إن فهم مناخ المريخ الحالي يعطينا نظرة ثاقبة على مناخه السابق ، والذي بدوره يوفر سياقًا علميًا للإجابة على الأسئلة حول إمكانية الحياة على كوكب المريخ القديم.
إن فهمنا لمناخ المريخ اليوم معبأ بدقة كنماذج مناخية ، والتي بدورها توفر فحوصات اتساق قوية - ومصادر إلهام - للنماذج المناخية التي تصف الاحترار العالمي الناشئ عن الإنسان هنا على الأرض.
لكن كيف يمكننا تحديد المناخ على كوكب المريخ اليوم؟ تعطينا حملة مراقبة منسقة جديدة لقياس الأوزون في الغلاف الجوي للمريخ ، للجمهور المهتم ، نافذة خاصة بنا على مدى صعوبة العمل العلمي الناضج - ولكنه مثير -.
[/شرح]
لعب الغلاف الجوي للمريخ دورًا رئيسيًا في تشكيل تاريخ الكوكب وسطحه. تعتبر ملاحظات المكونات الجوية الرئيسية ضرورية لتطوير نماذج دقيقة لمناخ المريخ. وهذه بدورها ضرورية لفهم أفضل إذا كانت الظروف المناخية في الماضي قد دعمت المياه السائلة ، ولتحسين تصميم الأصول السطحية المستقبلية في كوكب المريخ.
الأوزون هو تعقب هام للعمليات الكيميائية الضوئية في جو المريخ. إن وفرته ، والتي يمكن اشتقاقها من ميزات مطياف الامتصاص المميزة للجزيء في أطياف الغلاف الجوي ، ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمكونات المكونات الأخرى وهي مؤشر مهم للكيمياء الجوية. لاختبار تنبؤات النماذج الحالية للعمليات الكيميائية الضوئية وأنماط دوران الغلاف الجوي العامة ، يلزم رصد التغيرات في الأوزون المكاني والزمني.
يقوم جهاز التحليل الطيفي للتحقيق في خصائص الغلاف الجوي للمريخ (SPICAM) على Mars Express بقياس وفرة الأوزون في الغلاف الجوي للمريخ منذ عام 2003 ، وبناء صورة عالمية تدريجيًا عندما تدور المركبة الفضائية حول الكوكب.
يمكن استكمال هذه القياسات بملاحظات أرضية مأخوذة في أوقات مختلفة واستكشاف مواقع مختلفة على كوكب المريخ ، وبالتالي توسيع التغطية المكانية والزمنية لقياسات SPICAM. للربط الكمي بين الملاحظات الأرضية وتلك التي أجرتها Mars Express ، تم إعداد حملات منسقة للحصول على قياسات متزامنة.
يوفر التحليل الطيفي غير المتغاير بالأشعة تحت الحمراء ، مثل ذلك الذي توفره أداة Heterodyne لأداة الرياح الكوكبية والتكوين (HIPWAC) ، الوصول المباشر الوحيد إلى الأوزون على سطح المريخ باستخدام التلسكوبات الأرضية ؛ تسمح قدرة التحليل الطيفي العالية جدًا (أكثر من مليون) بحل الخصائص الطيفية للأوزون المريخي عندما يتم تحويل دوبلر بعيدًا عن خطوط الأوزون ذات المنشأ الأرضي.
استمرت حملة منسقة لقياس الأوزون في الغلاف الجوي للمريخ ، باستخدام SPICAM و HIPWAC ، منذ عام 2006. وكان أحدث عنصر في هذه الحملة هو سلسلة من الملاحظات الأرضية باستخدام HIPWAC في مرفق تلسكوب الأشعة تحت الحمراء التابع لناسا (IRTF) على ماونا كيا في هاواي. تم الحصول عليها من 8 إلى 11 ديسمبر 2009 من قبل فريق من علماء الفلك بقيادة كيلي فاست من مختبر أنظمة الكواكب ، في مركز جودارد لرحلات الفضاء (GSFC) التابع لناسا ، في الولايات المتحدة الأمريكية.
عن الصورة:
طيف HIPWAC من الغلاف الجوي للمريخ فوق موقع على خط عرض المريخ 40 درجة شمالا ؛ تم شراؤها في 11 ديسمبر 2009 خلال حملة مراقبة مع تلسكوب IRTF 3 م في هاواي. يعرض هذا الطيف غير المعالج ميزات الأوزون وثاني أكسيد الكربون من المريخ ، بالإضافة إلى الأوزون في الغلاف الجوي للأرض الذي تم من خلاله المراقبة. ستقوم تقنيات المعالجة بنمذجة وإزالة مساهمة الأرض من الطيف وتحديد كمية الأوزون في هذا الموقع الشمالي على كوكب المريخ.
تم تنسيق الملاحظات مقدما مع فريق العمليات العلمية مارس اكسبريس ، لضمان التداخل مع قياسات الأوزون التي أجريت في نفس الفترة مع SPICAM.
كان الهدف الرئيسي لحملة ديسمبر 2009 هو التأكيد على أن الملاحظات التي تتم باستخدام SPICAM (التي تقيس ميزة أطياف امتصاص الأوزون الواسعة التي تتمركز حول حوالي 250 نانومتر) و HIPWAC (التي تكتشف وتقيس ميزات امتصاص الأوزون عند 9.7 ميكرومتر) تسترد نفس الأوزون الكلي وفرة ، على الرغم من إجرائها في جزأين مختلفين من الطيف الكهرومغناطيسي ولديهما حساسيات مختلفة لملف تعريف الأوزون. وقد قامت حملة مماثلة في عام 2008 بالتحقق من اتساق نتائج قياس الأوزون التي تم الحصول عليها مع SPICAM وأداة HIPWAC.
كانت الظروف الجوية والرؤية جيدة جدًا في موقع IRTF خلال حملة ديسمبر 2009 ، مما سمح بالحصول على أطياف ذات نوعية جيدة باستخدام أداة HIPWAC.
جمعت كيلي وزملاؤها قياسات الأوزون لعدد من المواقع على كوكب المريخ ، في نصف الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي على حد سواء. خلال هذه الحملة التي استمرت أربعة أيام ، اقتصرت ملاحظات SPICAM على نصف الكرة الشمالي. كانت العديد من قياسات HIPWAC متزامنة مع ملاحظات SPICAM مما سمح بإجراء مقارنة مباشرة. تم إجراء قياسات HIPWAC أخرى في الوقت المناسب لممرات SPICAM المدارية التي حدثت خارج مشاهدات التلسكوب الأرضية وسيتم استخدامها أيضًا للمقارنة.
كما أجرى الفريق قياسات لوفرة الأوزون فوق منطقة Syrtis الرئيسية ، مما سيساعد على تقييد النماذج الضوئية في هذه المنطقة.
تحليل البيانات من هذه الحملة الأخيرة مستمر ، مع حملة متابعة أخرى لملاحظات HIPWAC و SPICAM المنسقة المقرر بالفعل في مارس من هذا العام.
إن دعم توافق البيانات من هاتين الأداتين على قاعدة ثابتة سيدعم الجمع بين قياسات الأشعة تحت الحمراء الأرضية مع قياسات الأشعة فوق البنفسجية SPICAM في اختبار النماذج الكيميائية الضوئية للغلاف الجوي للمريخ. تساعد التغطية الممتدة التي تم الحصول عليها من خلال الجمع بين مجموعات البيانات هذه على اختبار التنبؤات بدقة أكبر بواسطة النماذج الجوية.
كما أنه سيربط كميا رصدات SPICAM للقياسات طويلة الأجل التي تم إجراؤها بأداة HIPWAC وسلفها IRHS (مطياف Heterodyne Infrared) التي تعود إلى عام 1988. وهذا سيدعم دراسة السلوك طويل المدى للأوزون والكيمياء المرتبطة به في جو المريخ على مقياس زمني أطول من المهام الحالية إلى المريخ.
المصادر: وكالة الفضاء الأوروبية ، ورقة نشرت في عدد 15 سبتمبر 2009 من إيكاروس
