بیگ بنگ: سیاره شگفت انگیز مریخ که با چشم غیر مسلح نیز در آسمان قابل رویت است، برای قرن های متمادی یکی از موضوعات جالب توجه برای انسان محسوب می شده است.

سیاره مریخ تقریبا توسط تمامی ستاره شناسان دنیای باستان مورد مشاهده و توجه قرار گرفته بود. ستاره شناسان کهن از حرکت مداری این سیاره جهت ارائه مدلهای کیهان زایی منظومه شمسی بهره جسته‌اند. ستاره شناسان و منجمان عصر حاضر نیز به طور گسترده تری به مطالعه مریخ پرداخته و مدلهایی برای نحوه تشکیل، ترکیبات شیمیایی و حرکت مداری، دینامیک درونی، ویژگی های اتمسفری و ساختار عوارض سطحی این سیاره ارائه نموده اند. سازمان‌های فضایی نیز همواره به مریخ علاقه مند بوده‌اند و در حال مطالعه برای طراحی و نقشه هایی جهت سفر به این سیاره هستند.

در این میان، پرسشی که ممکن است در اذهان ایجاد شود، این است که با توجه به وسعت منظومه شمسی و تنوع اجزاء آن از اجرام سیاره ای گرفته تا سیارک ها، اقمار و دنباله دارها، چرا هنوز سیاره سرخ (مریخ) به عنوان یکی از مهمترین موضوعات مورد توجه همگان قرار دارد؟ در واقع دلیل علاقه مندی دانشمندان به این سیاره، در یک حقیقت علمی ریشه دارد: پس از زمین، مریخ بهترین گزینه ای محسوب می شود که احتمال حیات در آن وجود دارد.

ایده امکان وجود حیات در مریخ به پژوهش ها و مشاهدات ستاره شناسان اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم باز می گردد، ستاره شناسان شبکه ای از خطوط تاریک و روشن در سطح این سیاره مشاهده کرده بودند که تصور می رفت نشانگر وجود کانال های آب باشند و دلالت بر وجود اقیانوس هایی از آب بر روی سطح مریخ داشتند. امروزه می دانیم این خطوط واقعی نیستند و در واقع خطای دید می باشند. با این حال، مشاهده سطح مریخ توسط رادار و ماموریت های بدون سرنشین، همراه با تجزیه و تحلیل شیمیایی خاک مریخ توسط مریخ نورد اسپیریت و فونیکس نشان داد که بر روی سطح مریخ یخ وجود دارد، و احتمالا در زمان های گذشته و در خلال تکامل این سیاره، مریخ دارای دریاهایی از آب بوده است. اوایل امسال هم، ناسا کشف آب-نمک روی سطح مریخ را اعلان کرد.

تصور اینکه در گذشته مریخ دارای زندگی بوده است، به سرعت مورد توجه قرار گرفت و در بین مردم محبوبیت یافت. این موضوع در اندک زمانی جای خود را در زندگی روزمره مردم، افسانه های آنها و داستان های علمی-تخیلی گشود. از این زمان به بعد واژه مریخی(Martian) به عنوان واژه ای رایج که به بیگانگان فضایی ساکن مریخ اشاره دارد، در بین عوام ساخته شد و بسیاری از مردم واقعا به وجود این موجودات اعتقاد پیدا کردند. به هر حال موضوع جالب توجه و جذاب درباره مریخ این است که علیرغم این تخیلات، این حقیقت که در گذشته مریخ توانایی این را داشته که دارای حیات باشد توسط تئوری های کمربند حیاتی اطراف خورشید بطور جدی مورد تائید قرار گرفته است و ستاره شناسان اعتقاد دارند در مراحل اولیه شکل گیری منظومه شمسی، مریخ به خورشید نزدیک تر بوده و درون کمربند حیات خورشیدی و نزدیک به لبه بیرونی آن قرار داشته است.

باید توجه داشت که اهمیت مریخ تنها در این نیست که در گذشته این توانایی را داشته که مامن حیات باشد، بلکه فقط وجود این سیاره نیز به تنهایی مدل های تشکیل منظومه شمسی را در سه دهه اخیر به چالش کشیده است. نگاهی اجمالی به سیاره ها در سامانه ی خورشیدی ویژگی های جالبی در ساختار مدار آنها را آشکار می سازد. نخست اینکه سیاره های بزرگ منظومه شمسی یعنی مشتری، زحل، اورانوس و نپتون در بخش بیرونی تر منظومه شمسی مستقر شده اند در حالی که سیاره های کوچکتر یعنی عطارد، ناهید، زمین و مریخ در بخش های داخلی به دور خوشید می گردند. تناوب مداری سیارات داخلی منظومه شمسی چندان اختلافی با یکدیگر ندارند، در حالی که تناوب مداری سیارات بیرونی منظومه شمسی، بسیار بزرگترند و هر یک با دیگری تفاوت زیادی دارد.

از طرف دیگر بین سیاره های خاکی ( زمینی ) ناهید و زمین جرم تقریبا یکسانی دارند در حالی که مریخ از آنها کوچکتر است. کوچک بودن جرم مریخ یک آنومالی است که سالهاست نتوانسته با هیچ یک از نظریه ها و مدل های شکل گیری سیارات خاکی توافق پیدا کند. طبق نظریه های پذیرفته شده رایج در مورد نحوه شکل گیری سیارات منظومه شمسی ، جرم مریخ باید بیشتر از زمین باشد. دانشمندان معتقد بودند که سیارات در اثر تراکم ذرات غبار در یک دیسک گازی به دور خورشید بوجود آمده اند. این دیسکهای گاز و غبار به سحابی های خورشیدی شهرت دارند. این ذرات غبار به تدریج متراکم شده و ذرات ریز تر را جذب کردند تا اینکه به حد سنگ ریزه هایی با ابعاد یک سانتیمتر یا کمتر در آمدند. در ادامه، از طریق فرایندی که چگونگی آن هنوز به طور دقیق مشخص نیست، این سنگ ریزه بزرگ تر شده و به اجرامی با ابعاد کیلومتر تبدیل شدند.این اجرام “ذرات سیاره ای” نامیده می شوند .

در این دیسک، ذرات سیاره ای با یکدیگر برخورد کرده و در برخی موارد به هم می چسبند و جرم بزرگتری را تشکیل می دهند.گاهی اوقات این برخوردها باعث شکسته شدن این اجسام می شوند و ذرات کوچکتری از سنگ و غبار را ایجاد می کنند. این فرایند شکست و برخورد اجرام کوچک با یکدیگر و رشدآنها ادامه می یابد تا اینکه چندین ماه بزرگ و اجرامی به اندازه مریخ در دیسک اطراف خورشید تشکیل می شود. این اجرام بزرگ با عنوان مرحله جنینی یا بدوی سیارات Embryos planetary شناخته می شوند. شکل شماره 3 نشان دهنده تجسمی مفهومی از دیسک های این مرحله بدوی سیارات است.

در این مرحله، دیسک اطراف خورشید دارای چند صد سیاره از این نوع و چندین هزار خرده سیارک می باشد. شبیه سازی های کامپیوتری تشکیل و تکامل این اجسام نشان داده اند که برهم کنش ها و برخوردهای این حالتهای جنینی سیاره ها با یکدیگر ، باعث می شود که این اجرام بگونه ای در مدارهای خود قرار گیرند که چگالی جرمی دیسک در فاصله معینی از خورشید متناسب با فاصله آن از خورشید به توان 1.5 باشد. تنوع شعاع در جرم دیسک ملزم می دارد که جرم آنچه در مدار مریخ قرار می گیرد بیش از جرمی باشد که در حال حاضر در این مدار قرار گرفته است و در نتیجه جرم مریخ باید بیش از جرمی باشد که در حال حاضر دارد.

طی چند سال اخیر دانشمندان کشف کرده اند که کم بودن جرم مریخ به این دلیل است که دیسک مرحله بدوی ( جنینی ) به یکنواختی آنچه که در تئوری های قبلی تصور می شده نبوده است. در واقع، توزیع کلی مواد جامد در این دیسک غیر یکنواخت بود، بطوری که در برخی نقاط دیسک دارای چگالی بالاتر از جنین های سیاره ای و در بعضی از نقاط دیگر، چگالی آن بسیار پایین تر بوده است. طبیعت غیر یکنواخت دیسک باعث می شده که جنین سیاره ای بصورت مجزا از دیگر سیارات قرار گرفته بطوری که در همسایگی آنها مواد و ذرات و غبار زیادی وجود نداشته که جذب شود و باعث رشد آنها گردد. مریخ یکی از این گونه جنین های سیاره ای محسوب می شود. این طبیعت جنینی مریخ با نتایج مطالعات کیهان-شیمیایی هم که بیان می دارند مریخ بسیار سریع و در زمانی کوتاه پس از اینکه اولین مواد جامد از سحابی خورشید چگالیده شدند شکل گرفته است، توافق دارد .

در حال حاضر دو مدل وجود دارد که طبیعت غیر یکنواخت دیسک پیش سیاره ای را تشریح می کند. در یکی از این مدل ها که به مدل Grand Tack شهرت دارد ، این غیر یکنواختی به این دلیل بیان شده که مشتری و زحل در آخرین مرحله شکل گیری خود به خورشید نزدیکتر شده متعاقبا با تغییر مسیر، به مدار فعلی خود انتقال برگشتند. مدل دیگر ارائه شده در این زمینه، Partial Gap یا Depleted Disk model نام دارد. در این سناریو، دیسک ذرات سیاره ای غیر یکنواخت بودن را از دیسک گاز و غبار اصلی اطراف خورشید به ارث برده و آن را به توزیع سیاره ای جنینی انتقال داده اند. هر دو مدل فوق موفق شده اند نحوه شکل گیری مریخ و بسیاری از دیگر مشخصه ها و خصوصیات بخش داخلی منظومه شمسی را توجیه کنند. همان طور که پیش از این شرح داده شد ، مریخ دارای مقداری آب یخ زده بوده و بر سطح آن نشانه های جریان آب وجود دارد. اما، موضوع جالب توجه درباره مریخ این است که مدار این سیاره، بسیار به خورشید نزدیک، در واقع نزدیک تر از آنی است که مواد اولیه سازنده آن توانایی حفظ و نگهداری آب را داشته است.

به بیان دیگر ، ذرات سیاره ای اصلی تشکیل دهنده مریخ باید در ابتدا خشک بوده باشند البته باید ذکر کرد که این شرایط در مورد سیاره زمین از شرایط مریخ هم دشوارتر بوده است. بدلیل اینکه زمین از مریخ هم به خورشید نزدیک تر است، انتظار می رود ذرات پیش سیاره ای که زمین را تشکیل داده بودند کاملا خشک بوده باشند، با این حال گفتنی است که با توجه به شکل گیری زمین و مریخ در بخش خشک دیسک پیرامون خورشید، وجود آب در این دو سیاره از جمله معماهای حل نشده ای است که در مطالعه شکل گیری منظومه شمسی وجود دارد. برخی از دانشمندان معتقدند که احتمالا پس از شکل گیری این سیارات، در اثر برخورد دنباله دارهای حاوی آب از مناطق خارجی از منظومه شمسی، آب به مریخ و زمین آورده شده است؛ این موضوع با توجه به وجود حجم زیاد آب در سطح زمین، نمی تواند به طور کامل توجیه گر وجود آب زمین باشد. البته باید توجه داشت که علاوه بر ملاحظات مربوط به خواص شیمیایی آب و یخ های موجود در دنباله دارها که مشابه با خواص شیمیایی آب روی زمین نیست، شبیه سازی های کامپیوتری هم نشان می دهند که تمامی آب موجود در زمین نمی تواند به این ترتیب وارد سیاره ما شده باشد. این شبیه سازی ها نشان می دهندکه حداکثرا 15 درصد از آب موجود در کره زمین از طریق دنباله دار ها وارد این سیاره شده است و مابقی 85 درصد آب موجود در این سیاره باید از محل دیگری به آن وارد شده باشد.

دو مدل ذکر شده در بالا هم که به چگونگی شکل گیری مریخ می پردازد، به خوبی نشانگر و گویای این موضوع هستند. این مدل ها نشان می دهند که منشا اولیه و نخستین آب در مریخ و زمین، یخ های موجود در سیارکهای یخی است که از بخش های خارجی کمربند سیارکها وارد شده اند. این اجرام که هر کدام حامل مقدار کمی آب یخ زده هستند، در حالیکه با یکدیگر و با مشتری واکنش داشته اند از مدار خود پراکنده شده و به ناحیه داخلی منظومه شمسی حرکت کرده اند. برخی از این سیارک ها به مناطقی وارد شدند که در آن نواحی زمین و مریخ در حال رشد بوده اند و به این ترتیب توسط این سیارات یعنی مریخ و زمین جذب شدند. در نتیجه آن ها آب های یخ زده موجود خود را به این دو سیاره منتقل کردند. در حین تکامل این دو سیاره، زمین سیاره بزرگتری بود و گرانش بیشتری داشت و به همین دلیل میزان آب بیشتری بر روی سطح زمین و اتمسفر آن باقی ماند. مریخ کوچکتر بود، گرانش کمتری داشت و در نتیجه بیشتر سهم آب آن تصعید شد و از سطح و اتمسفر مریخ گریخت. موارد ذکر شده می تواند گویای این موضوع باشد که چرا امروزه زمین دارای اقیانوس های بزرگ است در حالیکه مقدار آب مریخ بسیار کم و اغلب به شکل آب های زیر سطحی است.

نویسنده: دکتر نادر حقیقی پور / عضو هيات علمي موسسه نجوم دانشگاه هاوايي

ترجمه: دکتر کبری حاجی زاده