یک کاوشگر تنها که در میان شنهای مریخ دستو‑پا میزند، هماکنون به سؤال کهنِ زمان جواب داده است: اگر رعد و برق بر روی سیاره سرخ نواخته شود و هیچکس آن را نشنود، آیا همچنان صدا میکند؟
در ضبطهای بهدست آمده از کاوشگر Perseverance ناسا، دانشمندان برای اولین بار تخلیههای الکتریکی را که در حین رویدادهای پرغبار خشن مریخ و گردبادهای گرد و خاکی به ثبت رسیده بود، شناسایی کردند – نه یکبار، بلکه ۵۵ بار در طول دو سال مریخی از مشاهدات.
نکتهٔ مهم این است که این هوای غبارآلود که در آن این پدیدهها رخ داد، شرایط خاص لازم برای تولید برق در جو نازک و کاملاً خشک مریخ را نشان میدهد – شرایطی که برای مدتها مورد شک بوده، اما تا بهحال بهصورت مستقیم ثابت نشده بود.
مرتبط: کوریوسیتی یک سنگ مریخی را شکافت و یک شگفتی بزرگ کشف کرد
قید میشود که رعد و برق زمانی رخ میدهد که شرایط ناآرام در جو ذرات را بههم میزند و با اصطکاک آنها شارژ تولید میکند. در نهایت، اینقدر شارژ انباشته میشود که باید بهجایی جریان یابد و این باعث تخلیه الکتریکی میشود.
در کرهٔ زمین رعد و برق بهطور فراوان رخ میدهد و برخی از زیباترین پدیدههای جوی سیاره را به وجود میآورد.
اگرچه بیشتر این پدیده با ابرهای حاوی آب در ارتباط است، رطوبت شرط ضروری نیست؛ بهعنوان مثال، تخلیههای رعد و برق در سپشانهای عظیم خاکستری انداختهشده توسط آتشفشانها بهخوبی مشاهده میشوند.
حتی طوفانهای شنی – که ذرات خشک سیلیکاتی آنها عایق هستند، نه هادی – میتوانند بهحد کافی شارژ تولید کنند تا تخلیه الکتریکی رخ دهد.
دانشمندان پیشنهاد داده بودند که مکانیزمهای مشابه میتوانند در مریخ فعال باشند، اگرچه جو عمدتاً دیاکسید کربن، بسیار نازکتر و خشکتر از جو زمین است.
بههر حال، رعد و برق در مشتری و زحل ثبت شده است و بهصورت احتمالی در نپتون و اورانوس نیز تشخیص داده شدهاند – که البته همه این سیارات تفاوتهای عمدهای با زمین دارند (وجود رعد و برق در ونوس همچنان سؤال مانده است).
مدلها نشان میدهند که اگر تخلیههای الکتریکی در مریخ رخ دهند، بهاحتمال زیاد بهویژه در نزدیکی سطح، جایی که فشار هوا بالاتر است، اتفاق میافتد.
بهخوشبختی، کاوشگرهای فعال بر روی سطح مریخ حضور دارند – و یکی از آنها، Perseverance، مجهز به ابزاری است که میتواند نشانههای رعد و برق را شناسایی کند.
به رهبری دانشمند سیارهای بپتیست چید از دانشگاه تولوز فرانسه، تیمی از پژوهشگران دادههای جمعآوریشده توسط میکروفون SuperCam کاوشگر Perseverance را تجزیه و تحلیل کردند؛ دستگاهی که میتواند دادههای صوتی و تداخل الکترومغناطیسی را ضبط کند.
آنها ۲۸ ساعت ضبط میکروفونی را بهدقت مرور کردند تا در میان گرد و غبار چرخان سیاره، نشانههای تخلیه الکتریکی را پیدا کنند.
در مجموع ۵۵ رویداد یافتند که از این میان ۷ مورد امضای متمایز تخلیه الکتریکی را بهطور کامل بهدست آوردند. ابتدا، ابزار یک «پرت» الکترونیکی ناگهانی را ثبت میکند که بهدلیل تداخل الکترومغناطیسی ناشی از برخورد تخلیه الکتریکی با سیمکشی میکروفون ایجاد میشود. این پرت سپس توسط یک بازنشانی یا کاهش صدا، که حدود ۸ میلیثانیه ادامه دارد، دنبال میشود.
هفت رویدادی که Perseverance بهطور کامل ثبت کرد، با امضای صوتی یک انفجار صوتی ریز که توسط تخلیه الکتریکی گرم و گسترش هوا ایجاد میشود – یک صدأ رعد و برق ریز – به پایان رسید.
برای اطمینان از اینکه این ضبطها واقعاً از تخلیههای رعد و برق ریز ناشی میشوند، پژوهشگران یک نسخهٔ SuperCam روی زمین به کار گرفتند. آنها تخلیههای الکتریکی را ضبط کردند و پروفایل ضبطهای مریخی را بازتولید کردند.
جالب است که غلظت بالای غبار در جو بهتنهایی برای تولید برق کافی نبود.
اکثریت قریب به همهٔ این رویدادها – ۵۴ از ۵۵ – در زمانهای ۳۰ ٪ برتر بادهای شدید که Perseverance در طول دورهٔ مطالعه بر روی مریخ ثبت کرد، رخ داد؛ بیشتر آنها مرتبط با جبهههای طوفانهای غبار بودند.
در همین حین، ۱۶ تخلیه الکتریکی در طول دو بار برخورد Perseverance با گردبادهای غبار ثبت شد.
بر پایهٔ شش تا از هفت صدای رعد ضبطشده، اکثر تخلیهها ریز بودند؛ تنها بین ۰٫۱ تا ۱۵۰ نانوژول انرژی داشتند. هفتامین رویداد صوتی بزرگترین بود که حدود ۴۰ میلیژول انرژی داشته – که نشانگر تخلیهای از کاوشگر به سمت زمین است و احتمالاً ناشی از انباشت شارژ بهدلیل اصطکاک ذرات با خود Perseverance میباشد.
در مقایسه، یک صاعقهٔ متوسط از ابر به زمین بر روی زمین تقریباً یک میلیارد ژول تخلیه میکند. بنابراین، رعد و برق در مریخ بهشدت متفاوت از آن در زمین است – اما وجود دارد و برخی پیامدهای جالب را به همراه دارد.
نکتهٔ واضح این است که میتواند به طراحی فناوریهای آیندهٔ اکتشافی مریخ کمک کند تا از تخلیههای الکتریکی که اکنون میدانیم رخ میدهند، محافظت شود. همانطور که برای زمین اولیه انجام شد، دانشمندان سیارهای اکنون میتوانند واکنشهای شیمیایی در جو مریخ را که توسط تخلیه الکتریکی میانجی میشوند، دقیقتر مدلسازی کنند.
مرتبط: مکزیک یک ابررایانهٔ ۳۱۴ پتافلوپ با نام یک الههٔ آزتک معرفی کرد
در سطحی فرضیتر، برخی نظریههای امروزی دربارهٔ پیدایش حیات بر روی زمین، رعد و برق را بهعنوان سیستمی برای انتقال مواد ضروری بهسوی بیولوژی میدانند. اگر رعد و برق بر روی مریخ وجود داشته باشد، زیستشناسان ستارهای میتوانند این عامل را در تخمینهای خود از احتمال حیات در آنجا نیز در نظر بگیرند.
چید و همکاران در پایان میگویند: «این مطالعه یک زمینهٔ قابلتوجه از تحقیق در مورد جو مریخ را باز میکند… و توسعهٔ مدلهای جدید جوی را که پدیدهها و پیامدهای الکتریکی را در جو مریخ در نظر میگیرند، تشویق میکند.»
یافتهها در Nature منتشر شدهاند.