ثبت نخستین جرقه ها و انفجارهای صوتی کوچک روی مریخ

برای اولین‌بار، یک مریخ‌نورد صدای جرقه‌های الکتریکی ناشی از گردوخاک و حتی انفجارهای صوتی کوچک را روی مریخ ثبت کرده است — شاهدی قائل بر اینکه سیارهٔ سرخ در خلال هوای خشن و پرگردوغبار می‌تواند تخلیه‌های الکتریکی واقعی تولید کند. این کشف که با مریخ‌نورد ناسا، Perseverance، به دست آمده نشان می‌دهد چگونه باد و ذرات گردوغبار ترکیب می‌شوند تا در جو نازک دی‌اکسیدکربنی مریخ بار الکتریکی ایجاد کنند و در نهایت به تخلیهٔ الکتریکی منجر شوند. این نتیجه برای دانش اتمسفری، مهندسی مأموریت‌های آینده و مدل‌سازی شیمی میان‌سطوحی مریخ اهمیت دارد.

چگونه مریخ شوک تولید می‌کند: برق بدون آب

در زمین، رعد و برق معمولاً با ابرهای طوفانی بلند و پررطوبت مرتبط است. اما شکل‌گیری برق صرفاً به حضور آب وابسته نیست. در زمین، فوران‌های آتشفشانی، ابرهای خاکستر و حتی تندبادهای شنی می‌توانند وقتی ذرات با هم برخورد و اصطکاک می‌کنند بار الکتریکی تولید کنند. دانشمندان سیاره‌ای مدت‌ها گمان می‌بردند که فیزیک مشابهی در مریخ نیز رخ می‌دهد — با وجود جو بسیار رقیق و تقریباً فقدان رطوبت — اما شواهد مستقیم وجود نداشت تا این فرضیه را تأیید کند.

اکنون این شکاف کم‌رنگ‌تر شده است. در طول دو سال مریخی پایش مداوم، Perseverance پنجاه و پنج رخداد الکتریکی کوتاه را در شرایط باد و گردوخاک ثبت کرده است. از میان این رخدادها، هفت مورد با جزئیات کامل توسط میکروفون SuperCam مریخ‌نورد ضبط شدند؛ ثبت‌هایی که هم نشانهٔ الکترومغناطیسی و هم یک «طنین» صوتی کوتاه — نوعی غرش کوچک شبیه رعد — را نشان می‌داد، غرش کوچکی که هنگام انبساط هوای گرم پیرامون تخلیه ایجاد می‌شود.

شناسایی جرقه‌های ریز: SuperCam و اثرانگشت سیگنال

میکروفون SuperCam روی Perseverance نقش محوری داشت. این ابزار برای ضبط صدا و همچنین آشکارسازی تداخل‌های الکترومغناطیسی طراحی شده است و الگوی مشخصی را برای این رخدادها ثبت کرد: یک پالس الکترونیکی ناگهانی هنگامی که تخلیه وارد سیم‌کشی می‌شود، سپس یک فروکش تقریباً هشت‌میلی‌ثانیه‌ای و در هفت مورد، یک ضربهٔ صوتی ضعیف که با یک انفجار صوتی مینیاتوری سازگار است. ترکیب امضای الکتریکی و پالس صوتی، شناخت منبع واقعی را تقویت می‌کند.

نموداری که تخلیه‌های ریز رعد و برق را روی مریخ نشان می‌دهد

برای تأیید منشأ این سیگنال‌ها، پژوهشگران آزمایش‌هایی را با یک نمونهٔ بازتولیدشده از SuperCam در یک آزمایشگاه زمینی انجام دادند. با استفاده از یک دستگاه Wimshurst برای تولید تخلیه‌های الکتریکی کوچک در کنار نمونهٔ میکروفون، آن‌ها همان پالس‌های الکترونیکی و پروفیل‌های فروکش را بازتولید کردند که در داده‌های مریخ مشاهده شده بود — نتیجه‌ای که نشان می‌دهد ثبت‌ها به احتمال زیاد تخلیهٔ الکتریکی واقعی بوده‌اند و نه نویز ابزار یا آرِیفکت‌های دیگر.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

سرعت های بالای باد در مریخ؛ نقشه برداری گرداب های گرد و غبار

تحلیل‌های تازه از بیش از هزار گرداب گرد و غبار روی مریخ نشان می‌دهد که سرعت...

چه زمانی و کجا جرقه‌ها ظاهر می‌شوند

تنها حضور گردوخاک تضمین‌کنندهٔ تولید برق نبود. تحلیل داده‌ها نشان می‌دهد ۵۴ مورد از ۵۵ رخداد ثبت‌شده هم‌زمان با سرعت‌های بادی در ردهٔ بالای ۳۰٪ مشاهده‌شده توسط مریخ‌نورد رخ داده‌اند، و بیشتر آن‌ها در حوالی جبهه‌های طوفان گردوخاک تجمع یافته‌اند. شانزده رخداد طی برخورد با گردبادهای گردوخاکی (dust devils) اتفاق افتاد — گرداب‌های عمودی که ذرات را به ارتفاع بلند می‌برند و با افزایش برخورد ذرات فرایند بارزایی الکتریکی را تسریع می‌کنند. این همبستگی بین سرعت باد، غلظت ذرات و رخدادهای الکتریکی، یک الگوی محیطی روشن را نمایان می‌سازد که به مدل‌سازی طوفان‌های گردوخاکی و خطرهای مرتبط با بار الکتریکی کمک می‌کند.

انرژی‌های اندازه‌گیری‌شده نسبت به رعد و برق معمولی زمین بسیار کوچک بودند. شش مورد از هفت رخداد صوتی با تخلیه‌هایی در حدود 0.1 تا 150 نانوجول مطابقت داشتند؛ یک رخداد بزرگ‌تر به حدود 40 میلی‌ژول رسید که با یک جرقهٔ مستقیم به بدنهٔ مریخ‌نورد سازگار است و احتمالاً ناشی از سایش ذرات روی Perseverance و تجمع بار محلی بوده است. این دامنهٔ انرژی نشان می‌دهد که اگرچه انرژی هر تخلیه اندک است، اما تکرار و توزیع مکانی آن می‌تواند اثرات مهندسی و شیمیایی معناداری داشته باشد.

چرا این موضوع اهمیت دارد: فناوری، شیمی و زیست‌شناسی فضایی

کاربرد مهندسی یکی از پیامدهای فوری است. آگاهی از اینکه تخلیه‌های الکتریکی — هرچند کوچک — می‌توانند نزدیک سطح اتفاق بیفتند، طراحان فضاپیماها، سکونتگاه‌ها و ابزارهای سطحی را دربارهٔ ضرورت محافظت در برابر بارهای ساکن و جرقه‌های کوچک هنگام طوفان‌های گردوخاکی و گردبادها مطلع می‌کند. طراحی‌های محافظتی باید شامل راهکارهایی برای جلوگیری از ایجاد اتصال یا خوردگی در تماس‌های الکتریکی، جلوگیری از خطا در حسگرها و تضمین ایمنی نمونه‌برداری‌های حساس اند.

علاوه بر مسائل سخت‌افزاری، الکتریسیتهٔ اتمسفری بر شیمی تاثیرگذار است. در زمینِ اولیه، معمولاً رعد و برق به‌عنوان محرکی برای شیمی پیش‌زیستی مطرح می‌شود — فرایندی که مولکول‌های واکنش‌پذیر و گونه‌های شیمیایی جدیدی تولید می‌کند که می‌توانند مسیرهایی به سمت شکل‌گیری ساختارهای آلی پیچیده‌تر فراهم کنند. تأیید وقوع تخلیه‌های الکتریکی روی مریخ به مدل‌سازان اجازه می‌دهد مسیرهای واکنشی ناشی از انرژی الکتریکی را در پیش‌بینی شیمی نزدیک سطح وارد کنند، و برآوردهای تولید اکسیدانت‌ها و مولکول‌های واکنش‌پذیر طی طوفان‌ها را بازبینی کنند؛ امری که در تفسیر نتایج جستجوی ارگانیک‌ها و برآورد قابلیت زیست‌پذیری سیاره اهمیت دارد.

تیم تحقیقاتی از دستگاه Wimshurst برای تولید تخلیه‌های الکتریکی کوچک کنار نمونهٔ SuperCam استفاده کرد.

زمینهٔ مأموریت و روش‌های علمی

این مطالعه به سرپرستی دانشمند سیاره‌ای Baptiste Chide از دانشگاه تولوز و همکارانش انجام شد، که ۲۸ ساعت از ضبط‌های میکروفون SuperCam را که در طول دو سال مریخی جمع‌آوری شده بود استخراج کردند. رویکرد آن‌ها ترکیبی از تحلیل داده‌های درجا (in-situ)، بازتولید آزمایشگاهی و استفاده از داده‌های محیطی زمینه‌ای مأموریت بود — شامل سرعت باد، غلظت محلی گردوخاک و زمان‌بندی برخوردها — تا فعالیت الکتریکی را با شرایط خاص جوی همبسته کنند. این ترکیب داده‌های میدانی و آزمایشی اعتبار نتایج را افزایش می‌دهد و مسیر روشنی برای مطالعات آینده فراهم می‌آورد.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

کاوش در گذشته اقلیمی و زیست پذیری مریخ؛ دستاوردهای مدل آب وهوایی نوین

زمینه علمی: جستجو برای آب‌وهوای کهن و قابلیت زیست مریخ درک تاریخچه اقلیمی سیاره مریخ، بخش...

تیم پژوهشی تأکید می‌کند که بیشتر تخلیه‌ها نزدیک سطح رخ می‌دهند، جایی که فشار نسبی بالاتری در مقایسه با ارتفاع‌های بالاتر حاکم است؛ پیش‌بینی‌ای که مدل‌های اتمسفری مدت‌ها پیش مطرح کرده بودند. داشتن دارایی‌های فعال سطحی مانند Perseverance این امکان را به دانشمندان می‌دهد تا آن مدل‌ها را به‌طور مستقیم و با داده‌های اندازه‌گیری‌شده اعتبارسنجی کنند و پارامترهای مدل را اصلاح نمایند.

پیامدها برای کاوش‌های آتی مریخ

طراحان مأموریت‌های آینده باید نحوهٔ تجمع بار الکتریکی ساکن را در اجزایی مانند لاستیک چرخ‌ها، بازوهای ابزار، آرایه‌های خورشیدی و اتصالات الکتریکی مدنظر قرار دهند — به‌ویژه هنگام طوفان‌های گردوخاکی فراگیر که سیاره را احاطه می‌کنند یا در برابر جبهه‌های شدید محلی گردوخاک. جرقه‌های کوچک می‌توانند تماس‌ها را خورده کنند، باعث ایجاد سیگنال‌های خطا در حسگرها شوند یا آزمایش‌های حساس به نمونه‌های آلی را تغییر دهند و تفسیر داده‌ها را مشکل سازند. طراحی حفاظ‌ها، سیستم‌های تخلیهٔ بار و آزمون‌های محیطی شبیه‌سازی‌شده برای پایداری الکترواستاتیکی به‌عنوان بخشی از مرحلهٔ توسعهٔ مأموریت اهمیت بیشتری خواهد یافت.

از منظر علمی، شواهد تازه انگیزه‌ای برای بهبود مدل‌های اتمسفری است تا پدیده‌های الکتریکی و پیامدهای شیمیایی آن‌ها را شامل شوند. چنین مدل‌هایی به پژوهشگران کمک می‌کنند تولید اکسیدانت‌ها، شیمی گذرا حین طوفان و مسیرهای ممکن برای تشکیل مولکول‌های پیچیده‌تر را پیش‌بینی کنند. این اطلاعات برای برنامه‌ریزی آزمایش‌های شیمیایی، تفکیک منابع اکسیدان‌ها و تفسیر نتایج آینده در جستجوی مولکول‌های آلی و شواهد احتمالی شرایط مساعد برای زیست‌شناسی ضروری است.

دیدگاه کارشناسان

«این مشاهدات نحوهٔ تفکر ما دربارهٔ محیط نزدیک سطح مریخ را تغییر می‌دهد،» دکتر النا مورالس، متخصص جوّ سیاره‌ای که در این مطالعه حضور نداشت، می‌گوید. «اکنون ما شواهد ملموسی داریم که رخدادهای الکتریکی گذرا — مرتبط با باد و گردوخاک — در مقیاسی اتفاق می‌افتند که برای پایداری سخت‌افزار و شیمی جوّی معنی‌دار است. باید فرودگرهای آینده تحت آزمایش‌های مقاوم‌سازی الکترواستاتیک در شرایط شبیه‌سازی‌شدهٔ طوفان‌های گردوخاک مریخی قرار بگیرند.»

دکتر مورالس اضافه می‌کند که گنجاندن شیمی تخلیهٔ الکتریکی در مدل‌های اقلیمی و شیمیایی می‌تواند مسیرهای واکنشی پیش‌تر نادیده‌گرفته‌شده‌ای را آشکار کند که برای درک تولید اکسیدانت‌ها و حضور ترکیبات آلی ردّی در مریخ اهمیت دارد. این همگرایی میان داده‌های میدانی، آزمایشگاه و مدل‌سازی می‌تواند تصویر دقیق‌تری از پویاشناسی شیمیایی سطح مریخ ارائه دهد.

گام بعدی چیست؟

کارهای پیگیری شامل پایش هدفمند در فصل‌های اوج گردوخاک، استفاده از ابزارهای دیگر برای تأیید متقاطع نشانه‌های الکتریکی و گسترش آزمایش‌های آزمایشگاهی با شبیه‌سازی فشار مریخی، ترکیب ذرات و شرایط بادی است. با انباشت بیشتر داده‌های سطحی و مداری، پژوهشگران انتظار دارند بودجهٔ انرژی، توزیع فضایی و فراوانی این تخلیه‌ها را دقیق‌تر برآورد کرده و بررسی کنند که چگونه ممکن است بر مطالعات زیست‌پذیری و طراحی مأموریت‌ها اثر بگذارند. این روند پژوهشی همچنین بر اولویت‌بندی ابزارهای آتی با قابلیت‌های اندازه‌گیری الکتریسیتهٔ اتمسفری و نمونه‌برداری ایمن از سطوح تأثیر خواهد گذاشت.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

حفظ و تقویت تاب آوری خاک برای امنیت غذایی پایدار

پژوهش‌های جدید و تصویر روش‌های مدرن کشاورزی که در کوتاه‌مدت عملکرد را افزایش می‌دهند، می‌توانند سلامت...