يمكن لمحاكاة جديدة لنواة المريخ أن تشرح كيف فقد مجاله المغناطيسي

تصور للتيارات الكهربائية حول المريخ. (ناسا / جودارد / مافن / CU بولدر / SVS / سيندي ستار)

كوكب المريخ هو كوكب جاف تحكمه عواصف ترابية عالمية. إنه أيضًا عالم متجمد ، حيث تنخفض درجات الحرارة في الشتاء ليلاً إلى 140 درجة مئوية تحت الصفر (ناقص 220 فهرنهايت) في القطبين.

لكنها لم تكن دائمًا أرض قاحلة جافة وقاحلة ومتجمدة وغير مضيافة. كان مكانًا دافئًا ورطبًا وجذابًا تقريبًا ، حيث تتدفق المياه السائلة عبر السطح ، وتملأ البحيرات ، ونحت القنوات ، وتترك دلتا الرواسب.

ولكن بعد ذلك فقدت مجالها المغناطيسي ، وبدون الحماية التي توفرها ، جردت الشمس الغلاف الجوي للكوكب. بدون غلافه الجوي ، ذهب الماء بعد ذلك.

الآن المريخ هو المريخ الذي نعرفه دائمًا: مكان تجده المركبات الآلية فقط مضيافًا.

كيف بالضبط فقد درعه المغناطيسي؟ لقد حير العلماء بشأن ذلك لفترة طويلة.

الدرع المغناطيسي أمر بالغ الأهمية للحفاظ على الغلاف الجوي للأرض وصلاحيتها للسكن. بدونها ، ستشبه الأرض المريخ. لكن الأرض حافظت على حمايتها ، والمريخ لم يفعل ذلك. لذا فإن الأرض 'تموج بالحياة' ، كما قال كارل ساجان ، بينما من المحتمل أن يكون المريخ خاليًا تمامًا من الحياة.

يحتوي المريخ على بقايا ضعيفة من مجال مغناطيسي ينبعث من قشرته ، لكنها ظاهرة ضعيفة لا توفر سوى القليل من الحماية.

كان فقدان غلافه المغناطيسي كارثيًا على المريخ. كيف حدث هذا؟

جديد دراسة نشرت في اتصالات الطبيعة يحاول الإجابة على هذا السؤال ، مثل العديد من الدراسات السابقة. العنوان هو 'التقسيم الطبقي في نوى الكواكب عن طريق عدم الامتزاج السائل في Fe-S-H.' المؤلفون الرئيسيون هم كي هيروس من قسم علوم الأرض والكواكب بجامعة طوكيو ودكتوراه. الطالب Shunpei Yokoo في معمل Hirose.

يخلق لب الأرض تأثيرًا مغناطيسيًا يولد المجالات المغناطيسية لكوكبنا. يوجد قلب داخلي صلب ولب سائل خارجي.

تتدفق الحرارة من اللب الداخلي إلى اللب الخارجي ، مما يولد تيارات الحمل الحراري في قلب السائل الخارجي. تتدفق التيارات الحملية في أنماط ناتجة عن دوران الكوكب ، واللب الداخلي ، وتأثير كوريوليس. هذا يخلق الغلاف المغناطيسي للكوكب.

يحيط الغلاف المغناطيسي الأرض مثل بطانية واقية. تضرب الرياح الشمسية الغلاف المغناطيسي ، ويجبره الغلاف المغناطيسي على التدفق حول الكوكب بدلاً من الوصول إلى الغلاف الجوي أو السطح.

الغلاف المغناطيسي ليس كرة: تحرك الرياح الشمسية الغلاف المغناطيسي إلى شكل غير متماثل. يمنع الغلاف المغناطيسي الرياح الشمسية من تجريد الغلاف الجوي للأرض. بدونها ، ستكون الأرض جافة وميتة وقاحلة ، تمامًا مثل المريخ.

إذن ماذا حدث للمريخ؟

إن المجال المغناطيسي للأرض مدفوع بتيارات حمل حرارية ضخمة بشكل لا يمكن تصوره من المعادن المنصهرة في قلبها. يُعتقد أن الحقول المغناطيسية على الكواكب الأخرى تعمل بنفس الطريقة ، 'هيروس' قال في بيان صحفي .

على الرغم من أن التركيب الداخلي للمريخ غير معروف حتى الآن ، إلا أن الأدلة من النيازك تشير إلى أنه الحديد المنصهر المخصب بالكبريت. علاوة على ذلك ، تخبرنا القراءات الزلزالية من مسبار إنسايت التابع لناسا على السطح أن قلب المريخ أكبر وأقل كثافة مما كان يعتقد سابقًا. تشير هذه الأشياء إلى وجود عناصر أخف إضافية مثل الهيدروجين.

وكالة ناسا مركبة إنسايت جاهدت لتحقيق كل أهدافها العلمية. لكنها جمعت بعض الأدلة الحاسمة فيما يتعلق بالبنية الداخلية للمريخ. إذا كانت نتائج InSIGHT صحيحة ، وإذا كان الهيدروجين الضمني موجودًا ، فهناك أساس للتجارب التي يمكن أن تكشف المزيد عن الدرع المغناطيسي المفقود للمريخ.

(ناسا / جودارد / مافن / CU بولدر / SVS / سيندي ستار)

فوق تصور التيارات الكهربائية حول المريخ. تغلف التيارات الكهربائية (الأسهم الزرقاء والحمراء) المريخ في بنية متداخلة ذات حلقة مزدوجة تلتف باستمرار حول الكوكب من جانب النهار إلى جانبه الليلي. هذه الحلقات الحالية تشوه المجال المغناطيسي للرياح الشمسية (غير مصور) ، والذي يلتف حول المريخ ليخلق غلافًا مغناطيسيًا مستحثًا حول الكوكب.

مع هذه التفاصيل ، نعد سبائك الحديد التي نتوقع أن تشكل اللب ونخضعها للتجارب ، هيروس قال .

حققت التجارب السابقة في سلوك نوى الكواكب عند درجات حرارة ودرجات حرارة مختلفة. لكنهم لم يركزوا على الهيدروجين.

`` تُظهر نظريات تكوُّن الكواكب الحديثة أنه تم تسليم كمية كبيرة من الماء إلى كل من المريخ والأرض أثناء تراكمهما ، مما يشير إلى أن الهيدروجين ربما يكون عنصرًا ضوئيًا رئيسيًا في القلب '' ، كما قال المؤلفون يشرح في ورقتهم. 'على الرغم من أهمية نظام Fe-S-H ، إلا أنه لم يتم التحقيق فيه كثيرًا تحت ضغوط عالية.'

ولكن إذا كانت البيانات الواردة من InSIGHT صحيحة ، فقد يلعب الهيدروجين في نواة Fe-S-H دورًا في انهيار المجال المغناطيسي للمريخ.

أعد الباحثون عينة مادية تطابق ما يعتقدون أن نواة المريخ كانت مكونة من قبل. كانت تحتوي على الحديد والكبريت والهيدروجين - Fe-S-H. وضعوا العينة في جهاز يسمى السندان الماسي ، أو خلية سندان الماس (DAC).

خلية سندان الماس المستخدمة في التجارب. (يوكو وآخرون)

يقوم سندان الماس بضغط العينات بين لوحين من الألماس. يمكن أن يتحمل الماس الضغوط الشديدة داخل السندان لأنه تم تشكيله تحت ضغط شديد في أعماق الأرض.

يمكن أن تعرض DAC العينات المجهرية لضغوط مئات الجيجا باسكال. قام الليزر بتسخين العينة بحيث تحاكي الظروف قلب المريخ. عندما أخضع الفريق العينة لدرجات حرارة وضغوط أعلى ، لاحظوها بالأشعة السينية وحزم الإلكترون لتتبع التغيرات في المادة. لم تذوب عينة Fe-S-H فحسب ، بل غيّرت أيضًا تركيبتها.

تركز نتائج التجربة على فكرة الامتزاج. عندما يتم إضافة المواد معًا وإنشاء خليط متجانس ، فإنها قابلة للامتزاج. عندما تُضاف المواد معًا ولا تصنع خليطًا متجانسًا ، فإنها غير قابلة للامتزاج. لعبت عدم امتزاج Fe-S-H في درجات الحرارة العالية والضغوط دورًا مهمًا في تاريخ كوكب المريخ.

'لقد فوجئنا جدًا برؤية سلوك معين يمكن أن يفسر الكثير' ، قال هيروس قال في بيان صحفي. قال هيروس: 'تم فصل Fe-S-H المتجانسة في البداية إلى سائلين متميزين بمستوى من التعقيد لم نشهده من قبل تحت هذه الأنواع من الضغوط'. كان أحد سوائل الحديد غنيًا بالكبريت ، والآخر غنيًا بالهيدروجين ، وهذا أمر أساسي لتفسير ولادة المجال المغناطيسي حول المريخ وموته في نهاية المطاف.

يعتقد هيروس وفريقه أنه في البداية ، انفصل اثنان من السوائل غير القابلة للامتزاج في قلب المريخ.

`` بينما بقيت السوائل الأكثر كثافة المنفصلة في الجزء الأعمق ، تهاجر السائل الأخف إلى أعلى وخلط مع اللب السائل السائب ، مما قد يدفع الحمل الحراري لب المريخ ''. اكتب .

لكن في المنطقة التي انفصل فيها السائلين ، حدث شيء آخر. في الوقت نفسه ، كان يجب أن يتطور التقسيم الطبقي التركيبي المستقر جاذبيًا في منطقة حدث فيها فصل السوائل. في النهاية ، أصبح قلب المريخ 'كاملًا طبقيًا ، مما أوقف الحمل الحراري'.

(Yokoo et al.، Nat. Commun.، 2022)

في الاعلى: يوضح هذا الشكل من الورقة كيف بدأ قلب المريخ ولب الأرض بالمثل ، ثم تغير مع مرور الوقت. يمثل اللون الأزرق الفاتح والأزرق الداكن السوائل المنتفخة والكثيفة ، على التوالي.

كان العلماء يعرفون بالفعل متى توقف الحمل الحراري وفقد المريخ درعه المغناطيسي. حدث ذلك منذ حوالي 4 مليارات سنة. تشرح هذه الدراسة سبب انتهاء الحمل الحراري ، مما أدى إلى فقدان الدرع المغناطيسي.

كما يشرح كيف بدأ. `` قد يكون الفصل بين السوائل غير القابلة للامتزاج الغنية بـ S والغنية بـ H هو المسؤول عن بداية وانتهاء الحمل الحراري للمريخ وحركة الدينامو ''. اكتب في ورقتهم.

بمجرد انفصال السائلين ، حُكم على المريخ بالفناء. لم يعد هناك حمل حراري ، ولا مغناطيسية ، ولا غلاف جوي ، ولا ماء. الإطار الزمني الدقيق غير معروف ، لكن النتيجة كانت كوكبًا ميتًا.

ومع ذلك ، هذه مجرد دراسة واحدة ، وليس لدينا الصورة الكاملة. 'مع وضع نتائجنا في الاعتبار ، نأمل أن تتحقق الدراسة الزلزالية الإضافية للمريخ من أن اللب موجود بالفعل في طبقات متميزة كما نتوقع ،' قال هيروس. إذا كان هذا هو الحال ، فسيساعدنا ذلك على إكمال قصة كيفية تشكل الكواكب الصخرية ، بما في ذلك الأرض ، وشرح تكوينها.

نحن نعلم أن الأرض لن تبقى صالحة للسكن إلى الأبد. في حوالي 5 مليارات سنة ، ستدخل الشمس مرحلة العملاق الأحمر وتدمر الأرض. لكن درعنا المغناطيسي الواقي لن يستمر إلى الأبد أيضًا ، ونحن محكوم علينا بالفشل بدونه. ماذا سيحدث اولا؟ الموت بفقدان الغلاف المغناطيسي؟ أو هلاك عملاق أحمر؟

'وربما تعتقد أن الأرض يمكن أن تفقد مجالها المغناطيسي يومًا ما أيضًا ،' هيروس قال ، 'لكن لا تقلق ، لن يحدث هذا لمليار سنة على الأقل.'

لذلك لدينا مليار سنة. دعونا لا نضيعه.

تم نشر هذه المقالة في الأصل من قبل الكون اليوم . اقرأ المقال الأصلي .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.