دانش فضایی

دانش فضایی

صفحه نخست . مقاله‌های علمی . نجوم و سیاره‌شناسی . رمزگشايی از معمای لكه‌های مرموز در قطب جنوب مريخ

 

پنجشنبه, ۲ آذر ۱۳۹۶

این مطلب تا کنون ۱۰۶۳۲ بار خوانده شده است

جمعه، 27 مرداد 1385

رمزگشايی از معمای لكه‌های مرموز در قطب جنوب مريخ

 
رمزگشايی از معمای لكه‌های مرموز در قطب جنوب مريخ

تصاوير دريافتی از دوربين تصويربرداری مدارگرد اُديسه، لكه‌هایی مرموز را روی كلاهك يخی قطب جنوب سياره مريخ نشان می‌دادند. اين لكه‌ها وقتی عجيبتر به نظر آمدند كه دانشمندان متوجه ظهور و ناپديد شدن آنها در فصول مختلف سال شدند.

 

Artist concept showing sand-laden jets shoot into the Martian polar sky. Image credit: Arizona State University/Ron Miller
تصویری خیالی از فورانهای گاز دی‌اکسیدکربن که تصور می‌شود عامل پیدایش لکه‌های قطب جنوب مریخ هستند.

.   منبع : News @ THEMIS   .

Every spring it happens. As the Sun peeks above the horizon at the Martian south polar icecap, powerful jets of carbon-dioxide (CO2) gas erupt through the icecap's topmost layer. The jets climb high into the thin, cold air, carrying fine, dark sand and spraying it for hundreds of feet around each jet. This dramatic scene emerges from new research by a team of Mars scientists that includes Arizona State University's Phil Christensen. The research report, co-authored with Hugh Kieffer (U.S. Geological Survey, retired) and Timothy Titus (USGS), appears in the August 17, 2006 issue of the scientific journal Nature. The new work solves a longstanding Martian polar riddle. "If you were there," says Christensen, "you'd be standing on a slab of carbon-dioxide ice." Looking down, you would see dark ground below the 3-foot-thick ice layer. "All around you, roaring jets of CO2 gas are throwing sand and dust a couple hundred feet into the air." You'd also feel vibration through your spacesuit boots, he says. "The ice slab you're standing on is levitated above the ground by the pressure of gas at the base of the ice." Mystery MarkingsThe team began its research in an attempt to explain what caused mysterious dark spots, fan-like markings, and spider-shaped features on the icecap at the Martian south pole. The dark spots, typically 50 to 150 feet wide and spaced several hundred feet apart, appear every southern spring as the Sun rises over the icecap. They last for three or four months and then vanish - only to reappear the next year, after winter's cold has deposited a fresh layer of ice on the cap. Most spots even seem to recur at the same locations."Originally, scientists thought the spots were patches of warm, bare ground exposed as the ice disappeared," notes Christensen. "But observations made with THEMIS on NASA's Mars Odyssey orbiter told us the spots were nearly as cold as the CO2 ice, which is at -198° Fahrenheit." That finding suggested the spots were just a thin layer of dark material lying on top of the ice and kept chilled by it. DARK SPOTS (left) and fans scribble dusty hieroglyphics on top of the Martian south polar cap in two high-resolution MOC images taken in southern spring. Each image is about 2 miles wide. Click on the image to download a 976KB version.(Image Credit: NASA/JPL/MSSS) THEMIS is the Thermal Emission Imaging System, a multi-wavelength camera. Christensen, who is a Regents' Professor of Geological Sciences at ASU's new School of Earth and Space Exploration in the College of Liberal Arts and Sciences, designed THEMIS and is the instrument's principal investigator. The new school houses ASU's renowned Mars Space Flight Facility.Using more than 200 THEMIS visible and infrared images, the team studied one area on the icecap, at 99° east longitude and 86.3° south latitude, from the end of southern winter through mid-summer. The spots began to appear when the Sun was only half a degree high, then quickly became more numerous over several days."A few places remained spot-free for more than 100 days," notes Christensen. "Then they developed a large number in a week."The scientists saw that fan-shaped dark markings didn't form until days or weeks after the spots first appeared, yet some fans grew to half a mile in length. Even more puzzling was the origin of the "spiders," grooves eroded into the surface under the ice. The grooves converge at points directly beneath a spot. Icy Greenhouse "The key to figuring out the spiders and the spots," says Christensen, "was thinking through a physical model for what was happening." The whole process, he explains, begins during Mars' frigid Antarctic winter, when temperatures drop to -200° F. That's so cold that the Martian air - 95 percent carbon dioxide - freezes out directly onto the surface of the permanent polar cap, which is made of water ice covered with layers of dust and sand. This seasonal deposit begins as a layer of dusty CO2 frost. Over the winter, the frost recrystalizes and becomes denser, a process called annealing. The dust and sand particles caught in the frost slowly sink. By spring, with the Sun about to rise, the frost layer has become a slab of semi-transparent ice about 3 feet thick, lying on a substrate of dark sand and dust.Sunlight passing through the slab reaches the dark material and warms it enough that the ice touching the ground sublimates - it turns directly into gas. As days pass and the Sun rises higher, sublimation continues. Before long, the warmed substrate generates a reservoir of pressurized gas under the slab, lifting it off the ground.Big BlowoutSPIDERS TRACE a delicate pattern on top of the residual polar cap, after the seasonal carbon-dioxide ice slab has disappeared. Next spring, these will likely mark the sites of vents when the CO2 icecap returns. This MOC image is about 2 miles wide. Click on the image to download an 824KB version(Image Credit: NASA/JPL/MSSS)Soon after, weak spots in the slab break through, forming narrow vents, and high-pressure gas roars out at speeds of 100 miles per hour or more. Under the slab, the gas erodes the ground as it rushes toward the vents, snatching up loose particles of sand and carving networks of grooves that converge on the vents."Once a spider becomes established," says Christensen, "it affects the surface so that a vent will form in the same place the following year." As they erupt, the jets carry loose sand and particles high in the air. The largest and heaviest particles fall closest to the vent, piling up around it to make the spots. As lighter sand grains tossed out by the jet blow downwind, they create the fans, which can extend tens to hundreds of yards. The lightest particles, meanwhile, drift away on the wind to form a thin layer of dust."It's like separating wheat and chaff," explains Christensen. "The finest-grained materials are carried off by the wind, while coarser grains are sifted again and again, year after year." The vents and jets continue to erupt until the ice slab completely sublimates and vanishes.This mechanism, says Christensen, "is unlike anything that occurs on Earth."

بررسیهای انجام شده روی جدیدترین تصاویر ارسالی از  مدارگرد اُدیسه ناسا که به دور مریخ می‌چرخد نشان می‌دهد که در آغاز فصل بهار نیم‌کره جنوبی مریخ، فورانهای عظیمی از گاز دی‌اکسیدکربن و غبار سطح کلاهک یخی قطب جنوب این سیاره را فرا می‌گیرد و سکون کسل کننده این سرزمین را با حرکتی بدیع، زیبایی می‌بخشد.

گاز گرم شده دی‌اکسید کربن با فشار زیادی سطح ترد و شکننده یخهای قطبی را شکسته و با فشار بسیار به داخل جو رقیق مریخ فوران می‌کنند. این جتهای عظیم گاز خاک و غبار فراوانی به همراه خود به بالا می‌آورند که در نهایت بر سطح کلاهک یخی مریخ فرود می‌ایند. خاک و غبار فرود آمده روی سطح سفید و براق کلاهک یخی لکه‌هایی تیره به وجود می‌آورند که تا مدتها یکی از موضوعات گیج‌کننده و پرسشی بی‌پاسخ برای دانشمندان بود.

فیل کریستنسن از دانشگاه ایالتی آریزونا و محقق ارشد تیمی تحقیقاتی که روی این موضوع کار می‌کند، می‌گوید: "اگر شما آنجا بودید مجبور می‌شدید روی تکه عظیمی از یخ دی‌اکسید کربن بایستید که بر روی لایه پرفشاری از گاز دی‌اکسید کربن شناور است."

وی در ادامه می‌افزاید:" در آن حال لرزش شدیدی را در زیر پاهایتان و در داخل لباس فضاییتان احساس می‌نمودید و در اطرافتان فوارن‌های عظیمی از گاز گرم شده دی‌اکسید‌کربن به ارتفاع صدها متر را مشاهده می‌کردید که خاک و گرد و غبار فراوانی را با خود به هوا می‌فرستادند."

ماجرا از آنجا آغاز شد که تصاویر دریافتی از دوربینهای تصویربرداری مدارگردهای اُدیسه و نقشه‌بردار سراسری مریخ که هر دو متعلق به ناسا هستند، لکه‌های مرموزی را روی کلاهک یخی قطب جنوب سیاره مریخ نشان می‌دادند. تیم تحقیقاتی دکتر کریستنسن  کار خود را برای بررسی و آنالیز این لکه‌ها که به نظر می‌رسید با اسپری روی سطح سفید کلاهک یخی پخش شده‌اند، آغاز کرد.

Dark spots appear to scribble dusty hieroglyphics on top of the Martian south polar cap in two high-resolution Mars Global Surveyor, Mars Orbiter Camera images taken in southern spring.  Image Credit: NASA/JPL/Malin Space Science Systems

چشم اصلی لکه‌ها معمولاً بین 15 تا 46 متر قطر داشته و تا صدها متر اطراف خود را نیز آلوده می‌کنند. میزان آلودگی از چشم اصلی لکه به بیرون تدریجاً کاهش یافته تا جایی که از بین می‌روند. در آغاز هر بهار در قطب جنوب این سیاره، زمانی که خورشید بر سطح کلاهک یخی می‌تابد، این لکه‌ها شروع به پدید آمدن می‌کنند و چند ماهی رؤیت می‌شوند. سپس و با شروع فصل سرما که لایه‌های جدیدی از یخ روی کلاهک یخی قطب جنوب را می‌پوشاند، این لکه‌ها به تدریج محو شده و تا سال دیگر که مجدداً نمایان شوند هیچ اثری از آنها باقی نمی‌ماند. در هر بهار، بیشتر لکه‌ها در همان جای قبلی خود نمایان می‌شوند.
در ابتدا تصور می‌شد که این لکه‌ها مناطقی از کلاهک یخی با ضخامت اندک هستند که در اثر گرمای بهار و تابستان، یخ خود را از دست داده و به این ترتیب سطح مریخ در معرض دید قرار گرفته است. اما دوربینهای اُدیسه که علاوه بر نور مرئی در طول موج مادون قرمز نیز تصویربرداری می‌کنند، به زودی نشان دادند که دمای این لکه‌ها تقریباً برابر دمای یخ دی‌اکسید کربن است. بنابراین حدس زده شد که این لکه‌ها تنها لایه‌های کم ضخامتی از خاک و غبار هستند که بین لایه‌های یخی به دام افتاده‌اند و در بهار و تابستان با آب شدن لایه‌های بالایی در معرض دید قرار می‌گیرند و توسط لایه‌های پایینی سرد و منجمد شده‌اند.

تیم کریستنسن برای اینکه توضیح مناسبی جهت پدیدار شدن و محو شدن لکه‌ها پیدا کنند، از اواخر زمستان تا اواسط تابستان نیم‌کره جنوبی مریخ و با استفاده از دوربینهای حرارتی کاوشگر ادیسه، 200 تصویر از یک ناحیه مشخص از کلاهک یخی قطب جنوب این سیاره تهیه کردند. برخی مناطق برای بیش از 100 روز خالی از هر لکه‌ای بودندو بعد ناگهان در طول یک هفته تعداد زیادی از آنها پدیدار می‌شدند. دانشمندان تیم تحقیقاتی همچنین متوجه شدند که نمای بادبزنی لکه‌ها روزها و گاهی هفته‌ها پس از آنکه لکه‌ای به وجود می‌اید، شکل می‌گیرد که گاهی اوقات تا حدود 800 متر طول دارند. قضیه وقتی عجیبتر می‌شد که به تدریج شبکه‌ای مانند تار عنکبوت از کانالهای زیرزمینی در زیر لایه‌های یخ شکل می‌گرفت که در محل لکه‌ها به یکدیگر وصل می‌شدند. کلید معما در دو کلمه نهفته است: "گرمخانه یخی"

SPIDERS TRACE a delicate pattern on top of the residual polar cap, after the seasonal carbon-dioxide ice slab has disappeared. Next spring, these will likely mark the sites of vents when the CO2 icecap returns. This MOC image is about 2 miles wide.

کریستنسن می‌گوید: " کلید حل این معما در پیدا کردن مدلی فیزیکی بود که قادر به تشریح چگونگی و چرایی پدیدار شدن و محو شدن سالیانه لکه‌ها و شبکه‌های عنکبوتی باشد." تیم آنها قادر به کشف این مدل شده است. همه چیز از سرمای منجمد کننده قطب جنوب مریخ در زمستان آغاز می‌شود. در این فصل از سال دما به حدود 130- درجه سانتی‌گراد افت می‌کند. در این دما گاز دی‌اکسید کربن که 95% جو مریخ را تشکیل می‌دهد منجمد شده و به صورت لایه‌ای از برفک بر روی کلاهک یخی اصلی قطب جنوب که از آب تشکیل شده است، می‌نشیند. از آنجا که یخ آب موجود در دو قطب مریخ ملیونها سال پیش پدید آمده‌اند، همیشه لایه‌ای از خاک و غبار سطح یخ آب را پوشانده است. بنابراین بین لایه یخ آب و برفک دی‌اکسید کربن، لایه نازکی از خاک و غبار وجود دارد.

در طول زمستان بر اثر سردتر شدن هوا و فشار لایه‌های بالایی، برفک دی‌اکسید کربن فرایند کریستالی شدن مجدد را پشت سر گذاشته و سنگینتر می‌شود.

این فرایند از برفک موجود لایه‌ای سفت و سخت و به نسبت شفاف از یخ دی‌اکسیدکربن می‌سازد که با حدود یک متر قطر بر روی لایه‌ای از غبار تیره آرمیده است. با شروع بهار و بالا آمدن خورشید، امواج گرمابخش خورشید با گذر از لایه نسبتاً شفاف یخ دی‌اکسید کربن به لایه‌های کدر زیرین می‌رسند و با افزایش تدریجی گرما بلورهای یخ دی‌اکسیدکربن به گاز تصعید (تبدیل ناگهانی جامد به گاز) می‌شوند. به تدریج و با بالا آمدن خورشید در طول روزها و هفته‌های بعدی میزان گاز حبس شده در لایه زیرین افزایش یافته و فشار آن زیاد و زیادتر می‌شود. خیلی زود فشار مخزن گاز زیرزمینی به قدری افزایش می‌یابد که با شکستن لایه‌های ضعیفتر یخ، منفذی به بیرون باز می‌کنند. گاز پرفشار با سرعتی حدود 160 کیلومتر بر ساعت به بیرون فوران می‌کند. قدرت و شتاب زیاد گازهایی که در حال فرار از مخزن گاز پرفشار زیرزمینی هستند باعث کنده شده بخشی از غبار و خاک لایه زیرین می‌گردد که به همراه گاز به جو رقیق مریخ پاشیده شده و در نهایت در اثر گرانش سیاره به سطح بالایی یخ دی‌اکسیدکربن ریخته می‌شوند. این موضوع باعث به وجود آمدن شیارهای نازک و متحدالمرکزی در لایه زیرین، جاییکه یخ آب، گرد و غبار و یخ دی‌اکسیدکربن در کنار هم قرار دارند، می‌شود. 

کریستنسن معتقد است: " زمانی‌که یک شیار در جایی به وجود آمد باعث سست شدن پیوند بین غبار و خاک آن منطقه با یخ آب زیرین می‌شود. این موضوع زمینه را برای ایجاد شکاف مجددی در همان منطقه و در سال بعد که این فرایند تجدید می‌شود، فراهم می‌نماید."

همانطور که گفته شد، زمانی که منفذی باز می‌شود و گاز به بیرون فوران می‌کند، تکه‌هایی از خاک و غباری که پیوند سستی با محیط اطرافشان دارند به دلیل شتاب بسیار زیاد گاز تحت فشار برای خروج از منفذ، کنده شده و به همراه گاز به آسمان پاشیده می‌شوند.

Fans scribble dusty hieroglyphics on top of the Martian south polar cap in two high-resolution MOC images taken in southern spring. This image is about 3 kilometers wide.    Image Credit: NASA/JPL/MSSS

قطعات و تکه‌های سنگینتر در همان حوالی منفذ به سطح سقوط می‌کنند و کپه‌ای از خاک و غبار تیره رنگ را به وجود می‌آورند که از بالا همچون لکه‌ای دیده می‌شود. ذرات و تکه‌های سبکتر تحت تأثیر باد محلی قرار گرفته و در فاصله دورتری به زمین سقوط می‌کنند. این موضوع باعث پدید آمدن شکل بادبزنی و گسترده لکه‌ها می‌شود. هر قدر از منفذ اصلی دور شویم ذرات سبکتر و در نهایت غبار خواهیم یافت که باعث کم رنگ شدن تدریجی تا محو کامل لکه در لبه‌ها می‌شود.

کریستنسن در تشبیه، زیبایی این عمل را به غربال گندم توسط کشاورزان تشبیه می‌کند. در اثر این فرایند هر سال مقادیر عظیمی از غبار سبک از منافذ دور شده و قطعات سنگینتر بر جای می‌مانند. فوران گاز و غبار آنقدر ادامه پیدا می‌کند تا لایه یخ دی‌اکسیدکربن کاملاً تصعید و ناپدید شود.

کریستنسن متذکر می‌شود که این عمل شبیه هیچ رویداد طبیعی در روی زمین نمی‌باشد.

 

اُدیسه 2001 مریخ، کاوشگری مدارگرد است که به منظور تعیین ترکیب شیمیایی سطح سیاره، یافتن آب و تشخیص لایه‌های کم ضخامت یخ‌های زیرزمینی و مطالعه شرایط تشعشعی مریخ، در تاریخ 7 آوریل 2001  به سوی همسایه  سرخ‌فام زمین روانه شد.
کاوشگر اُدیسه با جمع‌آوری تصاویر در طول‌موجهای متفاوت از سطح مریخ و ارسال آنها به زمین امکان مناسبی جهت تشخیص مواد معدنی و ترکیب شیمیایی خاک و صخره‌های سطحیی این سیاره را فراهم می‌آورد. همچنین ابزار علمی این کاوشگر قادرند میزان هیدروژن موجود در لایه‌های نزدیک به سطح را جهت تخمین آب زیرزمینی موجود در مریخ، اندازه‌گیری نمایند.

2001 Mars Odyssey Home page

2001 Mars Odyssey

برای مطالعه بیشتر مراجعه فرمایید به :
     ...  Explore Mars
     ...  Dark Spots and Fans
     ...  Jet Propulsion Laboratory
     ...  گياهانی که برای سفر به مریخ آماده می‌شوند

. شهرام یزدان پناه، پژوهشگر علوم و فناوری فضایی  .
 

Mars Planet   مریخ   نیم‌كره جنوبی مریخ   سياره‌شناسی   

کلیدواژه‌ها:

ارسال به بالاترین  ارسال به دنباله  ارسال به فیس‌بوک  ارسال به دلیشز  ارسال به گوگل بوکمارک  ارسال به گوگل باز  ارسال به کلوب دات کام  


آخرین مطالب منتشر شده در دانش فضایی

چند مطلب تصادفی از دانش فضایی

نظر شما چیست؟                         
 
*  نام و نام خانوادگی
*  پست الکترونیک
(نمایش داده نخواهد شد)
آدرس وبگاه

دانش فضایی همواره آماده پاسخگویی به پرسش‌های شما درباره مقالات منتشر شده٬ است .

شما همچنین می‌توانید با استفاده از این فرم اطلاعات تکمیلی خود را درباره این مطلب با سایر خوانندگان دانش فضایی به اشتراک بگذارید.

 

صفحه نخست

رویدادهای فضایی

مقاله‌های علمی

مراكز فضایی دنیا

اینترنت و فضا

ارتباط با ما

درباره دانش فضایی

انوشه انصاری

ایران در فضا

رادیو دانش فضایی

تلویزیون دانش فضایی



آخرین مطلب:

 

RSS Feed

با عضو شدن در لیست علاقمندان دانش فضایی، اولین کسی باشید که مطالب این وب‌سایت را می‌خوانید٬ می‌بینید یا می‌شنوید:

::  عضو شوید  ::


دوست دانش فضایی شوید

فیدبرنر دانش فضایی دانش فضایی در توییتر دانش فضایی در فیس‌بوک دانش فضایی در فرندفا دانش فضایی در پیغامک 

تبلیغات
موسسه طبیعت آسمان شب٬ فروشنده انواع تلسکوپ و دوربین دوچشمی٬ میکروسکوپ٬ لوازم عکاسی٬ سه پایه و مقر٬٬ کتاب و پوستر و طراح و سازنده انواع رصدخانه و آسمان نما
خرید و فروش انواع تلسکوپ
 

 

معرفی یک کتاب فضایی
معاهدات و اصول فضای ماورای جو سازمان ملل متحد
معاهدات و اصول ماورای جو سازمان ملل متحد

 

دانشنامه فضایی٬ سازمان فضایی ایران
مجله نجوم
پارس اسکای

آویا٬ پایگاه اطلاع‌رسانی هوافضای ایران

نظر خود را درباره دانش فضایی به آلکسا بگویید

قطار وبگردی

ايروشاپ٬ اولين فروشگاه اينترنتي تخصصي مهندسي هوافضا

پرسش و پاسخ‌های کانوت

صفحه نخست   .  درباره دانش فضایی   .  نقشه سايت   .  تماس با دانش فضایی  انوشه انصاری٬ بانوی ایرانی در فضا

 برداشت از مطالب وب‌سايت   دانش فضایی  به شرط ذكر منبع و ايجاد لينك به صفحه مطلب مورد نظر،  آزاد است