باستخدام معادلات رياضية.. آلة زمنية تكتب تاريخ أنهار المريخ الميتة
الأربعاء 2023/7/12
أحد أنهار المريخ القديمة
تدفقت الأنهار على عالمين آخرين في النظام الشمسي إلى جانب الأرض.
المريخ، حيث المسارات الجافة والحفر، هي كل ما تبقى من الأنهار والبحيرات القديمة، وتيتان، أكبر أقمار زحل، حيث لا تزال أنهار الميثان السائل تتدفق حتى اليوم.
وتسمح تقنية جديدة طورها علماء الجيولوجيا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا للعلماء، وتم الكشف عن تفاصيلها 10 يوليو/ تموز، بدورية "بروسيدنجز أوف ذا ناشونال أكاديمي أوف ساينس"، بمعرفة مدى كثافة تدفق الأنهار على المريخ، وكيف تتدفق حاليًا على تيتان، وتستخدم الطريقة ملاحظات الأقمار الصناعية لتقدير المعدل الذي تتحرك به الأنهار للسوائل والرواسب في اتجاه مجرى النهر.
وبتطبيق أسلوبهم الجديد، قام فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، بحساب مدى سرعة وعمق الأنهار في مناطق معينة على المريخ منذ أكثر من مليار سنة، كما قاموا بعمل تقديرات مماثلة للأنهار النشطة حاليًا على تيتان، على الرغم من أن الغلاف الجوي الكثيف للقمر والمسافة من الأرض تجعل من الصعب استكشافه، مع وجود عدد أقل بكثير من الصور المتاحة لسطحه مقارنةً بصور سطح المريخ.
ويقول تايلور بيرون، من قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في تقرير نشره الموقع الإلكتروني للمعهد، بالتزامن مع نشر الدراسة: "الأسلوب الجديد يمنحنا آلة زمنية، لدراسة الأنهار الميتة الآن في المريخ، والتعرف على شكلها عندما كانت تتدفق بنشاط".
رياضيات النهر
وانطلقت دراسة الفريق من حيرة بيرون وزميله صمويل بيرش حول نهري تيتان، حيث أظهرت الصور التي التقطتها مركبة الفضاء كاسيني التابعة لوكالة ناسا نقصا غريبا في وجود دلتا على شكل مروحة عند مصبات معظم أنهار القمر، على عكس العديد من الأنهار على الأرض، فتساءلوا: هل يمكن أن تكون أنهار تيتان لا تحمل ما يكفي من التدفق أو الرواسب لبناء دلتا؟.
بنيت هذه التساؤلات على عمل المؤلف المشارك غاري باركر، الذي طور في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين سلسلة من المعادلات الرياضية لوصف تدفق النهر على الأرض، ودرس باركر قياسات الأنهار المأخوذة مباشرة من الحقل بواسطة الآخرين.
ومن هذه البيانات، وجد أن هناك علاقات عالمية معينة بين الأبعاد المادية للنهر (عرضه وعمقه ومنحدره ومعدل تدفقه)، ووضع معادلات لوصف هذه العلاقات رياضيا، مع مراعاة المتغيرات الأخرى مثل مجال الجاذبية الذي يعمل على النهر، وحجم وكثافة الرواسب التي يتم دفعها على طول قاع النهر.
ويقول بيرون: "هذا يعني أن الأنهار ذات الجاذبية والمواد المختلفة يجب أن تتبع علاقات متشابهة، وقد فتح ذلك إمكانية لتطبيق هذا على الكواكب الأخرى أيضا".
الحصول على لمحة
وعلى الأرض، يمكن للجيولوجيين إجراء قياسات ميدانية لعرض النهر، ومنحدره، ومتوسط حجم الرواسب، وكلها يمكن إدخالها في معادلات باركر للتنبؤ بدقة بمعدل تدفق النهر، أو مقدار المياه والرواسب التي يمكن أن تتحرك في اتجاه مجرى النهر.
ولكن بالنسبة للأنهار الموجودة على الكواكب الأخرى، تكون القياسات أكثر محدودية، وتعتمد إلى حد كبير على الصور وقياسات الارتفاع التي تم جمعها بواسطة الأقمار الصناعية البعيدة.
وبالنسبة للمريخ، التقطت العديد من المدارات صورا عالية الدقة للكوكب، ولكن بالنسبة إلى تيتان، تكون المشاهدات قليلة ومتباعدة.
وأدرك بيرش أن أي تقدير لتدفق النهر على المريخ أو تيتان يجب أن يعتمد على الخصائص القليلة التي يمكن قياسها من الصور والتضاريس البعيدة " أي عرض النهر ومنحدره"، ومع بعض التعديلات الجبرية، قام بتكييف معادلات باركر لتعمل فقط مع مدخلات العرض والمنحدر، ثم جمع البيانات من 491 نهرا على الأرض، واختبر المعادلات المعدلة على هذه الأنهار، ووجد أن التنبؤات التي تستند فقط إلى عرض كل نهر ومنحدره كانت دقيقة.
بعد ذلك، قام بتطبيق المعادلات على المريخ ، وعلى وجه التحديد ، على الأنهار القديمة المؤدية إلى" غيل كريتر "، و"جيزيرو كريتر"، وكلاهما يعتقد أنهما كانا بحيرات مليئة بالمياه منذ مليارات السنين، وللتنبؤ بمعدل تدفق كل نهر، قام بتوصيل معادلات جاذبية المريخ ، وتقديرات عرض كل نهر ومنحدره ، بناءً على الصور وقياسات الارتفاع التي تم التقاطها بواسطة الأقمار الصناعية التي تدور في مدارها.
ومن توقعاتهم لمعدل التدفق، وجد الفريق أن الأنهار تدفقت على الأرجح لما لا يقل عن 100 ألف عام في "غيل كريتر" ومليون عام على الأقل في "جيزيرو كريت"، وهي فترة كافية لدعم الحياة، وتمكنوا أيضًا من مقارنة توقعاتهم لمتوسط حجم الرواسب على قاع كل نهر مع القياسات الميدانية الفعلية بالقرب من كل نهر ، والتي تم التقاطها بواسطة المركبة الفضائية برسفيرنس روفر، التابعة لناسا.
سمحت هذه القياسات الميدانية القليلة للفريق بالتحقق من دقة معادلاتهم المطبقة على المريخ، ثم اتخذ الفريق نهجهم تجاه تيتان، ولقد ركزوا على موقعين يمكن قياس منحدرات النهر فيهما ، بما في ذلك نهر يتدفق إلى بحيرة بحجم بحيرة أونتاريو، و يبدو أن هذا النهر يشكل دلتا لأنه يغذي البحيرة، ومع ذلك ، فإن الدلتا هي واحدة من القلائل التي يعتقد أنها موجودة على القمر - فكل نهر يمكن رؤيته يتدفق إلى بحيرة يفتقر بشكل غامض إلى دلتا، وطبق الفريق أيضًا طريقتهم على أحد هذه الأنهار الأخرى التي لا تحتوي على دلتا.
وقاموا بحساب تدفق كلا النهرين ووجدوا أنهما يمكن مقارنتهما ببعض أكبر الأنهار على الأرض، حيث يقدر معدل تدفق الدلتا بحجم نهر المسيسيبي، و يجب أن يتحرك كلا النهرين بما يكفي من الرواسب لبناء دلتا، ومع ذلك ، فإن معظم الأنهار على تيتان تفتقر إلى الرواسب على شكل مروحة، و يجب أن يكون هناك دراسة تالية لشرح هذا النقص في رواسب الأنهار.
وفي اكتشاف آخر، حسب الفريق أن الأنهار على تيتان يجب أن تكون أوسع وأن يكون منحدرها ألطف من الأنهار التي تحمل نفس التدفق على الأرض أو المريخ.
يقول بيرش: "تيتان هو المكان الأكثر شبهاً بالأرض، ولقد حصلنا على لمحة منه فقط، و هناك الكثير مما نعرفه هناك، وهذه التقنية البعيدة تدفعنا أكثر قليلاً".
رد مع اقتباس