درخشش های الکتریکی در گرداب های غبار مریخ: کشف جدید

برای نخستین‌بار، دانشمندان جرقه‌های الکتریکی ریز درون گرداب‌های غباری مریخ را ثبت کرده‌اند؛ یافته‌ای که برخی پیش‌فرض‌ها دربارهٔ جو سیارهٔ سرخ و رفتار شیمیایی آن را دگرگون می‌کند. این کشف که با میکروفون SuperCam روی مریخ‌نورد Perseverance ثبت شده، مسیر جدیدی از پژوهش را دربارهٔ چگونگی تأثیر ذرات باردارِ گرد و غبار بر اقلیم، شیمی جو و ایمنی مأموریت‌های آینده باز می‌کند.

چگونه دانه‌های نجواکنندهٔ گرد و غبار به جرقه تبدیل می‌شوند

در مریخ بادهای گذرا و تند به‌طور مکرر ذرات ریز پوشش سطحی (رِگولیت) را به‌سمت بالا می‌برد و ستون‌های چرخان معروف به گرداب‌های غبار یا dust devils را تشکیل می‌دهد. هنگامی که این دانه‌های ریز با یکدیگر برخورد می‌کنند یا بر هم می‌سایند، بار الکتریکی مبادله می‌کنند — همان فرایند پایه‌ای که در زمین موجب ایجاد شوک‌های الکترواستاتیک در روزهای خشک می‌شود. با این حال، مریخ و زمین متفاوت‌اند: جو مریخ نازکتر و عمدتاً از دی‌اکسید کربن تشکیل شده است و این شرایط آستانهٔ تشکیل جرقه را کاهش می‌دهد؛ بنابراین تخلیه‌های الکتریکی کوچک‌تری می‌توانند رخ دهند.

در هنگام عبور Perseverance از دو گرداب غبار، میکروفون SuperCam — نخستین میکروفون استفاده‌شده روی سطح مریخ — سیگنال‌های صوتی غیرمعمول و شدیدی را ثبت کرد. پژوهشگران در مؤسسات فرانسوی از جمله Institut de recherche en astrophysique et planétologie و laboratoire Atmosphères et observations spatiales این صداها را با نشانه‌های الکترومغناطیسی و آکوستیکی تولیدشده توسط قوس‌های الکتریکی کوتاه تطبیق دادند. این تخلیه‌ها بسیار کوچک‌اند، معمولاً فقط چند سانتی‌متر طول دارند، اما برای یک میکروفون حساس به اندازه‌ای بلند هستند که قابل تمییز و بدون ابهام باشند.

درک مکانیزم‌های دقیقِ بارگیری الکتریکی دانه‌ها (triboelectric charging) و شرایط لازم برای تشکیل قوس‌های جرقه‌ای در جو رقیق مریخ نیازمند ترکیب داده‌های میدانی و آزمایشگاهی است. آزمایش‌ها در خلأهای شبیه‌سازی‌شده و جوهای غنی از CO2 نشان داده‌اند که تغییر خواص سطحی ذرات، رطوبت بسیار اندک، اندازه و توزیع ذرات، و سرعت برخوردها همگی نقش مهمی در جهت و مقدار بار الکتریکی دارند. همین عوامل می‌توانند توضیح دهند که چرا برخی گرداب‌ها یا مناطق سطحی بیش از سایر نقاط دچار تخلیه‌های الکتریکی می‌شوند.

چرا این قوس‌های کوچک شیمی مریخ را بازنویسی می‌کنند

تخلیه‌های الکتریکی فقط پدیدۀ جوی جالبی نیستند؛ وقتی جرقه رخ می‌دهد، واکنش‌های شیمیایی پرانرژی آغاز می‌شود. رویدادهای با انرژی بالا می‌توانند ترکیبات اکسیدکننده تولید کنند — مولکول‌های واکنش‌پذیری که قادر به شکست مواد آلی و تغییر گازهای جوی هستند. این فرایندها می‌توانند به توضیح معماهای دیرپایی مانند ناپدید شدن سریع ناپیوسته متان در جو مریخ کمک کنند؛ پدیده‌ای که قبلاً دانشمندان را به‌تردید وامی‌داشت زیرا فتو‌شیمی به‌تنهایی نمی‌توانست نرخ کاهش مشاهده‌شده را توجیه کند.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

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...

به‌طور خلاصه: قوس‌های الکتریکی کوچک می‌توانند اکسیدان‌های مؤثری را در نزدیکی سطح و در لایه‌های پایینی جو تولید کنند. این اکسیدان‌ها می‌توانند مواد آلی را تجزیه کرده و گازهای واکنش‌پذیر را مصرف کنند، و همین امر تعادل شیمیایی جو را جابه‌جا کرده و علائمی را که مأموریت‌ها هنگام جستجوی نشانه‌های زندگی گذشته یا حال جستجو می‌کنند، پنهان یا تغییر دهد.

از منظر شیمی فضایی، تخلیه‌ها می‌توانند گونه‌هایی مانند اتم‌های اکسیژن تحریکی (O(1D))، رادیکال‌های آزاد، و حتی ترکیب‌های اکسیدکنندهٔ ثانویه‌ای تولید کنند که توانایی واکنش با ترکیبات ارگانیک سطحی یا گازی را دارند. وجود پرکلرات‌ها و پراکسیدها در خاک مریخ که توسط مأموریت‌های گذشته نشان داده شده، ممکن است در برخی موارد با تاریخچه‌ای از فعالیت‌های الکتریکی محلی مرتبط باشد. پژوهش بیشتر می‌تواند مشخص کند چه مقدار از اکسیدان‌های سطحی ناشی از فرایندهای فتو‌شیمیایی و چه مقدار از تخلیه‌های الکتریکی است.

تأثیرات بر اقلیم، مأموریت‌ها و اکتشافات انسانی

تشارژ الکتریکی همچنین بر رفتار غبار تأثیر می‌گذارد — نحوهٔ بلند شدن، جابه‌جایی و نشست ذرات — و غبار یکی از عوامل اصلی در اقلیم مریخ است. غبار می‌تواند جذب و پراکندگی نور خورشید را تغییر دهد، بر دمای سطح و لایه‌های جوی تأثیر بگذارد و در شکل‌گیری طوفان‌های گردوغبار منطقه‌ای یا سراسری نقش داشته باشد. شناخت بهتر اثرات الکتریکی به پالایش مدل‌های اقلیمی مریخ کمک می‌کند و ممکن است پیش‌بینی‌های مربوط به آب و هوا و توسعهٔ طوفان‌های گردوغبار را بازنویسی کند.

از جنبهٔ عملی، این تخلیه‌ها پیامدهای مهمی برای طراحی سخت‌افزار مأموریت‌ها دارند. تخلیه‌های الکتریکی ممکن است برای الکترونیک حساس فرودگرها و ربات‌ها خطر ایجاد کنند و نیز می‌توانند تهدیدی برای فضانوردان آینده باشند. حتی قوس‌های کوچک محلی می‌توانند تداخل الکترومغناطیسی ایجاد کنند یا بار الکتریکی روی قطعات در معرض را تجمع دهند. طراحان مأموریت باید این یافته‌های نو را هنگام برنامه‌ریزی برای مأموریت‌های بلندمدت، تجهیزات زمین‌شده و زیستگاه‌های انسانی مدنظر قرار دهند.

برای نمونه، سامانه‌های برقی و الکترونیکی باید در برابر اسپایک‌های ولتاژ، جریان‌های گذرا و تجمع بار محافظت شوند؛ این به‌معنای به‌کارگیری فیلترها، محافظت‌کننده‌های گذرا و طراحی مکانیکی برای کاهش تجمع بار است. همچنین پوشش‌ها و مواد جدیدی که مقاومت الکترواستاتیک دارند یا قابلیت تخلیهٔ کنترل‌شده را ارائه می‌دهند ممکن است در ساخت قطعات خارجی و سطوح حساس اهمیتی کلیدی پیدا کنند. آزمون‌های شبیه‌سازی‌شده در تونل‌های خلأ و آزمایشگاه‌های شیمیایی که شرایط فشار پایین و جو CO2 را بازتولید می‌کنند، ضروری می‌شوند.

صدا به‌عنوان پنجره‌ای نوین علمی

میکروفون SuperCam ثابت کرده است که ابزار صوتی بسیار قدرتمندی برای علوم سیاره‌ای است. از زمان فرود Perseverance در 2021، این میکروفون بیش از 30 ساعت از چشم‌انداز صوتی مریخ — شامل باد، نویز روتور هلیکوپتر Ingenuity و اکنون تخلیه‌های الکتریکی — را ضبط کرده است. داده‌های آکوستیک مجموعهٔ دادهٔ مستقلی فراهم می‌آورند که می‌توانند پدیده‌های گذرا و محلی را آشکار کنند که تصویربرداری یا حس‌گرهای از دور ممکن است از آن‌ها غفلت کنند.

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...

شنیدن ترک‌خرقِ فعالیت الکتریکی در میانهٔ یک طوفان، اکنون برای مریخ ممکن شده است. این آشکارسازی‌های صوتی به تأیید اندازه‌گیری‌های الکتریکی کمک می‌کنند و زمینه‌ای دربارهٔ اندازهٔ فیزیکی، مدت‌زمان و انرژی رویدادهای تخلیه فراهم می‌آورند. به‌علاوه، ترکیب داده‌های صوتی با سیگنال‌های الکترومغناطیسی و مشاهدات تصویری می‌تواند توان تفکیک زمانی و مکانی را برای تحلیل دقیق‌تر افزایش دهد.

آکوستیک می‌تواند ابزار تشخیصی برای مطالعاتی مانند تعیین نرخ برخورد ذرات، سرعت باد محلی، و ساختار داخلی گرداب‌های غبار باشد. تغییرات فرکانسی و طیف سیگنال‌های صوتی می‌توانند به محققان اطلاعاتی دربارهٔ اندازهٔ ذرات معلق، تراکم و روندهای انتقال انرژی درون ستون‌های غباری ارائه دهند — پارامترهایی که برای مدل‌سازی رفتار گرد و غبار و پیامدهای اقلیمی آن حیاتی هستند.

گام‌های بعدی برای پژوهشگران و کاوشگران

پژوهشگران اکنون داده‌های صوتی، الکترومغناطیسی و اندازه‌گیری‌های مربوط به غبار را با هم ترکیب خواهند کرد تا بسامد وقوع تخلیه‌ها، میزان انرژی آن‌ها و مکان‌های محتمل‌تر را کمّی‌سازی کنند. مدل‌ها به‌روزرسانی خواهند شد تا فیزیک شارژ ذرات را در بر گیرند و ابزارهای آینده ممکن است به‌طور خاص برای مطالعهٔ «هوای الکتریکی» طراحی شوند. برای مهندسین، این یافته انگیزه‌ای است تا رژیم‌های آزمون جدیدی برای سخت‌سازی الکترونیک و زیست‌گاه‌ها در برابر رویدادهای الکترواستاتیکی غیرمنتظره ایجاد کنند.

در سطح برنامه‌ریزی مأموریت، ترکیب این دانش با سیاست‌های حفاظت سیاره‌ای (planetary protection) اهمیت دارد: اگر اکسیدان‌های تولیدشده توسط تخلیه‌ها بتوانند مواد آلی را سریعاً تجزیه کنند، آنگاه استراتژی‌های نمونه‌برداری و نگهداری نمونه باید برای جلوگیری از از بین رفتن شواهد زیستی احتمالی تنظیم شوند. همچنین برنامه‌ریزی برای مأموریت‌های انسانی باید شامل سنجش و کاهش خطرات الکتریکی محلی و آموزش فضانوردان برای شناخت و پاسخ به رویدادهای الکترواستاتیک باشد.

واضح است که مریخ هنوز هم ما را شگفت‌زده می‌کند: حتی جرقه‌های بسیار کوچک می‌توانند پرسش‌های بزرگی دربارهٔ زیست‌پذیری، اقلیم و طراحی مأموریت‌های نسل آینده روشن کنند. تحقیقات بعدی، شامل آزمایش‌های آزمایشگاهی، توسعهٔ حس‌گرهای تخصصی و بررسی‌های طولانی‌مدت میدانی، برای تبدیل این شواهد اولیه به فهمی جامع‌تر ضروری هستند.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

بزرگ ترین شهاب سنگ مریخی فروخته شده در جهان؛ رکورد تاریخی در حراج ساتبیز

یک اتفاق تاریخی در علم سیاره‌شناسی رقم خورد؛ بزرگ‌ترین تکه دست‌نخورده از سنگ مریخ که تا...