מקפת סקר המאדים(MRO)-סיכום ממצאים – חלק א

חלק ראשון מתוך שלושת חלקי הסיכום

מבוא

החללית לסקר המאדים ובשמה ה-Mars Reconnaissance Orbiter   – MRO שוגרה למאדים ב-10.8.2005 ובה 6 מכשירי מחקר וציוד תקשורת. מכשיר המחקר העיקרי שלה הוא מצלמה בעלת רזולוציה גבוהה במיוחד. משקל המצלמה65 ק”ג, קוטר המראה הראשית חצי מטר והרזולוציה של25 ס”מלפיקסל(1). ב-10.3.2006 החללית נכנסה למסלול סביב במאדים. המסלול היה אקסצנטרי במיוחד והנקודה  הקרובה ביותר למאדים היתה420 ק”מומשך הקפה 35 שעות. במשך 7 חודשים ביצעה החללית סדרה של תמרונים שבסופם המסלול היה למעגלי. מרחקו מהקרקע היה321 ק”מ. התמרונים בוצעו תוך כדי תנועה באטמוספירה עצמה כדי להאט את מהירותה ולהקטין באופן הדרגתי את מרחקה מהקרקע. הטיסה בתוך האטמוספירה נעשתה בפרישה מלאה של קולטי השמש ששימשו לצורך זה כבולמי אוויר(2).

תקשורת

ציוד התקשורת משמש גם להעברת מידע בין רכבי השטח הפועלים על המאדים לכדור הארץ במהלך הבדיקות הראשונות שנעשו בחללית לאחר כניסתה למסלול סביב המאדים נבדק קשר דו-כיווני עם רכב השטח  ה- Spirit.התוכניות העתידיות ביחס לתאריך השיגור של החללית כוללות גם קשר עם נחתות שמתוכננות לטוס למאדים כמו הפניקס וה- Mars Science Laboratory . שימוש במשדרי החללית יאפשר להקטין את משקל משדרי ומקורות הכוח החיוניים בנחתות  העתידיות. מקפות קודמות שמילאו תפקיד זה היו האודיסיאה וה- Mars Global Surveyor. עד לכניסתה של ה-MRO  למסלול סביב המאדים למעלה מ-96% מהמידע שהוחזר ארצה מרכבי השטח  ה-Spirit   וה- Opportunity נעשה באמצעות מקפות אלה. יש גם כוונה להשתמש בציוד התקשורת של ה-MRO לנתב חלליות עתידיות שתיכנסנה למסלול סביב המאדים, כאשר תהיינה סמוך לכוכב הלכת(3).

תיארוך  גיאולוגי

רבים מהערוצים(Gullies )שנמצאו על גבעות ומכתשים באזורים רבים בקווי הרוחב הבינוניים נוצרו על ידי זרימת מים בזמן האחרון(זמן במשמעות גיאולוגית). גילם של ה- Gullies אלפי עד מיליוני שנים ואפילו פחות. בשני ערוצים נמצאו לאחרונה משקעים בהירים במורדותיהם שלא נמצאו שם בתצלומים שנעשו מספר שנים קודם לכן. המסקנה המתבקשת היתה שמשקעים(deposits ) אלה  נוצרו בין השנים  1999-2004  (4).

על פי הנחת היסוד המקובלת ככל שיש יותר מכתשים מסביב לתצורה גיאולוגית, היא עתיקה יותר מאזור שיש בו פחות פגיעות יוצרי מכתשים. על סמך ספירתם של   35,000  מכתשי פגיעה מסביב לאזורים בהם נמצאו אגמים, הגיעו למסקנה שהאגמים נוצרו לפני 3 מיליארד שנה(5). על פי ההערכה למאדים היתה אטמוספירה צפופה יותר  ומים נוזליים על פני השטח לפני  3.5-4  מיליארד שנה(6).

אטמוספירה

על פי אחת ההערכות למאדים היתה תקופה חמה ולחה בהיסטוריה  הקדומה שלו. לפני  3.8-4 מיליארד שנה ,לפני התקופה ההספריאנית , אבדה רוב האטמוספירה. על פי מחקר שנעשה ב-2009 התקבלה מסקנה כי לפני 3 מיליארד שנה  נמצאו אגמים של מים, זאת בניגוד למה שחשבו כי בתקופה זו המאדים היה קר מדי מכדי לאפשר זאת. פעילות געשית מוגברת, פגיעות מטאוריטים או שינויים במסלול המאדים בתקופה זו חיממו את האטמוספירה במידה כזו שהקרח התחיל להפשיר. התוצאה היתה השתחררות גזים שעיבו( thickened)  את האטמוספירה  באופן זמני, הקטינו את אור השמש ואפשרו נוכחות מים נוזליים(5).

מה שגרם לאובדן האטמוספירה הוא פולסים מרוח השמש. בריחת האטמוספירה לא היתה רציפה וקבועה, אלא בפרצי(bursts ) יונים כבדים שעזבו אותה בתהליך הנקרא אזורים של אינטראקציה שותפי מסלול- CIR (corotating interaction regions  ). תופעה זו נוצרת כאשר אזורים של רוח שמש חזקה נתקלים ברוח שמש חלשה ונוצר פולס בעל לחץ גבוה. כאשר CIR חולפים ליד המאדים הם  יכולים למשוך איתם חלקיקים מהאטמוספירה של המאדים. במהלך התרחשות ה- CIR זרם החלקיקים הנפלט מהמאדים גבוה פי 2.5  מאשר בזמנים בהם תהליך זה לא מתרחש. יתרה מכך, 1/3  מהחומר שאבד לאטמוספירה היה בזמן הפגיעות באטמוספירה במעבר של ה- CIR. הסיבה לכך היא שהתופעה מתרחשת ליד המאדים ולא בסמיכות לכדור הארץ היא השדה המגנטי של כדור הארץ המגן עליו(7).

ישנן עדויות למשל לכך שבמקומות בהם היו פגיעות יוצרי מכתשים נחשף חומר מעומקים של5 ק”מואפילו סמוך לקרקע. במהלך מיפוי מינרלוגי נחשפה נוכחות מסיבית של מינרלים קרבונטיים וכי מקורם הוא ב- CO2 מהאטמוספירה(8).במקרה כזה השאלה המתבקשת היא מה גרם לספיחת הפחמן מהאטמוספירה לקרקע?

רוחות

בשל דלילותה של האטמוספירה (צפיפות האטמוספירה היא 1% מאטמוספירת כדור הארץ) והלחץ האטמוספירי הנמוך(7 מיליבר) השאלה היא איך הרוחות מצליחות לעצב את פני השטח ולגרום לארוזית רוחות כה חזקה או שמא שינוי  פני השטח הוא תוצאה של העבר כאשר האטמוספירה היתה מסיבית יותר. לדוגמה, כאשר צופים בדיונות הגדולות של המאדים רואים על פסגתן שכבות של חול. כאשר מבצעים מיקוד  נוסף(zoom in) על פסגתן של שכבות אלה רואים שיכוב נוסף של חול. על כדור הארץ שכבות כאלה משתנות במהלכו של יום אחד. יש להבחין בין שני סוגים של שכבות, דיונות חול שמטבען הן גדולות ובעלות גבולות מובחנים ושכבות בצורת גלונים(ripples )  בהן החול מעורבב עם חלקיקים מחוספסים בגודל של מילימטרים. הגלונים הם קטנים מאוד ובעלי מבנה ליניארי.

ניתן להבחין בפרטים בסדימנטים שהושקעו(deposited) על ידי הרוחות באותו צד של הסלעים, המצוי בכיוון הנגדי לתנועת הרוחות. חלק מזנב הרוחות( wind tails ) של הסלעים מראה לאיזה כיוון נשבו הרוחות. זאת פעם ראשונה שאפשר להבחין בכך בפירוט כה רב ממקפת, מה שמאפשר ללמוד על כיוון תנועתן של הרוחות על פני כוכב הלכת כולו. עד כה ניתן היה לצפות בהן רק מנחתות ורכבי שטח.

צילומים שנעשו על ידי מרינר 9 גילו רכסים באורך קילומטרים המעוצבים על ידי רוחות ומוגדרים כ- yardings. צילומי ה- MRO מראים את המרקם העדין של ה- yardings ויכולים לתת אינדיקציה כיצד תצורות אלה נוצרו. אפשר להבחין בצורות השיכוב שלהן. בתוך אחת השכבות מצויים סלעים. אם מסתכלים במורדות שלהם אפשר לראות שהסלעים עברו  תהליכים ארוזיביים. חלק מהשכבות ב- yardings עשויים מחומר רך יותר שעוצב גם הוא על ידי רוחות. יכול להיות שמקורו של החומר הרך הוא אפר געשי שהושקעו (deposited ), או שרידים של מה שהיה בעבר תערובת של קרח ואבק, או אולי משהו אחר. מכל מקום מדובר בתהליכים ארוזיביים.

כבר בצילומים שנעשו על ידי חלליות הוויקינג החוקרים שמו לב לכך שפסגתם של הרי הגעש הגדולים, אלה שגובהם בין 9-21 ק”מ, מכוסים באבק. יש לזכור שהלחץ האטמוספרי בגבהים אלה הוא 1 מיליבר. במורדותיהם של הרי הגעש אפשר להבחין בדיונות או גלונים(ripples) המסודרים במעין מבנה רשתי (reticulate ) שנוצרו על ידי הרוחות שנשבו מכיוונים שונים. על כדור הארץ דיונות כאלה נקראות דיונות כוכביות(star dunes ). אלה תופעות שיכולות להתרחש רק באטמוספירה צפופה יותר שהיתה בעבר על הכוכב. מה שנצפה, נראה כאילו נוצר בזמן האחרון. יש על כן לחשוב על אפשרות אחרת לחלוטין והיא שאטמוספירה של המאדים היתה בעלת צפיפות גבוהה יותר עד לא לפני זמן רב. אולי עד לפני אלפי שנים אחורה(השערה זו היא של הכותב – חיים מזר).

ה- MRO בדקה גם את מכתש ויקטוריה שנבדק על ידי רכב השטח Opportunity וגילתה פסים  כהים

( dark streaks ) היוצאים ממנו. כנראה  חומר כהה שהרוח הוציאה מתוכו. שאלה אותה שואלים החוקרים  היא באם הרוח הסירה חומר בהיר החושף קרקע כהה יותר?(9).

סערות אבק

בסוף יוני 2009 התפתחה על המאדים סערת  אבק שכיסתה את המאדים כולו באמצע יולי ונמשכה מספר חודשים. במצב זה רק 20% מקרינת השמש מגיעה לקרקע ולכן פני השטח  מתקררים. האבק סופג את קרינת השמש ויוצר אפקט חום חזק. בשנה זו הטמפרטורה באטמוספירה עלתה ב- C° 30 –  C° 20 . עם ההתחממות, האטמוספירה  “מתנפחת”(inflates ) מסביב למאדים כנראה ב-20 ק”מ. סערות אלה מתחילות בקיץ בחצי הכדור הדרומי. הקיץ בחצי הכדור הדרומי חם יותר מאשר הקיץ בחצי הכדור הצפוני בשל המסלול האליפטי של המאדים סביב השמש המקרב אליה יותר את חצי הכדור הדרומי. קרוב לוודאי שמכתש Hellas ממלא תפקיד משמעותי בסערות אלה מכיון שהן מתחילות בסמוך אליו. במהלכן  של סופות אלה חלקיקי אבק בגודל מיקרון חוזרים לקרקע תוך מספר חודשים וחלקיקים קטנים יותר יכולים להישאר באטמוספירה במשך שנים. אחד הדברים המעניינים לגבי סערות אלה, שהן מתרחשות במחזוריות של שנים בהן יש סערות ושל שנים בהן אין סערות. אחת התופעות המעניינות  היא שסערות אלה מגיעות לקטבים. בקטבים  בדרך  כלל האטמוספירה חוסמת חדירת אוויר חם מהאזורים המשווניים(10).

ב- 9.4.2011 החלה להתפתח סערת אבק נוספת על המאדים. מבחינת סדרי גודל יש להבחין בין סערות מקומיות, סערות אזוריות וסערות גלובליות. על מנת לקבל פרספקטיבה לגבי סערות אלה, סערה מקומית היא בסדר גודל של אריזונה וסערה אזורית היא בסדר גודל של ארה”ב. סערות אזוריות מתרחשות במהלך השנה המאדימית. סערות יכולות להתחיל במכתש Hellas. במכתש זה מצויות כמויות אדירות של אבק. הסערה יכולה לצאת מהמכתש ומיד שוכחת. האבק יכול לנוע סביב כוכב הלכת ושבוע לאחר מכן אפשר להבחין בדעיכה של 4-6  סערות אזוריות שונות.

ישנם מספר מודלים להסברת הסערות. על פי מודל אחד בשנה אחת יכולה להתרחש סערה גדולה וכמות גדולה של אבק חוזרת לקרקע. סערה כזו עושה את  הקרקע לבהירה יותר, כך שבשנה שלאחר מכן אין היא מקבלת מספיק חום והיא לא יכולה לחולל רוח ממושכת. לאבק דרוש זמן רב על מנת שיוכל לעזוב את  הקרקע ולהינשא באוויר. כאשר תהליך כזה אכן מתרחש, פני הקרקע מתחממים ומתחילה להתפתח סערה.

גרגרי האבק שונים מאלה של כדור הארץ. הם קטנים יותר. לשם השוואה גרגרים של אבקת טלק גדולים פי 6 מגרגרי האבק המאדימיים. זה יכול להסביר מדוע גרגרי האבק יכולים להישאר זמן רב באטמוספירה כה דלילה(11).

אקלים

להפתעת החוקרים התברר כי במהלך החורף הטמפרטורה מעל הקוטב הדרומי חמה גם עמוק בתוך החורף. כאשר הקוטב הדרומי קפוא ובמקום שוררת  חשיכה מוחלטת, בגובה של  30-80 ק”מהטמפרטורה היא          C ° 93 – , גבוהה ב-  C ° 20 –  C° 10 ממה שציפו (12 ).

במעקב ספקטרוסקופי שנמשך שתי שנים מאדימיות נמדד עובי שכת הקרח בקטבים. התברר כי כמות ה- CO2   בקטבים משתנה כתגובה לשינויים עונתיים, לשינויים באור השמש ולשינויים בזרימת אוויר מקווי רוחב נמוכים המלווים  את התעבותו של ה- CO2 בקטבים.  קרוב ל-25% מהאטמוספירה מצויים במצבים מחזוריים לאורך עונות השנה בקטבים.

באזור הקוטב הצפוני השקעת( deposition ) CO2  היא בקו אלכסוני לכיוונו של אזור Acidalia. נראה שעובייה הרב של שכבת ה- CO2 במקום זה נגרם בשל רוחות קרות המגיעות מ- Chasma Boreale, קניון גדול סמוך לקוטב הצפוני. בחצי הכדור הדרומי ה- CO2 נערם במהירות רבה יותר באזור  כיפת הקוטב הדרומי השאריתי המוסט מהקוטב עצמו ומכיל משקעי (deposits ) CO2 תמידיים. על פי הערכת החוקרים אי הסימטריה בכיפת הקוטב העונתית, נגרמת  בשל שינויים בהרכב הקרקע.  האזורים שמחוץ לכיפה השאריתית מכילים מים מעורבים עם סלעים ואדמה החמים יותר בקיץ. זה מעכב את הצטברות ה- CO2. בנוסף לכך חום הנאגר באזורים עשירים במים משתחרר בהדרגתיות  במהלך החורף, מה שמעכב עוד יותר את הצטברות ה- CO2 .

החוקרים הבחינו גם בהעשרה רבה של גז שאינו מתעבה בקוטב הדרומי  במהלך החורף. משך התצפית במהלך השינויים בריכוז החנקן והארגון, סיפק מידע ביחס לדפוסי צירקולציה מקומיים. מהלך זה כולל גם את התזמון ועוצמתה של מערבולת(vortex ) החורף הקוטבית. זרם ציקלוני המונע ערבוב של חנקן וארגון עם אוויר מקווי רוחב נמוכים(13).

במהלך התצפיות נמצאו עדויות לשינויים אקלימיים בעבר בשל שינויים בנטייה של ציר המאדים. למסקנות אלה הגיעו בעקבות מדידת שכבות בתוך 4 מכתשים ב- Arabia Terra. עובי השכבות במקומות שונים משתנה ממטרים בודדים עד לעשרות מטרים. בכל מקום באותו חתך סטריטגרפ, לשכבות עובי דומה ומאפיינים תצורתיים דומים. למסקנה זו הגיעו  בהתבסס על  דפוס של שכבות בתוך שכבות שנצפו במכתש Becqueral. החוקרים הגיעו להערכה שכל שכבה נוצרה במהלך תקופה של 10,000 שנה וכי שכבות אלה הן תוצר לאותם שינויים מחזוריים אקלימיים.

בנוסף לכך, כל 10 שכבות מאוגדות ביחד ביחידות גדולות יותר הנבנות במשך 1 מיליון שנה במכתש                          Becqueral. הדפוס של יחידות בנות 10 שכבות חוזר על עצמו לפחות 10 פעמים. מחזור זה של מיליון שנה תואם לשינויים בציר של המאדים הנגרם בשל הדינמיקה של מערכת השמש. כל 100,000 שנה נטיית הציר של המאדים משתנה בעשרות מעלות, מה שגורם לשינויים עוד יותר גדולים. כאשר הנטייה היא קטנה, הקטבים הם המקומות הקרים ביותר על המאדים. אז השמש קרובה יותר לקו המשווה. זה יכול לגרום לכך שחומרים נדיפים המצויים באטמוספירה כמו מים ו- CO2 ינועו לעבר הקטבים, שם  הם נלכדים  והופכים לקרח.

כאשר הציר של המאדים נטוי בזווית גדולה יותר, הקטבים מקבלים יותר אור שמש והחומרים הנדיפים משתחררים מהמקום. אם CO2 משתחרר מהקטבים הלחץ האטמוספרי עולה, מה שמשפיע על שינויים  ביכולת האוויר להעביר ולהשקיע(deposit ) חול.

תהליך זה הוא אחד התוצרים המשפיעים על קצב ההשקעה(deposition ) של שכבות  כמו אלה שנמצאו בארבעת המכתשים שהוזכרו קודם לכן. תוצר אחר לשינוי בזווית הנטייה של הציר הוא שינוי ביציבות המים על הקרקע, המשפיע על יכולת חלקיקי הקרקע להיות דבוקים יחד ובהמשך גם על בניית השכבות. יש להניח שלשינויים אקלימיים אלה השפעה על מגוון רחב של  תהליכים גיאולוגיים על פני השטח(14).

מכתש Mojave שקוטרו60 ק”מועומקו2.6 ק”מוהמצוי ב- Xantle Terra הוא אחד המכתשים הצעירים ביותר על המאדים. כנראה בן 10 מיליון שנה. מצויים בו ערוצים ומניפות סחף היכולים לתת אינדיקציה באשר לתקופות גשומות קצרות על המאדים. קיימת אפשרות שהמטאוריט יוצר המכתש, בפגיעתו בקרקע שחרר מים או תערובת של קרח-מים תת קרקעית והעלה אותם לפני השטח.  אלה התעבו וחזרו לקרקע כגשם. מודל זה מעלה את האפשרות שאקלים  המאדים לפני 3.9 מיליארד שנה הושפע מפגיעות מטאוריטים שיצרו מכתשים גדולים(15).

מכתשים

עד ל-3.1999 החללית האמריקאית Mars Global Surveyor צילמה 98% מפני השטח של המאדים. ב- 2006 30% מפני השטח של המאדים צולמו  פעם נוספת ואז התגלו 20 פגיעות יוצרות מכתשים חדשות. קוטר המכתשים נע בין 2-148 מטר(16).  גילוי זה מעלה את האפשרות לביצוע בדיקות השוואתיות נוספות בין צילומי ה- MRO בעלי הרזולוציה הגבוהה לבין צילומי ה- MGS כולל הצילומים של רכבי השטח ה- Spirit  וה- Opportunity. קרוב לוודאי שהשוואה כזו תלמד דברים חדשים על היווצרות מכתשים ועל האינטראקציה בין תבליטי הנוף החדשים לרוחות כולל דיונות(הערת הכותב- חיים מזר). יתוארו כאן נתוניהם של מספר מכתשים שצולמו על ידי ה- MRO .

1. מכתש Russel -קוטרו140 ק”מומיקומו  °348 –  S ° 55   . ה- MGS גילתה מאות  ערוצים קטנים במדרונות של דיונות החול בקרקעית המכתש. צילומי ה- MRO חשפו פרטים נוספים. חריצים אלה נמשכים מפסגות הדיונות עד לבסיסן, מה שאומר  שאיזה שהוא נוזל חתר בתוכם. מכיון שערוצים אלה מתחברים זה לזה הועלתה האפשרות כי היו מספר מקורות לאותם נוזלים. סמוך למספר מקומות בהם  מתחילים הערוצים  מצויים כתמים כהים. מספר ערוצים מתחילים ביובלים קטנים (alcoves ), קבוצה אחרת של ערוצים מתעקלים באמצעיתם וקבוצה אחרת התוואי שלהם הוא ישר. בהמשך המורדות, חלק מהערוצים  מורמים מעל פני השטח במיוחד באזורים נמוכים. הערוצים   נקטעים באופן פתאומי ללא שום השקעה(deposition) של חומר, בשונה מבסיסם של ערוצים אחרים על המאדים שאינם על דיונות. על פי אחת ההשערות שהוצעו להסבר התופעה, כפור של CO2 הושקע(deposited ) באזורים המוצלים של הדיונות או בלילה. חלק אחר של הכפור מוטמע בחלקים  הפנימיים של הדיונות  בשל מפולות סלעים( alvanches ). כאשר אור השמש מחמם את הכפור, מתרחשת סובלימציה מהירה  הגורמת למפולות שבעקבותיהן נוצרים הערוצים(17).

2. מכתש Eberswalde  -מכתש זה מצוי ב- Mrargaritifer. בחלק מהמכתש מצויה דלתא המחייבת זרם יציב והשקעת(deposition) חומר לתוך אגם שהיה  במכתש. נמצאו עדויות להתארכות ולהתרחבות של ערוצים בדלתא במשך  הזמן. הבדלים בגודל גרגרים בסדימנטים בתוך הדלתא מעידים על סוגי ארוזיה  שונים של חומר שהושקע(deposited). בדיקת שרידים של משקעי ערוצים מעידה על נוכחות סלעים מחוספסים בגודל של מטרים. הם גדולים מדי מכדי שיועברו על ידי זרם מים בערוצים.  סביר על כן להניח שסלעים אלה נוצרו מחול ומחצץ שכן הוסעו על ידי מים לאורך הערוצים. נמצאו גם תצורות של מצולעים בגודל של מטרים במקומות רבים והם קשורים כנראה לחומרים שהוסרו מהערוצים. נראה שמצולעים אלה הם תוצר להשקעת גרגרים עדינים ועשירים בחרסיות   שנחשפו. הם  התכווצו עם איבוד  המים שלהם, הפכו לסלעים, נסדקו ועברו ארוזיה או שילוב של שניהם(17).

3. מכתש שמולא בסדימנטים וחריצים כהים חוצים אותו למלוא אורכו ופורצים החוצה מגבולותיו(18).

4. מכתש ב-  Chryse Planitia-  קרקעיתו וחלק מדפנותיו מכוסים בחומר כהה המחולק לתאים(19).

5. מכתש קטן המצוי בחלק הצפון מערבי של מכתש Schiapareli. זהו מכתש בקוטר2 ק”ממלא בטבעות בהירות וקונצנטריות. הטבעות הן  בצורת מדרגות. הפנימיות שבהן הן הצעירות ביותר. יכול להיות שהתצורה הקונצנטרית של כל שכבה  נובעת מכך שהיא עברה ארוזיה חלשה יותר מזו הנמצאת מתחתיה(20).

6. מכתש Tooting  – מכתש זה מצוי במרכזו של סדק טקטוני(21).

7. מכתש הנחתך על ידי סדרה של קירות פנימיים דקים (22).

8. מכתש ריצ’ארסון- מכתש בקוטר80 ק”מהמצוי  ב- °181-  S° 73 . מצויות  בו דיונות חול המכוסות בכפור עונתי. הכפור הוא שילוב של 2 CO  קפוא וקצת קרח מים. עם התאדות הכפור נוצרות צורות מוזרות כמו כתמים, מניפות וקווים(23).