نخستین تصویر جیمز وب از مریخ راز جو این سیاره را آشکار کرد

امیر نیک‌رو

۲۹ شهریور ۱۴۰۱ | ۱۳:۳۰ زمان مورد نیاز برای مطالعه: ۴ دقیقه

تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) با رصد دقیق مریخ در طیف فروسرخ، اولین تصاویر خود را از سیاره‌ی سرخ ثبت کرده است.

اولین تصاویر و نتایج طیف‌سنجی تلسکوپ فضایی جیمز وب از مریخ ۱۹ سپتامبر (۲۸ شهریور) در کنگره‌ی علمی یوروپلنت (EPSC) 2022 منتشر شد. این تصاویر و اندازه‌گیری‌ها ۵ سپتامبر ۲۰۲۲ (۱۴ شهریور) در فاصله‌ی حدود ۱.۶ میلیون کیلومتر از مریخ ثبت شده است.

این تصاویر قرص قابل مشاهده‌ی مریخ را که توسط خورشید روشن شده از نگاه دوربین فروسرخ نزدیک وب (NIRCam) نشان می‌دهد و می‌تواند نمایی منحصربه‌فرد از زمین را در اختیار دانشمندان علوم سیاره‌ای قرار دهد تا در کنار مشاهدات مریخ‌نوردهایی مانند پشتکار و مدارگردهای این سیاره مورد استفاده قرار بگیرند.

چون مریخ نسبتا نزدیک و بسیار روشن است، جرم آسانی برای جیمز وب که برای دیدن اجرام بسیار دور و کم‌نور طراحی شده است، محسوب نمی‌شود. «جولیانو لیوزی» (Giuliano Liuzzi) دانشمند و پژوهشگر ارشد آزمایشگاه سیستم‌های سیاره‌ای ناسا در مرکز پرواز فضایی گادرد، در این زمینه گفت: «مریخ آن‌قدر درخشان است که دیدن آن چالش‌برانگیز است.»

بنابراین برای آنکه نور فروسرخ درخشان مریخ به ابزارهای جیمز وب آسیب نرساند، دانشمندان از نوردهی بسیار کوتاهی برای رصد سیاره‌ی سرخ استفاده کردند. بدین ترتیب تنها مقدار اندکی از نور به آشکارسازهای وب رسید و سپس از روش‌های ویژه‌ای برای تجزیه‌وتحلیل داده‌های جمع‌آوری‌شده استفاده شد.

لیوزی با اشاره به این موضوع ادامه داد: «ما وضوح چشمگیری را می‌بینیم که به لطف حد پراش فوق‌العاده‌ی یک تلسکوپ فضایی ممکن شده است. اکنون می‌توانیم کل سیاره را ببینیم.»

رصد شبانه‌روزی سیاره‌ی سرخ

با تلاش اخیر، جیمز وب موفق به ثبت تصاویر و طیف‌هایی وضوح بالایی شده است که اخترشناسان برای مطالعه‌ی پدیده‌های کوتاه‌مدت مانند الگوهای آب‌وهوای مریخ، طوفان‌های گرد و غبار و حتی تغییرات ناشی از فصول سیاره به آن نیاز دارند.

علاوه بر این، تلسکوپ می‌تواند رویدادهایی را که در زمان‌های مختلف در طول یک شبانه‌روز مریخی روی می‌دهند یعنی در طول روز، هنگام غروب خورشید و در طول شب، طی یک رصد واحد ثبت کند.

این اولین تصاویر جیمز وب از مریخ، ناحیه‌ای را در نیمکره‌ی شرقی سیاره و در دو طول موج متفاوت نشان می‌دهد. تصویر با طول موج کوتاه تحت اثر تابش نور خورشید است و جزئیات سطح مریخ را مشابه آنچه در نور مرئی دیده می‌شود، نشان می‌دهد. از جمله‌ی این ویژگی‌ها می‌توان به دهانه‌ی برخوردی هویگنس با عرض حدود ۴۵۰ کیلومتر و سنگ آتشفشانی تیره در سیرت بزرگ اشاره کرد.

دوربین نیرکم تلسکوپ فضایی وب هم، نوری را که مریخ در طول موج‌های بلندتر فروسرخ و هنگام از دست دادن گرما ساطع می‌کند، دریافت کرده است. درخشندگی این نور به دمای مریخ و جو آن مربوط می شود و روشن‌ترین و گرم‌ترین منطقه جایی است که خورشید تقریبا مستقیما بالای سیاره قرار دارد.

با حرکت به سمت نواحی قطبی مریخ که در معرض آفتاب کمتری هستند و به‌ویژه در نیمکره‌ی شمالی سیاره که در حال حاضر در میانه‌ی زمستان مریخ قرار دارد، روشنایی کاهش می‌یابد.

اما این نور رسیده به جیمز وب، تنها مقدار به دمای سیاره مربوط نمی‌شود. تصاویر جمع‌آوری شده توسط تلسکوپ، همچنین می‌تواند نکاتی را در مورد ترکیب شیمیایی جو و سطح مریخ ارائه دهد.

سرنخ‌های جوی در جهنم مریخ

تجزیه‌وتحلیل طیف نوری مریخ با داده‌های جمع‌آوری شده توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند به اخترشناسان در تعیین ترکیب جو و سطح سیاره کمک کند. بر همین اساس لیوزی و همکارانش دریافتند که «حوضه‌ی هلاس» (Hella Basin) یا «حوضه‌ی جهنم» با عرض ۱۹۳۰ کیلومتر، حتی در گرم‌ترین ساعات روز، تاریک‌تر از محیط اطراف خود به‌نظر می‌رسد.

او در این رابطه گفت: «یکی از چیزهای جذاب این است که می‌توانید یک لکه‌ی تاریک را ببینید که حوضه‌ای در مریخ را نشان می‌دهد. ما انتظار چنین چیزی را نداشتیم زیرا منطقه‌ای بسیار روشن را می‌دیدیم که اکنون تاریک‌تر شده است. این در واقع یک اثر حرارتی آشنا در منطقه‌ی هلاس نیست.»

پژوهشگران دریافتند که این تاریکی که در چنین ساختار کاملی مشاهده می‌شود، نتیجه‌ی گذر نور از جو مریخ و جذب کربن دی‌اکسید است. لیوزی در این‌باره گفت: «حوضه‌ی هلاس ارتفاع پایین‌تری دارد و بنابراین فشار هوای بالاتری را تجربه می‌کند. این فشار بالاتر به دلیل اثری به نام گسترش فشار، منجر به جلوگیری از انتشار گرما در این بازه‌ی طول موجی می‌شود. درک و جداسازی این اثرات رقابتی در داده‌های ثبت شده، بسیار جالب خواهد بود.»

تصاویر جدید همچنین توانایی تلسکوپ فضایی جیمز وب را برای مطالعه‌ی مریخ با استفاده از تکنیکی به نام طیف‌سنجی بر اساس اندازه‌گیری‌ها و بر پایه‌ی فعالیت ابزار طیف‌نگار فروسرخ نزدیک (NIRSpec) نشان می‌دهد.

چون عنصرهای گوناگون نور را در طول موج‌های مشخصی منتشر و جذب می‌کنند، دانشمندان سیاره‌شناس می‌توانند از طیف‌سنجی برای مطالعه‌ی ترکیبات جوی استفاده کنند. نتایج اولیه‌ی به‌دست آمده، اطلاعاتی را درباره‌ی غبار مریخ، ابرهای یخی، ترکیب جو و نوع سنگ‌های موجود در سطح سیاره نشان می‌دهد.

طیف‌سنجی مریخ توسط تلسکوپ جیمز وب
Credit: Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Mars JWST/GTO team

لیوزی با اشاره به حضور متان در در مریخ خاطرنشان کرد که مشاهدات اولیه‌ی زمینی و مریخ‌نوردها شواهدی از این ترکیب را هرچند به‌صورت پراکنده ارائه می‌کنند. در حالی که اندازه‌گیری‌های مدارگرد شناسایی گاز اگزومارس نتوانسته است این موضوع را تأیید کند و مشاهدات زمینی هم با وجود متان در جو سیاره‌ی خودمان پیچیده است، لیوزی معتقد است که مشاهدات جیمز وب می‌تواند تمایزی در این مطالعات ایجاد کند.

او گفت: «معمای بزرگ این است که شکاف محدوده‌ی اندازه‌گیری شده‌ی جو توسط مریخ‌نوردها از روی سطح و داده‌های رصدی، بین صفر تا ۱۰ کیلومتر است. اما اکنون جیمز وب را داریم و می‌توانیم ستون کامل جو را تا سطحی که مریخ‌نورد در آن قرار دارد، ببینیم. بنابراین راه جدیدی برای حل این معما ارائه کرده‌ایم.»

به گفته‌ی لیوزی متان از این جهت مهم است که می‌تواند فرآیندهای زمین‌شناختی بسیاری را در مریخ آشکار کند، از جمله اینکه آیا اخیرا جرمی به سیاره سرخ برخورد کرده است یا خیر. این گاز همچنین می‌تواند به فعالیت بیولوژیکی در تاریخ باستانی سیاره اشاره داشته باشد. موضوعی که هدف اصلی مطالعات دانشمندان در ادامه‌ی بررسی تصاویر جیمز وب است.