لماذا يهتم العلماء بالهواء الموجود في أنابيب عينات المريخ التابعة لناسا؟

مخبأة مع كل عينة من الصخور والتربة التي تم جمعها بواسطة ناساتعد المركبة الجوالة Perseverance بمثابة نعمة محتملة لعلماء الغلاف الجوي.

مثابرة ناسا المريخ وتقوم المركبة بجمع عينات من المريخ، بما في ذلك النوى الصخرية والغازات الجوية، لإعادتها في النهاية إلى الأرض. قد توفر هذه العينات رؤى مهمة حول الغلاف الجوي للمريخ وتطوره، وربما تكشف عن وجود حياة ميكروبية منذ مليارات السنين. يمكن لعينات الغاز، على وجه الخصوص، أن تقدم بيانات قيمة عن الغازات النزرة والمناخ القديم للكوكب، مما يقارن مع تاريخ الغلاف الجوي للأرض ويساعد في إرسال البعثات المأهولة المستقبلية إلى المريخ.

مجموعة عينات المريخ

مع كل نواة صخرية تغلقها المركبة الجوالة Perseverance Mars التابعة لناسا في أنابيب العينات المصنوعة من التيتانيوم، يصبح علماء الغلاف الجوي أكثر حماسًا. يتم جمع هذه العينات لتسليمها في نهاية المطاف إلى الأرض كجزء من حملة عودة عينة المريخ اربع وعشرون اتخذت حتى الآن.

تتكون معظم هذه العينات من نوى صخرية أو حطام صخري (صخور وغبار مكسور) قد يكشف عن معلومات مهمة حول تاريخ الكوكب وما إذا كانت الحياة الميكروبية كانت موجودة منذ مليارات السنين. لكن بعض العلماء يشعرون بسعادة غامرة من احتمال دراسة “مساحة الرأس”، أو الهواء الموجود في الغرفة الإضافية حول المادة الصخرية، في الأنابيب.

إنهم يريدون معرفة المزيد عن الغلاف الجوي للمريخ، الذي يتكون في معظمه من ثاني أكسيد الكربون، ولكن يمكن أن يتضمن أيضًا كميات ضئيلة من الغازات الأخرى التي ربما كانت موجودة منذ تكوين الكوكب.

تُظهر هذه الصورة نواة صخرية بحجم قطعة من الطباشير في أنبوب عينة موجود داخل أداة الحفر الخاصة بالمركبة الجوالة Perseverance Mars التابعة لناسا. بمجرد أن تغلق المركبة الأنبوب، سيتم احتجاز الهواء في المساحة الإضافية في الأنبوب، والتي تظهر هنا في الفجوة الصغيرة (التي تسمى “مساحة الرأس”) فوق الصخرة. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا/جامعة ولاية أريزونا/MSSS

رؤى من المريخ Headspace

قال براندي كارير، عالم الكواكب في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) في جنوب كاليفورنيا: “إن عينات الهواء من المريخ لن تخبرنا فقط عن المناخ الحالي والغلاف الجوي، ولكن كيف تغيرا مع مرور الوقت”. “وسوف يساعدنا على فهم كيفية تطور المناخات المختلفة عن مناخنا.”

ومن بين العينات التي يمكن إحضارها إلى الأرض أنبوب واحد مملوء فقط بالغاز المترسب على سطح المريخ كجزء من مستودع العينات. لكن كمية أكبر بكثير من الغاز الموجود في مجموعة العربة الجوالة تقع ضمن المساحة الرئيسية لعينات الصخور. وهي فريدة من نوعها لأن الغاز سوف يتفاعل مع المواد الصخرية داخل الأنابيب لسنوات قبل أن يتم فتح العينات وتحليلها في المختبرات على الأرض. ما سيستخلصه العلماء منهم سيعطي فكرة عن كمية بخار الماء التي تحوم بالقرب من سطح المريخ، وهو أحد العوامل التي تحدد سبب تشكل الجليد حيثما يتشكل على الكوكب وكيف تطورت دورة المياه على المريخ مع مرور الوقت.

يُرى هنا أنبوب مغلق يحتوي على عينة من سطح المريخ تم جمعها بواسطة المركبة الجوالة Perseverance Mars التابعة لناسا، بعد إيداعها مع أنابيب أخرى في “مستودع العينات”. يتم تخزين أنابيب العينات المملوءة الأخرى داخل العربة الجوالة. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

مقارنة الغازات النزرة والأجواء الجوية القديمة

يريد العلماء أيضًا فهمًا أفضل للغازات النزرة الموجودة في هواء المريخ. سيكون الأمر الأكثر إثارة من الناحية العلمية هو اكتشاف الغازات النبيلة (مثل النيون، والأرجون، والزينون)، والتي تكون غير متفاعلة لدرجة أنها ربما كانت موجودة في الغلاف الجوي، دون تغيير، منذ تشكلها قبل مليارات السنين. إذا تم التقاط هذه الغازات، فيمكن أن تكشف ما إذا كان المريخ قد بدأ بغلاف جوي. (كان للمريخ القديم غلاف جوي أكثر سمكًا مما هو عليه اليوم، لكن العلماء ليسوا متأكدين مما إذا كان موجودًا دائمًا أم أنه تطور لاحقًا). هناك أيضًا أسئلة كبيرة حول كيفية مقارنة الغلاف الجوي القديم للكوكب بالغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر.

بالإضافة إلى ذلك، ستوفر مساحة الرأس فرصة لتقييم حجم وسمية جزيئات الغبار، وهي معلومات من شأنها أن تساعد رواد الفضاء المستقبليين على المريخ.

قال جاستن سايمون، عالم الكيمياء الجيولوجية في مركز جونسون للفضاء التابع لناسا في هيوستن، وهو جزء من مجموعة تضم أكثر من عشرة خبراء دوليين يساعدون في تحديد العينات التي يجب أن تجمعها المركبة: “إن عينات الغاز لديها الكثير لتقدمه لعلماء المريخ”. “حتى العلماء الذين لا يدرسون المريخ سيكونون مهتمين لأنه سيسلط الضوء على كيفية تشكل الكواكب وتطورها.”

عينات هواء أبولو

في عام 2021، قامت مجموعة من الباحثين في مجال الكواكب، بما في ذلك علماء من وكالة ناسا، بدراسة الهواء الذي تم إحضاره من القمر في حاوية فولاذية بواسطة أبولو 17 رواد الفضاء قبل حوالي 50 عامًا.

قال سايمون، الذي يدرس مجموعة متنوعة من عينات الكواكب في جونسون: “يعتقد الناس أن القمر خالي من الهواء، لكن غلافه الجوي هش للغاية ويتفاعل مع صخور سطح القمر بمرور الوقت”. “يشمل ذلك الغازات النبيلة المتسربة من باطن القمر وتتجمع على سطح القمر.”

التقنيات المخبرية لتحليل الغاز

الطريقة التي استخرج بها فريق سيمون الغاز للدراسة تشبه ما يمكن فعله بعينات الهواء الخاصة بمركبة بيرسيفيرانس. أولاً، يضعون الحاوية التي لم تكن مفتوحة سابقًا في حاوية محكمة الإغلاق. ثم ثقبوا الفولاذ بإبرة لاستخراج الغاز ووضعه في مصيدة باردة، وهي عبارة عن أنبوب على شكل حرف U يمتد إلى سائل، مثل النيتروجين، بنقطة تجمد منخفضة. ومن خلال تغيير درجة حرارة السائل، تمكن العلماء من التقاط بعض الغازات ذات نقاط تجمد أقل في الجزء السفلي من المصيدة الباردة.

وقال سايمون: “ربما يكون هناك 25 معملاً في العالم تتعامل مع الغاز بهذه الطريقة”. وأضاف أنه إلى جانب استخدامه لدراسة أصل المواد الكوكبية، يمكن تطبيق هذا النهج على الغازات المنبعثة من الينابيع الساخنة وتلك المنبعثة من جدران البراكين النشطة.

وبطبيعة الحال، توفر هذه المصادر غازًا أكثر بكثير مما توفره شركة بيرسيفيرانس في أنابيب العينات الخاصة بها. ولكن إذا كان أنبوب واحد لا يحمل ما يكفي من الغاز لإجراء تجربة معينة، فيمكن لعلماء المريخ دمج الغازات من أنابيب متعددة للحصول على عينة مجمعة أكبر – وهي طريقة أخرى توفر فرصة إضافية للعلم.

ناسا المثابرة المريخ روفر

تعد المركبة الجوالة Perseverance التابعة لناسا، وهي جزء من مهمة Mars 2020، مختبرًا متنقلًا متطورًا مصممًا لاستكشاف سطح المريخ. تم إطلاق المركبة في 30 يوليو 2020، وهبطت على المريخ في 18 فبراير 2021، في فوهة جيزيرو، وتتمثل مهمة المثابرة الأساسية في البحث عن علامات الحياة القديمة وجمع عينات من الصخور والثرى الصخري (الصخور والتربة المكسورة) للعودة المحتملة. الى الارض.