اولین بار در تاریخ: مریخ‌نورد استقامت ناسا از شفق‌ قطبی سیاره سرخ عکس گرفت

مریخ‌نورد استقامت (Perseverance) شفق‌های قطبی سبزرنگ را در آسمان مریخ ثبت کرده است. این نخستین بار است که مریخ‌نوردی توانسته از شفق‌هایی عکس بگیرد که با چشم غیرمسلح نیز دیده می‌شود. این نمایش نوری فرازمینی که سال گذشته پس از طوفان خورشیدی قدرتمندی ثبت شده، شاید به زیبایی شفق‌های زمینی نباشد اما به گفته دانشمندان، از نظر علمی شگفت‌انگیزتر است.

میان تمام سیاره‌های منظومه شمسی، بیشترین پیشرفت در کشف و تحلیل مریخ انجام شده است. این سیاره که در فاصله حدود ۵۴ میلیون و 600 هزار کیلومتری زمین قرار دارد، تاکنون نشانه‌هایی از وجود حیات باستانی، شواهدی از فعالیت‌های آبی در گذشته و کشف‌های زمین‌شناسی منحصربه‌فردی مانند گوگرد، کانی‌های کربناته و رسوبات کوارتز را نشان داده است.

اکنون نیز هم‌راستایی نادری در اقلیم فضایی این امکان را فراهم کرده تا مریخ‌نورد استقامت ناسا تصویری خیره‌کننده از شفق‌های سبز درخشان بر فراز دهانه جزرو را ثبت کند.

استقامت اولین تصویر از شفق قطبی مرئی در مریخ را ثبت کرد

۲۵ اسفند ۱۴۰۲، نزدیک اوج چرخه خورشیدی فعلی، شراره خورشیدی بسیار قدرتمندی از کلاس X2.7 فورانی شدید از انرژی و تابش الکترومغناطیسی را با سرعت نور به سراسر منظومه شمسی فرستاد. طبق طبقه‌بندی ناسا، شراره‌های کلاس X بالاترین شدت را دارند. به‌دنبال این شراره، خروج جرم از تاج خورشیدی (CME) نیز رخ داد و توده‌ای متشکل از ذرات باردار از سطح خورشید جدا و به‌سمت مریخ روانه شد.

پژوهشگران با مطالعه این شراره خورشیدی اعلام کردند این CME با میدان مغناطیسی ناپایدار مریخ برخورد کرده و باعث شده گازهای رقیق موجود در جو سیاره تحریک شوند و نور گسیل کنند؛ درست مشابه فرایندی که در زمین منجر به ایجاد شفق‌های قطبی در نواحی شمالی می‌شود.

۲۸ اردیبهشت ۱۴۰۴، در جریان این رویداد، مریخ‌نورد استقامت ناسا این شفق‌ها را شناسایی کرد و نخستین تصویر شفق قطبی در سطح سیاره‌ای دیگر را ثبت کرد. آن زمان، زمین در مسیر برخورد این CME نبود.

«الیس نوتسن»، پژوهشگر دانشگاه اسلو نروژ و نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید:

«این کشف هیجان‌انگیز افق‌های تازه‌ای برای پژوهش‌های مربوط به شفق‌های قطبی باز می‌کند و نشان می‌دهد در آینده، فضانوردان می‌توانند شفق‌ها را از سطح مریخ با چشم ببینند.»

چرا شفق‌های قطبی در مریخ متفاوت‌اند؟

شفق‌های قطبی درنتیجه برخورد ذرات باردار ساطع‌شده از خورشید با میدان مغناطیسی سیارات و برهم‌کنش این ذرات با مولکول‌های جو آن سیاره به وجود می‌آیند. برخلاف زمین، مریخ تقریباً فاقد میدان مغناطیسی است و جو آن بسیار رقیق‌تر است؛ به همین دلیل، مدت‌ها تصور می‌شد تشکیل شفق‌های مشهود در مریخ غیرممکن باشند.

تصویر جدید مریخ‌نورد استقامت نشان می‌دهد مقدار کمی گاز در جو مریخ وجود دارد که می‌تواند نورهای رنگی ایجاد کند. تحلیل رنگ‌های سبز در شفق‌های مریخ نشان داد این نور از مولکول‌های اکسیژن برانگیخته منتشر شده است. اکسیژن فقط حدود ۰.۱۳ درصد جو مریخ را تشکیل می‌دهد.

غلظت بسیار پایین اکسیژن همراه غبار زیاد در جو، باعث شده نور شفق‌ها در عکس ثبت‌شده به‌سختی دیده بشود. شفق‌ها آن‌قدر ضعیف بودند که فقط پس از حذف درخشش قمر بزرگ مریخ، فوبوس، از تصویر، نور آنها قابل‌تشخیص شد.

اگر انسان‌ها آن لحظه روی سطح مریخ بودند، به احتمال زیاد نمی‌توانستند این شفق کم‌نور را ببینند اما پژوهشگران معتقدند اگر میزان ذرات خورشیدی افزایش یابد و مقدار غبار جو کاهش پیدا کند، این پدیده در آینده ممکن است با چشم غیرمسلح نیز قابل‌رؤیت باشد.

شفق قطبی یا پدیده هواتاب؟

نوع دیگری از نور سبز شبیه شفق قطبی به نام «هوا‌تاب» (Airglow) وجود دارد که گاهی هنگام شب نزدیک قطب‌های سیاره رخ می‌دهد. این پدیده زمانی دیده می‌شود که مولکول‌های اکسیژن که پیشتر با خورشید یونیزه شده‌اند، دوباره با یکدیگر ترکیب می‌شوند و در این فرایند انرژی اضافی خود را به‌شکل نور آزاد می‌کنند.

شفق‌های تازه کشف‌شده طول موجی متفاوت از تمام گونه‌های شناخته‌شده هوا‌تاب در مریخ دارند. در واقع طوفان شدید ذرات پرانرژی خورشیدی اتم‌های اکسیژن موجود در جو رقیق مریخ را به‌ گونه‌ای تحریک کرد که نور سبزرنگ با طول موج ۵۵۷.۷ نانومتر گسیل کنند؛ این همان طول موجی است که در بسیاری از شفق‌های قطبی زمین نیز دیده می‌شود.

شفق‌های مریخی چطور کشف شدند؟

پیشتر مشخص شده بود مریخ انواع مختلفی از شفق‌های قطبی را تجربه می‌کند. برخی از آنها حتی سراسر سیاره را در بر می‌گیرند اما تا پیش از این، تمام این شفق‌ها فقط در طول‌موج‌های نامرئی طیف الکترومغناطیسی، عمدتاً در طول موج فرابنفش، قابل‌مشاهده بودند.

شفق‌های سبزرنگی که مریخ‌نورد استقامت با دوربین‌های نوری ثبت کرده است، چطور کشف شدند؟ نوتسن توضیح می‌دهد:

«کلید کار انتخاب یک CME مناسب بود؛ توده‌ای که بتواند ذرات باردار زیادی را به‌سمت مریخ شتاب دهد و در جو تزریق کند. وقتی شدت این CME را دیدیم، تخمین زدیم می‌تواند شفق‌هایی چنان درخشان ایجاد کند که ابزارهای ما بتوانند آن را ثبت کنند.»

2 روز پس از برخورد فوران تاج خورشیدی به مریخ، مریخ‌نورد استقامت دوربین‌های خود را به‌سوی آسمان تاریک نشانه رفت. طیف‌سنج SuperCam جهش دقیقی در طول موج ۵۵۷.۷ نانومتر ثبت کرد. درعین‌حال، دوربین Mastcam-Z نیز نورهای کم‌رنگ زمردی‌رنگ را ثبت کرد که بر فراز آسمان مریخ موج می‌زدند.

این نمایش نوری از ۲ فضاپیمایی که درحال گردش به دور مریخ هستند، نیز رصد شد: فضاپیمای MAVEN ناسا (که اولین بار شفق را در مریخ سال ۲۰۱۴ مشاهده کرد) و Mars Express آژانس فضایی اروپا.

در سال‌های اخیر، با نزدیک شدن خورشید به اوج چرخه ۱۱ ساله‌ فعالیتش که با عنوان «بیشینه خورشیدی» شناخته می‌شود، فوران‌های خورشیدی در مقیاس بزرگ، شدت و فراوانی بیشتری پیدا کرده‌اند.

در گذشته، دانشمندان از مریخ‌نوردها برای رصد نیمه پنهان خورشید استفاده کرده‌اند تا فوران‌های CME پنهانی را که ممکن است زمین را تحت‌تأثیر قرار دهند، پیش‌بینی کنند.

شبیه‌سازی آنچه احتمالا مریخ‌نورد استقامت دیده است

پس از آنکه سازمان‌های فضایی نظیر ناسا از ثبت تصویر شفق قطبی در مریخ توسط استقامت خبر دادند، برخی به شبیه‌سازی آنچه این مریخ‌نورد در مریخ دیده است، دست زدند. در ادامه برخی از این تصاویر شبیه‌سازی‌شده را مشاهده می‌کنید:

شفق‌های فرازمینی

در هر سیاره‌ منظومه شمسی که جو داشته باشد (مانند زهره، مشتری، زحل، اورانوس و نپتون) ممکن است شفق قطبی تشکیل شود اما این نمایش‌های نوری معمولاً در بخش‌های نامرئی از طیف الکترومغناطیسی رخ می‌دهند.

در سیاره‌های دورتر از مریخ، این شفق‌ها عمدتاً با جریان دائمی ذرات باردار خورشیدی، باد خورشیدی، تحریک می‌شوند. برخی سیارات، مانند مشتری، نیز می‌توانند شفق‌هایی قوی تجربه کنند که منشأ آنها صرفاً باد خورشیدی نیست و ممکن است ناشی از پدیده‌های دیگری ازجمله ناهنجاری‌های مغناطیسی قمرهای غول‌پیکر آنها باشد.

در سیاره‌هایی که به خورشید نزدیک‌ترند، رویدادهای خشن‌تری مانند CME، منجر به ایجاد شفق می‌شوند؛ برای مثال، بااینکه عطارد تقریباً هیچ جوی ندارد، به‌دلیل اینکه مکرر هدف طوفان‌های خورشیدی قرار می‌گیرد، انتشار پرتوهای ایکس شبیه شفق قطبی نزدیک سطح آن رخ می‌دهد.