). “הדיכוטומיה היא שמדובר בתצורה העתיקה ביותר על מאדים” מסביר ד”ר אהרונסון בראיון לאתר הבי.בי.סי. הצורה הזו נוצרה לפני כ-4 מיליארד שנה, לפני ששאר ההסטוריה הגיאולוגית של מאדים התרחשה והפריעה. היה זה בערך באותו זמן שעצם גדול יותר פגע בכדור הארץ, זרק חומרים מקרומו של כוכב הלכת הצעיר לחלל. חומרים אלה התגבשו מחדש ויצרו את הירח. לדבריו, ככל הנראה אין מדובר רק בצירוף מקרים. “הדבר התרחש בדיוק בסיומו של תהליך יצירת ארבעת כוכבי הלכת הארציים – כוכב חמה, נוגה, כדור הארץ ומאדים” אומר קריייג אגנור, שותפו למחקר של פרנסיס נימו.

“אנו סבורים כי כוכבי הלכת נוצרו מתוך דיסקת סלעים. כאשר הסלעים מתנגשים מתקבלים סלעים גדולים יותר וכן הלאה, מבחינה אבולוציונית סיימנו עם ארבעה כוכבי לכת והרבה סלעים במבחר גדלים. מבחינת כוכבי הלכת שחטפו כל הזמן שברי סלעים, אלו היו יכולים להיות השברים הגדולים האחרונים. גלי הלם מהפגיעה נעו דרך כוכב הלכת והפריעו לקרום גם בצד השני, כך גרמו לשינויים בשדה המגנטי שנמדדו גם בצד הדרומי.

“זו תוצאה חשובה משום שיש לה השלכות לא רק על ההתפתחות המוקדמת של מאדים אלא גם על היווצרות כדור הארץ” אומר מייקל מאיר, החוקר הראשי של מאדים במטה נאס”א בוושינגטון. “חצי הכדור הצפוני של מאדים הוא אחד מפני השטח החלקים ביותר שניתן למצוא במערכת השמש. החצי הדרומי גבוה, מחוספס, מלא במכתשים. הגובה הממוצע של פני השטח בדרום גבוהים בין 4 ל-8 קילומטרים יותר מאשר רצפת המכתש.

גם מכתשי פגיעה ענקיים נוספים שהתגלו קרובים בצורתם יותר לאליפסה מאשר למעגל, אך נדרש ניתוח מורכב של פני השטח של מאדים משתי חלליות שונות כדי לחשוף את הצורה האליפטית של מכתש בוריליס, ותכונה זו גם היא עקבית עם התגלית לפיה מדובר במכתש פגיעה.

אחד הגורמים המסבכים את התגלית היה גילוי הצורה האליפטית של המכתש לאחר זמן הפגיעה, שהתרחשה בערך במאה מיליון השנים הראשונות של היווצרות קרום המאדים. הרי געש ענקיים נוצרו בצד אחד של האגן ויצרו איזור גדול של הרים וסלעים שטשטש את הקו של האגן. נדרשו שילובים של נתוני כוח משיכה, החושפים את המבנה התת-קרקעי, ביחד עם נתונים על הגובה הנוכחי של פני השטח כדי לבנות מחדש את מפת הגבהים של מאדים כפי שהתקיימה לפני שהתפרצו הרי הגעש.

“בנוסף לגבולות האליפטיים של המכתש, ישנם גם סימנים לטבעת שניה, חיצונית – מאפיין טיפוסי של מכתשי פגיעה גדולים”, אמר בנדרט.

סימולציה במחשבי-על

פרופ' עודד אהרונסון, יליד ישראל (1973), שהה בארה”ב מגיל 13, וחזר ללמוד בה את לימודיו האקדמיים. בשנות התשעים הוא סיים תואר ראשון ושני באוניברסיטת קורנל, כתלמידו של סטיב סקויירס – מנהל תוכנית הרכבים הרובוטיים ספיריט ואופורטיוניטי במאדים. לאחר מכן עבר ל-MIT, שם קיבל דוקטורט ב-2002, ולאחר מכן הצטרף לקאלטק כפרופסור. במסגרת זו הוא חוקר במחלקה לגיאולוגיה ומדעים פלנטריים.

בשיחה לאתר הידען מסביר פרופ' אהרונסון כי למחקר יש פן אישי ופן מקצועי: “כשהייתי סטודנט של סטיב סקויירס בקורנל (ראש פרויקט רכבי המאדים), הוא הציע לי את הבעיה שעכשיו התוצאות שלה התפרסמו בנייצ'ר. באותו זמן המחשבים היו פחות מהירים מאשר היום, ניסיתי לפתור את הבעיה, אבל בסופו של דבר לא היו לנו תוצאות חד משמעיות. בקאלטק הגיעה למחלקה שלי סטודנטית בשם מרגריטה מרינובה. הצעתי לה את הבעיה הזו ובגלל שהייתה לנו גישה למחשב-על הכולל צביר בעל 4,000 ליבות, היא הצליח לפתור את הבעיה והיא החתומה ראשונה על המאמר. מסתבר שבאותו זמן חקרו את הנושא גם קבוצה ב-MIT וקבוצה בסנטה קרוז ואתמול בנייצ'ר התפרסמו התוצאות של שלושת המאמרים ביחד.”

כיצד מוסברת הדיכוטומיה של מאדים?

פרופ' אהרונסון: “כבר בתצפיות טלסקופיות רואים רואים שצד אחד של המאדים חלק ואין עליו הרבה מכתשים ואילו החלק השני מחוספס ויש עליו הרבה מכתשים. כשבדקנו את חצי הכדור החלק, ראינו שהוא יותר נמוך, וכן שיש הבדלים בשדה המשיכה בינו לבין חצי הכדור השני. צירוף שני הגורמים הללו מראה שעובי הקרום בחצי הכדור הצפוני דק יותר מאשר בחצי הכדור הדרומי. סטיב סקווירס הציע כבר לפני עשרים שנה כי התשובה לחידה זו היא שהתרחשה התפוצצות גדולה, שגוף גדול פגע במאדים.”

הצלחנו לסמלץ את האירוע ולבדוק אם באמת פגיעה כזאת יכולה א.) שלא להמיס את רוב הקרום של מאדים עד כדי כך שתישאר עדות להתפוצצות הזאת, ב.) שהתוצאה של הפגיעה תהיה מכתש אליפטי כמו שאנחנו רואים בפועל – ואת זה קבע המאמר השני בנייצ'ר של אנדרוס-האנה. ו-ג.) שלמכתש זה לא תהיה לו שפה מוגבהת כמו שפת האגן הגבוהה של המכתשים הקטנים יותר.”

קראנו לתנאים הדרושים “The Sweet Spot”. מונח שבטניס מדבר על נקודה על המחבט שאם הכדור פוגע בה, הוא ניתז למקום הנכון. בכל אופן, הסימולציות שלנו מראים שבתנאים מאוד סבירים כשהפלנטות צמחו לפני 4.6-4.5 מיליארדי שנה התנאים הללו מאוד סבירים והתוצאה של התפוצצות כזו תהיה כמו שאנחנו רואים.”

“התחלנו את המחקר ממצב שבו מישהו הציע שההבדל בין הצפון לדרום במאדים – הדיכוטומיה – נוצרה על ידי ההתפוצצות הגדולה והיו חלופות להשערה זו, כמו למשל תהליך פנימי בתוך המאדים. התחלנו ממצב שבו הייתה תיאוריה שכך זה נוצר אבל לא הייתה אפשרות לבדוק את זה, ועכשיו מה שהצלחנו לעשות זה לבדוק ולראות שקיימים שני פרמטרים: ראשית שהתנאים הנדרשים הם תנאים סבירים שהיו קיימים בתחילת ימיה של מערכת השמש ושנית שהם מובילים לתוצאות שהם כפי שאנו צופים במאדים היום.”

בערך באותו זמן פגע עצם גדול בכדור הארץ וגרם ליצירת הירח?

פרופ' אהרונסון: “ההתפוצצות שפגעה במאדים הייתה פי 100 יותר קטנה מזו שגרמה להיווצרות הירח מכדור הארץ. זה דומה אבל בשני סדרי גודל קטן יותר. בכדור הארץ פגע עצם בגודל של מאדים ובמאדים פגע עצם בגודל של אוסטרליה או קצת קטן יותר.

האם בגלל ההבדל בגודל לא נוצר למאדים ירח משמעותי כמו לכדור הארץ?

סביר בין השאר בגלל עוצמת הפגיעה לא יצר ירח. אם גודל זה נתון חשוב אבל לא רק הוא, חשובה גם זווית הפגיעה.

אין היום סכנה כזו?

“הגופים בגודל הרלוונטי, את מאדים, נוגה כדור הארץ וקרס, נמצאים במסלולים קבועים ואין סכנת התנגשות ביניהם.”

לידיעה באתר נאס”א