סודות סובארקטיים: העבר הקר והקפוא של מאדים נחשף במחקר חדש

מחקר חדש מוצא רמזים קריטיים אורבים באדמת הכוכב האדום.

מחקר עדכני המשווה קרקעות מכדור הארץ ו מַאְדִים עולה כי האקלים ההיסטורי של מאדים היה קר ותת-ארקטי, בדומה לניופאונדלנד. המחקר התמקד בחומרים אמורפיים באדמת מכתש גייל, שעלולים להשתמר בתנאי כמעט קפוא, ומציעים תובנות חדשות לגבי תנאי הסביבה של מאדים ופוטנציאל החיים שלו.

חקר האקלים הקודם של מאדים דרך אדמת כדור הארץ

השאלה אם מאדים תמך אי פעם בחיים כבשה את דמיונם של המדענים והציבור במשך עשרות שנים. מרכז התגלית הוא השגת תובנה לגבי האקלים העבר של שכנו של כדור הארץ: האם כוכב הלכת היה חם ורטוב, עם ימים ונהרות דומים לאלה שנמצאו על הפלנטה שלנו? או שהוא היה קפוא וקפוא, ולכן פוטנציאלי פחות נוטה לתמוך בחיים כפי שאנו מכירים אותם?

מחקר חדש מוצא עדויות התומכות באחרון על ידי זיהוי קווי דמיון בין קרקעות שנמצאו על מאדים לאלו של ניופאונדלנד בקנדה, אקלים תת-ארקטי קר.

תובנות מניתוח הקרקע של מכתש גייל

המחקר, שפורסם בכתב העת תקשורת אדמה וסביבה ב-7 ביולי, חיפשו קרקעות על פני כדור הארץ עם חומרים דומים למכתש גייל של מאדים. מדענים משתמשים לעתים קרובות באדמה כדי לתאר את ההיסטוריה הסביבתית, מכיוון שהמינרלים הנוכחיים יכולים לספר את הסיפור של התפתחות הנוף לאורך זמן. הבנה נוספת על האופן שבו חומרים אלה נוצרו יכולה לעזור לענות על שאלות ארוכות שנים על תנאים היסטוריים על כוכב הלכת האדום. הקרקעות והסלעים של מכתש גייל מספקים תיעוד של האקלים של מאדים לפני בין 3 ל-4 מיליארד שנים, בתקופה של מים בשפע יחסית על פני כדור הארץ – ובאותה תקופה שבה הופיע לראשונה חיים על פני כדור הארץ.

"מכתש גייל הוא אגם פליאו – ברור שהיו שם מים. אבל מה היו התנאים הסביבתיים כשהמים היו שם?" אומר אנתוני פלדמן, מדען קרקע וגאומורפולוג כיום ב-DRI. "לעולם לא נמצא אנלוגיה ישירה לפני השטח של מאדים, כי התנאים כל כך שונים בין מאדים לכדור הארץ. אבל אנחנו יכולים להסתכל על מגמות בתנאים יבשתיים ולהשתמש באלו כדי לנסות להקצין לשאלות של מאדים".

אתגרים בניתוח חומרי מאדים

ה-Curiosity Rover של נאס"א חוקר את מכתש גייל מאז 2011, ומצא שפע של חומרי קרקע המכונים "חומר אמורפי קרני רנטגן". מרכיבים אלה של האדמה חסרים את המבנה האטומי החוזר האופייני המגדיר מינרלים, ולכן לא ניתן לאפיין אותם בקלות באמצעות טכניקות מסורתיות כמו עקיפה של קרני רנטגן. כאשר קרני רנטגן נורות בחומרים גבישיים כמו יהלום, למשל, קרני הרנטגן מתפזרות בזוויות אופייניות המבוססות על המבנה הפנימי של המינרל. עם זאת, חומר אמורפי בקרני רנטגן אינו מייצר "טביעות אצבע" אופייניות אלה. שיטת עקיפה זו של קרני רנטגן שימשה את הרובר Curiosity כדי להדגים שחומר אמורפי קרני רנטגן היוו בין 15 ל-73% מדגימות האדמה והסלעים שנבדקו במכתש גייל.

"אפשר לחשוב על חומרים אמורפיים בקרני רנטגן כמו ג'לו", אומר פלדמן. "זה המרק הזה של יסודות וכימיקלים שונים שפשוט מחליקים זה על פני זה."

ה-Curiosity Rover ערך גם ניתוחים כימיים על דגימות הקרקע והסלעים, ומצא שהחומר האמורפי היה עשיר בברזל וסיליקה אך חסר באלומיניום. מעבר למידע הכימי המוגבל, מדענים עדיין לא מבינים מהו החומר האמורפי, או מה נוכחותו מרמזת על הסביבה ההיסטורית של מאדים. חשיפת מידע נוסף על האופן שבו החומרים האניגמטיים הללו נוצרים ומתמשכים על פני כדור הארץ יכולה לעזור לענות על שאלות מתמשכות על כוכב הלכת האדום.

מחקרי שטח המחקים את תנאי מאדים

פלדמן ועמיתיו ביקרו בשלושה מקומות בחיפוש אחר חומר אמורפי דומה בקרני רנטגן: הפארק הלאומי טבלאות של גרוס מורן בניופאונדלנד, הרי קלאמאת' בצפון קליפורניה ומערב נבאדה. בשלושת האתרים הללו היו קרקעות נחש שהחוקרים ציפו להיות דומות מבחינה כימית לחומר האמורפי של קרני רנטגן במכתש גייל: עשירות בברזל וסיליקון אך חסרות אלומיניום. שלושת המיקומים גם סיפקו מגוון של גשמים, שלג וטמפרטורה שיכולים לעזור לספק תובנה לגבי סוג התנאים הסביבתיים המייצרים חומר אמורפי ומעודדים את שימורו.

בכל אתר, צוות המחקר בחן את הקרקעות באמצעות ניתוח דיפרקציית קרני רנטגן ומיקרוסקופ אלקטרונים העברה, שאפשרו להם לראות את חומרי הקרקע ברמה מפורטת יותר. התנאים התת-ארקטיים של ניופאונדלנד יצרו חומרים דומים מבחינה כימית לאלה שנמצאו במכתש גייל שגם הם חסרי מבנה גבישי. הקרקעות שנוצרו באקלים חם יותר כמו קליפורניה ונבאדה לא.

"זה מראה שאתה צריך את המים שם כדי ליצור את החומרים האלה", אומר פלדמן. "אבל זה צריך להיות קר, כמעט מקפיא תנאי טמפרטורה שנתיים כדי לשמר את החומר האמורפי בקרקעות."

חומר אמורפי נחשב לעתים קרובות כלא יציב יחסית, כלומר ברמה האטומית, האטומים עדיין לא התארגנו לצורות הסופיות והגבישיות יותר שלהם. "יש משהו שקורה בקינטיקה – או בקצב התגובה – שמאט אותה כך שניתן לשמר את החומרים הללו על פני טווחי זמן גיאולוגיים", אומר פלדמן. "מה שאנחנו מציעים הוא שקור מאוד, קרוב לתנאי הקפאה, הוא גורם מגביל קינטי מסוים שמאפשר לחומרים אלה להיווצר ולהישמר."

"מחקר זה משפר את הבנתנו את האקלים של מאדים", אומר פלדמן. "התוצאות מצביעות על כך ששפע החומר הזה במכתש גייל תואם את התנאים התת-ארקטיים, בדומה למה שהיינו רואים באיסלנד, למשל."