توسعه‌ی سطوح عنکبوتی شکل در قطب جنوبی مریخ

از سال‌ها پیش دانشمندان به‌طور قطع پی برده‌اند که در نواحی قطبی مریخ، دی‌اکسید کربن یخ‌زده (یخ خشک) بیشتر سطح مریخ را در فصل زمستان می‌پوشاند. در فصل بهار مریخی، با تصعید این ماده، ترک‌هایی در سطح یخ ایجاد و در ادامه دی‌اکسید کربن با سرعت زیاد به سمت بیرون پرتاب می‌شود. این موضوع سبب ایجاد فن‌ سیاه ( Dark fan) و پدید‌ه‌ای موسوم به عنکبوت (Spider) می‌شود. باید اشاره کنیم که هر دوی این پدیده‌ها منحصر به قطب جنوب مریخ هستند.

در یک دهه‌ی گذشته که دانشمندان به رصد این پدیده مشغول بوده‌اند، هیچ‌ نوع نشانه‌ای از ایجاد تغییرات سالانه در عنکبوت‌ها و به‌خصوص رشد آن‌ها در اثر گرمایش مریخ مشاهده نشده بود. اما یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه کلرادو با استفاده‌ از داده‌های مدارگرد شناسایی مریخ (MRO) و تصاویر ثبت‌شده از آن، برای اولین بار توانسته‌اند رشد عنکبوت‌ها نسبت به بهار پیشین را شناسایی کنند.

عنکبوت‌ها از این نظر به این شکل نام‌گذاری شده‌اند که ظاهر آن‌ها شبیه به عنکبوت است، یعنی به‌صورت یک گودی در مرکز دیده می‌شوند که چند مسیر کانال‌مانند از آن‌ها به‌سوی بیرون گسترده شده است. از طرف دیگر، فن‌های سیاه مناطق کم‌بازتابی هستند که نسبت به اطراف خود تیره‌تر به نظر می‌رسند. دانشمندان مدت‌ها است که به‌طور مستمر به رصد این پدیده‌ها پرداخته‌اند و نظریه‌های مختلفی در مورد سرچشمه‌ی آن‌ها ارائه کرده‌اند.

در سال ۲۰۰۷، هیو کیفر از انستیتو علوم فضایی کلرادو این نظریه را مطرح کرد که پدیده‌های فن‌ سیاه و عنکبوت‌ به‌نوعی به هم مرتبط هستند و در اثر گرمایش بهاری ایجاد می‌شوند. به‌طور خلاصه، در فصل بهار مریخی، نور خورشید بیشتری به نواحی قطبی این سیاره می‌رسد و با نفوذ به صفحات یخ باعث گرمایش سطح زیر آن می‌شود. همین موضوع باعث گرم شدن مواد زیر سطح یخ و افزایش تدریجی فشار می‌شود؛ تا جایی که یخ ترک برمی‌دارد و محتوای زیر سطح یخ به آسمان پرتاب می‌شود. از این چشمه‌ها، غبار معدنی و شن به بیرون پرتاب‌ و توسط باد جابه‌جا می‌شوند، از طرف دیگر ترک‌های یخ نیز گسترش پیدا می‌کنند و به اندازه‌ای بزرگ می‌شوند که حتی از مدار مریخ نیز می‌توان آن‌ها را تشخیص داد. با این که این نظریه با اقبال زیادی مواجه شد، اما تاکنون نتوانسته بودیم پیشرفت این فرآیند را مشاهده کنیم.

اکنون تیم تحقیقاتی با استفاده‌ از دوربین پیشرفته‌ی HiRISE که روی مدارگرد MRO نصب شده است، توانسته‌اند شیارهای کوچک در ناحیه‌ی جنوبی مریخ کشف کنند؛ شیارهایی که در مدت سه سال به رشد خود ادامه داده‌اند. علاوه بر اینکه این شیارها به تار عنکبوت شبیه هستند، در نزدیکی موقعیت فن‌های سیاه نیز قرار دارند. با توجه به همین موضوع، دانشمندان دریافتند که در حال مشاهده‌ی فرآیند ایجاد عنکبوت هستند.

دکتر گنا پورتیان‌کینا، از لابراتوار فیزیک اتمسفری و فضای دانشگاه کلرادو و نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ی مربوط به این تحقیق ، در این مورد این‌گونه توضیح می‌دهد:

ما پیش‌تر نیز شاهد ایجاد تغییراتی در سطح مریخ بوده‌ایم، تغییراتی که ناشی از فوران دی‌اکسید کربن بوده‌اند. با این حال، آن تغییرات فصلی بودند، مانند فن‌های سیاه که در سطوح کم‌بازتاب ایجاد می‌شوند، یا شیارهایی که عمر کوتاهی داشتند. این بار، ما شیارهایی مشاهده می‌کنیم که نه‌تنها از بین نرفته‌اند بلکه همانند شاخه‌های درخت به رشد خود ادامه می‌دهند، درست همان‌گونه که عنکبوت‌های بزرگ به وجود می‌آیند.

شیارهای که مشابه تار عنکبوت هستند قبلا در قطب شمال مریخ، در فصل بهار مریخی نیز دیده شده‌اند. دانشمندان با استفاده از HiRISE دریافتند که این شیارهای کوچک روی تپه‌های شنی به وجود آمده‌اند، جایی که فوران‌ها باعث انتشار فن‌های سیاه شده بود. با این حال، وجه مشترک این پدیده‌های شمالی این است که عمر زیادی ندارند و به‌صورت سالانه ایجاد می‌شود و زمانی که بادهای تابستانی روی آن‌ها شن می‌پاشد، ناپدید می‌شوند.

اما برعکس شیارهای شمالی، آن چیزی که دکتر پورتیان‌کینا و تیم او کشف کرده‌اند؛ به مدت سه سال به‌طور مستمر وجود داشته و هیچ‌گاه ناپدید نشده‌ است. این پدیده‌ با توسعه‌ی شاخه‌های جدید همانند یک عنکبوت مریخی به نظر می‌رسد. بر اساس همین موضوع، محققان به این نتیجه رسیدند که شیارهای شمالی نیز به دلیل مشابهی به وجود می‌آیند: تصاعد دی‌اکسید کربن که منجر به فوران گاز می‌شود.

محققان همچنین دریافتند که به دلیل حرکت زیاد شن‌ها در قطب شمال، شیارهای شمالی توسعه نمی‌یابند و از بین می‌روند. درواقع فاکتور تعیین‌کننده، میزان وجود مواد شنی فرسایش‌گر در قطب شمال و جنوب است، این مواد می‌توانند باعث شروع پروسه‌ی فرسایشی شوند که در نهایت به تشکیل شیارهای عنکبوت مانند ختم می‌شود. اما همین پدیده می‌تواند به از بین رفتن آن‌ها نیز منجر شود. پورتیان‌کینا می‌گوید:

در بسیاری از مناطق قطب جنوب مریخ، که میزبان فن‌های سیاه هستند، هیچ نشانی از پاشش شن دیده نمی‌شود. در این مناطق فن‌های سیاه ممکن است ترکیبی از سنگ و شن باشند، یا حتی شن خالص. این امر از آن جهت طبیعی به نظر می‌رسد که میزان زیادی شن در همه جای مریخ وجود دارد. مناطقی که شن دارند، تحت فرسایش بیشتری قرار می‌گیرند؛ چون در جریان گاز آزادشده، میزان زیادی دانه‌های شن وجود دارد. درواقع، اساسا این یک پدیده‌ی شن‌شویی است. این موضوع به این معنی است که به وجود آمدن عنکبوت‌ها در چنین مناطقی راحت‌تر است.

به عبارت دیگر، جایی که زیر صفحه‌ی یخی، شن وجود دارد، زمین زیر آن به‌احتمال زیاد سنگی است. بنابراین شرط به وجود آمدن شیار تار عنکبوتی این است که زمین زیر یخ باید به‌اندازه‌ی کافی نرم باشد تا تحت فرسایش قرار گیرد؛ ولی نه آن‌چنان نرم که دوباره با تغییرات فصلی پر از شن شود. به‌طور خلاصه، ایجاد و گسترش تار عنکبوت به تفاوت ترکیب سطح مریخ در قطب شمال و قطب جنوب برمی‌گردد.

همچنین، با استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌شده از سال‌ها رصد این پدیده‌ها، دکتر پورتیان‌کینا و همکاران او توانسته‌اند نرخ فرسایش مناطق جنوبی مریخ را اندازه بگیرند. آن‌ها تخمین می‌زنند که زمان مورد نیاز برای تبدیل شیارهای کوچک تار عنکبوتی به یک عنکبوت کامل مریخی برابر ۱۰۰۰ سال مریخی یا ۱۹۰۰ سال زمینی است.

این مطالعه از آن جهت مهم است که به درک بیشتر ما از توپوگرافی مریخ و به‌ تبع آن، درک فرآیندهای رخ‌داده حین تشکیل قطب‌های مریخ کمک می‌کند. با توجه به این‌که ما روز به روز به آغاز مأموریت‌های سرنشین‌دار به مریخ و حتی اسکان در آن نزدیک می‌شویم، پی بردن به ویژگی‌های ساختاری مریخ اهمیت روز‌افزونی پیدا می‌کند.