میدان مغناطیسی مریخ، مجموعهای از میدانهای مغناطیسی ضعیف و محلی است که عمدتاً در پوسته سیاره، بهویژه در نیمکره جنوبی، یافت میشود. برخلاف زمین که یک میدان مغناطیسی سراسری (جهانی) دارد، مریخ فاقد چنین میدانی است و تنها مناطق خاصی از پوسته آن، به دلیل مغناطیس باقیمانده از گذشته، خاصیت مغناطیسی دارند. این میدانهای محلی با شدت ۱/۱۰۰۰ زمین، در مقیاسهای کوچک (دهها تا صدها کیلومتر) وجود دارند.
این میدانها نتیجه فعالیت دیناموی هسته مریخ در میلیاردها سال پیش هستند که با سرد شدن هسته، متوقف شد. فقدان میدان سراسری، جو مریخ را در برابر باد خورشیدی آسیبپذیر کرده و به از دست رفتن آب و اتمسفر منجر شده است. مطالعه این میدانها برای درک تاریخ سیاره و امکان حیات ضروری است.
تفاوت میدان مغناطیسی مریخ با زمین
میدان مغناطیسی زمین، که توسط دیناموی هسته مایع تولید میشود، یک سپر مغناطیسی سراسری با شدت ۲۵ تا ۶۵ میکروتسلا ایجاد میکند که جو را از باد خورشیدی محافظت میکند. در مقابل، مریخ فاقد میدان سراسری است و تنها میدانهای محلی با شدت ۰.۰۱ تا ۰.۱ میکروتسلا در پوسته دارد. این میدانها پراکندهاند و نمیتوانند مانند زمین جو را حفظ کنند.
زمین به دلیل هسته مایع و چرخش سریع، دیناموی فعال دارد، اما هسته مریخ به دلیل کوچکتر بودن و سرد شدن، دیناموی خود را از دست داده. این تفاوت باعث شده مریخ ۹۵ درصد اتمسفر و آب خود را از دست بدهد، در حالی که زمین اتمسفر غنی خود را حفظ کرده است.
رازهای میدان مغناطیسی مریخ
رازهای میدان مغناطیسی مریخ در تاریخچه زمینشناختی و تکامل سیاره نهفته است. حدود ۴ میلیارد سال پیش، مریخ میدان مغناطیسی سراسری داشت که با دیناموی هسته مایع تولید میشد. این میدان، جو غلیظ و آب مایع را حفظ میکرد. اما با سرد شدن هسته، دینامو متوقف شد و میدان مغناطیسی فروپاشید، که رازی برای دانشمندان بود.
شواهد مغناطیس باقیمانده در پوسته، بهویژه در نیمکره جنوبی، نشان میدهد مریخ زمانی شبیه زمین بود. راز دیگر، شدت غیرمنتظره میدانهای محلی (تا ۱.۵ میکروتسلا) در مناطقی مانند ترا سیرنوم است که نشاندهنده فعالیتهای شدید گذشته است. این رازها با دادههای کاوشگرها در حال کشف هستند.
دیناموی هسته مریخ و فروپاشی آن
دیناموی هسته مریخ، که ۴.۵ تا ۴.۱ میلیارد سال پیش فعال بود، نتیجه جریانهای همرفتی در هسته مایع آهن و نیکل بود. این جریانها، با چرخش سیاره، میدان مغناطیسی سراسری با شدت مشابه زمین تولید میکردند. شواهد مغناطیس در سنگهای پوسته نشان میدهد این دینامو تا زمان برخوردهای عظیم شهابسنگی فعال بود.
فروپاشی دینامو با سرد شدن هسته و کاهش فعالیتهای زمینشناختی رخ داد. برخلاف زمین که هسته مایع و چرخش سریع دارد، مریخ انرژی گرمایی کافی را از دست داد و دینامو خاموش شد. این فروپاشی، جو را در برابر باد خورشیدی آسیبپذیر کرد و به از دست رفتن آب منجر شد.
شواهد زمینشناسی از مغناطیس قدیمی مریخ
شواهد زمینشناسی از مغناطیس قدیمی مریخ در سنگهای پوسته، بهویژه در نیمکره جنوبی، یافت میشود. کاوشگر مارس گلوبال سورویور در ۱۹۹۹ نوارهای مغناطیسی متناوب (مشابه زمین) را در مناطق ترا سیرنوم و ترا سیرنو کشف کرد که نشاندهنده وجود دیناموی فعال در گذشته است. این نوارها، که در سنگهای آتشفشانی ۴ میلیارد ساله هستند، شدت میدان تا ۰.۱ میکروتسلا را نشان میدهند.
این شواهد، مشابه تکتونیک صفحهای زمین، نشان میدهد مریخ زمانی میدان سراسری داشت. مناطق بدون مغناطیس، مانند دهانههای هلاس و آرگیر، نتیجه برخوردهای عظیم هستند که پوسته را بازسازی کردند. این دادهها گذشته فعال مریخ را تأیید میکنند.
تاثیر باد خورشیدی بر جو مریخ
باد خورشیدی، جریانی از ذرات باردار خورشید، به دلیل نبود میدان مغناطیسی سراسری، جو مریخ را به شدت تحت تأثیر قرار داده است. بدون سپر مغناطیسی، این ذرات مستقیماً به اتمسفر برخورد کرده و مولکولهای آن را به فضا پرتاب میکنند، فرآیندی به نام کندوپاش (sputtering). این امر باعث از دست رفتن ۹۵ درصد جو مریخ در ۴ میلیارد سال گذشته شد.
دادههای کاوشگر MAVEN نشان میدهد که باد خورشیدی روزانه ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ گرم اتمسفر را از بین میبرد، بهویژه در طوفانهای خورشیدی. این تأثیر، مریخ را از سیارهای با جو غلیظ به بیابانی خشک تبدیل کرد. فقدان میدان مغناطیسی سراسری، دلیل اصلی از دست رفتن آب مریخ است. ۴ میلیارد سال پیش، مریخ دارای اقیانوسهایی بود که با جو غلیظ محافظت میشدند.
با فروپاشی دینامو، باد خورشیدی اتمسفر را سلب کرد و فشار کاهش یافت، که باعث تبخیر و پراکندگی آب شد. دادههای MAVEN نشان میدهد که ۹۹ درصد آب مریخ به فضا فرار کرد. میدانهای مغناطیسی محلی در پوسته، مانند ترا سیرنوم، تا حدی آب را حفظ کردند، اما کافی نبودند. این ارتباط نشان میدهد که بدون میدان مغناطیسی، مریخ به سیارهای خشک تبدیل شد.
میدانهای مغناطیسی محلی در پوسته مریخ
میدانهای مغناطیسی محلی مریخ، که در پوسته سیاره باقی ماندهاند، در مناطقی مانند ترا سیرنوم و فلگرا مونتس یافت میشوند. این میدانها، با شدت ۰.۱ تا ۱.۵ میکروتسلا، نتیجه مغناطیس شدن سنگهای آتشفشانی در حضور دیناموی قدیمی هستند. نیمکره جنوبی، به دلیل پوسته قدیمیتر، میدانهای قویتری دارد.
این میدانها، که تا ۱۰۰ کیلومتر گستردهاند، جو محلی را از باد خورشیدی محافظت میکنند، اما پوشش سراسری ندارند. دادههای مارس گلوبال سورویور نشان میدهد که این میدانها در ۴.۱ میلیارد سال پیش شکل گرفتند و اطلاعات ارزشمندی از گذشته سیاره ارائه میدهند.
دادههای کاوشگر MAVEN درباره جو و مغناطیس
کاوشگر MAVEN (جو و تکامل فرار مریخ)، که در ۲۰۱۴ به مدار مریخ رسید، دادههای کلیدی درباره میدان مغناطیسی و جو ارائه کرد. مریخنورد نشان داد که باد خورشیدی اتمسفر را با نرخ ۱۰۰ گرم در ثانیه از بین میبرد و در طوفانهای خورشیدی تا ۱۰ برابر افزایش مییابد. این کاوشگر میدانهای محلی را با شدت ۰.۱ میکروتسلا شناسایی کرد.
MAVEN همچنین کشف کرد که “دم مغناطیسی” مریخ، ناشی از میدانهای محلی، ذرات جو را هدایت میکند و از فرار کامل جلوگیری میکند. این دادهها نقش باد خورشیدی در از دست رفتن آب را تأیید کردند.
ماموریت مارس اکسپرس و بررسی مغناطیس مریخ
ماموریت مارس اکسپرس، متعلق به آژانس فضایی اروپا، که در ۲۰۰۳ به مریخ رسید، میدانهای مغناطیسی محلی را با دقت بالا نقشهبرداری کرد. ابزار MARSIS این کاوشگر، نوارهای مغناطیسی در پوسته را شناسایی کرد و نشان داد که نیمکره جنوبی میدانهای قویتری دارد. این دادهها تأیید کردند که دیناموی مریخ ۴.۱ میلیارد سال پیش خاموش شد.
مارس اکسپرس همچنین شواهدی از یخ آب در قطبها یافت که با میدانهای محلی محافظت شدهاند. این ماموریت، درک ما از تاریخ مغناطیسی مریخ را بهبود بخشید.
هسته مریخ و ارتباط آن با میدان مغناطیسی
هسته مریخ، با قطر حدود ۳۶۰۰ کیلومتر (نیمی از زمین)، از آهن و نیکل تشکیل شده و تا حدی مایع است، اما دیناموی فعال ندارد. کاوشگر اینسایت در ۲۰۱۸ لرزهنگاری کرد و نشان داد که هسته مریخ مایع است، اما به دلیل سرد شدن و چرخش آهسته، جریانهای همرفتی کافی برای تولید میدان مغناطیسی ندارد.
در گذشته، هسته گرمتر و فعالتر بود و دیناموی قوی تولید میکرد. سرد شدن هسته، به دلیل جرم کم و فعالیت کم آتشفشانی، دینامو را متوقف کرد و میدان مغناطیسی را از بین برد.
نبود میدان مغناطیسی و چالش سکونت انسان در مریخ
نبود میدان مغناطیسی سراسری چالشهای بزرگی برای سکونت انسان در مریخ ایجاد میکند. بدون سپر مغناطیسی، پرتوهای کیهانی و باد خورشیدی به سطح میرسند و خطر تابش برای انسان را افزایش میدهند (تا ۷۰۰ میلیسیورت در سال، در برابر ۲.۴ روی زمین). این تابش، DNA را تخریب میکند و تجهیزات را مختل میکند.
جو نازک مریخ (۱ درصد زمین) اکسیژن کافی ندارد و فشار کم، آب مایع را غیرممکن میکند. برای سکونت، باید پناهگاههای زیرزمینی یا محافظهای تابشی ساخته شود. ایدههایی مانند تولید مصنوعی میدان مغناطیسی در مدار مریخ در حال بررسی است.
