میدان مغناطیسی مریخ احتمالا فراتر از حد تصور قبل دوام آورده بود

میدان مغناطیسی مریخ احتمالا ۲۰۰ میلیون سال بیشتر از تصورات پیشین دانشمندان دوام‌ آورده است. این مدت زمان به اندازه کافی طولانی است تا با ظهور آب مایع روی سطح سیاره سرخ همپوشانی داشته باشد.

یافته فوق حاصل پژوهش جدید دانشمندان سیاره‌ای دانشگاه هاروارد است. آن‌ها پیشنهاد می‌کنند که وارونه‌‌شدن قطب‌های مغناطیسی به اشتباه این برداشت را به وجود آورده که نیروی مغناطیسی مریخ در زمان شکل‌گیری دهانه‌های برخوردی عظیم یا حوضه‌های برخوردی متوقف شده است. اگر بخواهیم درباره‌ی تاریخ باستانی مریخ بیاموزیم، درک اتفاقاتی که برای میدان مغناطیسی آن رخ دادند، ضروری است. سارا استیل، دانشمند هاروارد می‌گوید:

در تلاش هستیم به پرسش‌های بنیادی درباره‌ی چگونگی اتفاقات و حتی ماهیت کلی منظومه شمسی پاسخ دهیم. میدان‌های مغناطیسی سیاره‌ای بهترین روش کاوش برای پاسخگویی به بسیاری از این پرسش‌ها هستند و یکی از معدود روش‌ها برای یادگیری درباره‌ی فضای داخلی و تاریخ آغازین سیاره‌ها به شمار می‌روند.

میدان مغناطیسی سیاره‌ای حاصل سازوکارهای مغناطیسی در اعماق سیاره است. سیاره‌ای مثل زمین دارای هسته‌ای آهنی و نیکلی است که به دو بخش تقسیم می‌شود؛ هسته‌ی جامد داخلی و هسته مذاب خارجی.

وقتی سیاره‌های سنگی متولد می‌شوند، هسته‌ی آن‌ها کاملا مذاب است و هسته‌‌ی داخلی جامد به مرور زمان رشد می‌کند. با نشت گرما بر اثر جامدشدن هسته داخلی، جریان‌های همرفتی ایجاد می‌شوند که از هسته‌ی بیرونی چرخان مذاب خارجی بالا می‌روند. این جریان‌های همرفتی در یک میدان مغناطیسی از پیش موجود بالا می‌روند و جریان‌هایی الکتریکی را به‌وجود می‌آورند که با القای میدان مغناطیسی خود، میدان مغناطیسی موجود را تقویت می‌‌کنند. به این فرآیند ژئودینامو می‌گویند.

با این‌حال، داخل مریخ که تقریباً نصف قطر زمین است، فرآیند ژئودینامو به سرعت سرد و با نشت گرما به بیرون، همرفت متوقف شد. این اتفاق پیامدهای چشمگیری را برای تکامل آینده مریخ به دنبال داشت. بدون میدان مغناطیسی سراسری، مریخ نمی‌توانست بادهای خورشیدی را که در حال ناپدیدکردن جو آن بودند، دفع کند یا ممکن نبود بتواند مانع از تبخیر آب‌های سطحی و برخورد پرتوهای کیهانی مضر به سطح شود.

دانشمندان سیاره‌ای تصور می‌کردند میدان مغناطیسی مریخ حدود ۴٫۱ میلیارد سال پیش از بین رفته است. دلیل این نتیجه‌گیری این بود که حوضه‌های برخوردی بزرگی که در دوره‌ی بمباران بین ۴٫۱ میلیارد و ۳٫۷ میلیارد سال پیش شکل گرفته بودند، اثری از میدان مغناطیسی را در سنگ‌هایشان حفظ نکردند.

در حین برخورد شدید، کانی‌های فرومغناطیسی در سنگ‌های مذاب می‌توانند خود را با میدان مغناطیسی مجاور هم‌تراز کنند. از آنجا که سنگ‌های داغ بر اثر برخورد به آرامی سرد می‌شوند، این تراز کانی‌های فرومغناطیسی می‌تواند درون آن‌ها محبوس شود و به این ترتیب باعث شد دانشمندان میلیاردها سال بعد میدان مغناطیسی باستانی را مطالعه کنند. بااین‌حال شواهد حاصل از بزرگ‌ترین برخوردهای مریخی نشان می‌دهد هنگام وقوع این برخوردها، میدان مغناطیسی در کار نبود.

اما استیل و همکارانش از جمله راجر فو از هاروارد، بر این باور هستند که دانشمندان سیاره‌ای علائم یادشده را به شکل نادرستی تفسیر کرده‌اند. تحلیل آن‌ها از بخش‌هایی از شهاب‌سنگ معروف مریخی آلن هیلز ۸۴۰۰۱ در سال ۲۰۲۳، شواهدی از وارونگی میدان مغناطیسی را در کانی‌های فرومغناطیسی داخل شهاب‌سنگ نشان می‌دهد. پژوهشگرها در دهه‌ی ۱۹۹۰ مدعی وجود میکروفسیل در این شهاب‌سنگ شدند که در آن زمان ادعایی جنجالی بود.

حالا پژوهشگرها ادعای وارونگی میدان مغناطیسی را با مدلسازی کامپیوتری تقویت کرده‌اند که نشان می‌دهد نبود میدان مغناطیسی ثبت‌شده در زمان شکل‌گیری حوضه‌های برخوردی به خاطر از بین‌رفتن نیروهای مغناطیسی نیست، بلکه دلیل عمده‌ی آن وارونگی قطبی است. این اتفاق هر چندصدهزار سال در زمین رخ می‌دهد، به‌طوری‌که قطب‌های شمال و جنوب مغناطیسی جابه‌جا می‌شوند؛ در این شرایط مواد فرومغناطیسی جهت‌گیری واضحی ندارند و در نتیجه به نظر می‌رسد میدان مغناطیسی ضعیف شده یا وجود ندارد. اگر حق با تیم استیل باشد، میدان مغناطیسی سراسری مریخ حدود ۴٫۱ میلیارد سال پیش ناپدید نشد؛ بلکه این اتفاق حداقل ۳٫۹ میلیارد سال قبل رخ داد.

گرچه بازه‌های زمانی یادشده مربوط به زمانی بسیار کهن هستند، ۲۰۰ میلیون سال اضافه می‌تواند پیامدهای جدی را برای احتمال وجود حیات روی مریخ باستانی داشته باشد. دلیل این مسئله همپوشانی با دوره‌ای است که طی آن سطح مریخ با آب پوشیده شده بود که شواهد آن را مریخ‌نوردهای ناسا منتشر کرده‌اند؛ بنابراین اگر میدان مغناطیسی در آن زمان وجود داشت، احتمالا حیات بدون اینکه با پرتوهای فضایی کشته شود، فرصت رشد در محیط‌های آبی را داشته است.

بقای احتمالی میدان مغناطیسی روی مریخ به مدتی طولانی‌تر از تصورات گذشته همچنین می‌تواند بر سرعت از بین‌رفتن جو هم تأثیر گذاشته باشد. دانشمندان می‌توانند سرعت اتلاف آبی و جوی را ردیابی کنند و به این نتیجه برسند که جو رقیق مریخ و سطح آبی این سیاره در گذشته چگونه بودند. اگر میدان مغناطیسی دیرتر ناپدید شده باشد، بنابراین اتلاف جوی هم دیرتر رخ داده است و سیر زمانی تغییر شرایط مریخ به بازنگری نیاز دارد.

یافته‌های پژوهش در مجله‌ی نیچر منتشر شده است.