مریخ‌نورد استقامت (Perseverance) شفق‌های قطبی سبزرنگ را در آسمان مریخ ثبت کرده است. این نخستین بار است که مریخ‌نوردی توانسته از شفق‌هایی عکس بگیرد که با چشم غیرمسلح نیز دیده می‌شود. این نمایش نوری فرازمینی که سال قبل بعد از طوفان خورشیدی قدرتمندی ثبت شده، احتمالا به زیبایی شفق‌های زمینی نباشد اما به حرف های دانشمندان، از نظر علمی شگفت‌انگیزتر است.

بین همه سیاره‌های منظومه شمسی، بیشترین پیشرفت در کشف و تحلیل مریخ انجام شده است. این سیاره که در فاصله نزدیک به ۵۴ میلیون و ۶۰۰ هزار کیلومتری زمین قرار دارد، تا بحال نشانه‌هایی از وجود حیات باستانی، شواهدی از فعالیت‌های آبی در قبل و کشف‌های زمین‌شناسی منحصربه‌فردی همانند گوگرد، کانی‌های کربناته و رسوبات کوارتز را نشان داده است.

اکنون نیز هم‌راستایی نادری در اقلیم فضایی این امکان را فراهم کرده تا مریخ‌نورد استقامت ناسا تصویری خیره‌کننده از شفق‌های سبز درخشان بر فراز دهانه جزرو را ثبت کند.

استقامت اولین عکس از شفق قطبی مرئی در مریخ را ثبت کرد

۲۵ اسفند ۱۴۰۲، نزدیک اوج چرخه خورشیدی جاری، شراره خورشیدی زیاد قدرتمندی از کلاس X2.7 فورانی شدید از انرژی و تابش الکترومغناطیسی را با شدت نور به سراسر منظومه شمسی فرستاد. مطابق طبقه‌بندی ناسا، شراره‌های کلاس X بیشترین شدت را دارند. به‌جستوجو این شراره، خروج جرم از تاج خورشیدی (CME) نیز رقم خورد و توده‌ای متشکل از ذرات باردار از سطح خورشید جدا و به‌سمت مریخ روانه شد.

پژوهشگران با مطالعه این شراره خورشیدی اظهار کردند این CME با میدان مغناطیسی ناپایدار مریخ برخورد کرده و علتشده گازهای رقیق حاضر در جو سیاره تحریک شوند و نور گسیل کنند؛ درست شبیه فرایندی که در زمین تبدیل تشکیل شفق‌های قطبی در نواحی شمالی می‌شود.

۲۸ اردیبهشت ۱۴۰۴، در جریان این اتفاقات، مریخ‌نورد استقامت ناسا این شفق‌ها را شناسایی کرد و نخستین عکس شفق قطبی در سطح سیاره‌ای دیگر را ثبت کرد. آن زمان، زمین در مسیر برخورد این CME نبوده است.

«الیس نوتسن»، پژوهشگر دانشگاه اسلو نروژ و نویسنده مهم مقاله، می‌گوید:

«این کشف شوق‌انگیز افق‌های تازه‌ای برای پژوهش‌های مربوط به شفق‌های قطبی باز می‌کند و مشخص می کند در آینده، فضانوردان می‌توانند شفق‌ها را از سطح مریخ با چشم ببینند.»

چرا شفق‌های قطبی در مریخ متفاوت‌اند؟

شفق‌های قطبی درنتیجه برخورد ذرات باردار ساطع‌شده از خورشید با میدان مغناطیسی سیارات و برهم‌کنش این ذرات با مولکول‌های جو آن سیاره به وجود می‌آیند. برخلاف زمین، مریخ تقریباً فاقد میدان مغناطیسی است و جو آن زیاد رقیق‌تر است؛ به همین علت، زمان‌ها فکر می‌شد راه اندازی شفق‌های مشهود در مریخ غیرممکن باشند.

عکس تازه مریخ‌نورد استقامت مشخص می کند مقدار مقداری گاز در جو مریخ وجود دارد که می‌تواند نورهای رنگی تشکیل کند. تحلیل رنگ‌های سبز در شفق‌های مریخ نشان داد این نور از مولکول‌های اکسیژن برانگیخته انتشار شده است. اکسیژن فقط نزدیک به ۰.۱۳ درصد جو مریخ را راه اندازی می‌دهد.

غلظت زیاد پایین اکسیژن همراه غبار زیاد در جو، علتشده نور شفق‌ها در عکس ثبت‌شده به‌سختی دیده بشود. شفق‌ها آن‌قدر ضعیف بودند که فقط بعد از حذف درخشش قمر بزرگ مریخ، فوبوس، از عکس، نور آنها قابل‌تشخیص شد.

اگر انسان‌ها آن لحظه روی سطح مریخ بودند، به گمان زیاد نمی‌توانستند این شفق کم‌نور را ببینند اما پژوهشگران اعتقاد دارند اگر مقدار ذرات خورشیدی افزایش یابد و مقدار غبار جو افت اشکار کند، این اتفاق در آینده امکان پذیر با چشم غیرمسلح نیز قابل‌رؤیت باشد.

شفق قطبی یا اتفاق هواتاب؟

نوع فرد دیگر از نور سبز همانند شفق قطبی به نام «هوا‌تاب» (Airglow) وجود دارد که بعضی اوقات زمان شب نزدیک قطب‌های سیاره رخ می‌دهد. این اتفاق وقتی دیده می‌شود که مولکول‌های اکسیژن که پیشتر با خورشید یونیزه شده‌اند، مجدد با یکدیگر ترکیب خواهد شد و در این فرایند انرژی اضافی خود را به‌شکل نور آزاد می‌کنند.

شفق‌های تازه کشف‌شده طول موجی متفاوت از همه گونه‌های شناخته‌شده هوا‌تاب در مریخ دارند. در واقع طوفان شدید ذرات پرانرژی خورشیدی اتم‌های اکسیژن حاضر در جو رقیق مریخ را به‌ طوری تحریک کرد که نور سبزرنگ با طول موج ۵۵۷.۷ نانومتر گسیل کنند؛ این همان طول موجی است که در تعداد بسیاری از شفق‌های قطبی زمین نیز دیده می‌شود.

شفق‌های مریخی چطور کشف شدند؟

پیشتر اشکار شده می بود مریخ انواع مختلفی از شفق‌های قطبی را توانایی می‌کند. برخی از آنها حتی سراسر سیاره را در بر می‌گیرند اما تا پیش از این، همه این شفق‌ها فقط در طول‌موج‌های نامرئی طیف الکترومغناطیسی، عمدتاً در طول موج فرابنفش، قابل‌مشاهده بودند.

شفق‌های سبزرنگی که مریخ‌نورد استقامت با دوربین‌های نوری ثبت کرده است، چطور کشف شدند؟ نوتسن توضیح می‌دهد:

«کلید کار انتخاب یک CME مناسب می بود؛ توده‌ای که بتواند ذرات باردار بسیاری را به‌سمت مریخ شتاب دهد و در جو تزریق کند. هنگامی شدت این CME را دیدیم، تخمین زدیم می‌تواند شفق‌هایی چنان درخشان تشکیل کند که ابزارهای ما بتوانند آن را ثبت کنند.»

۲ روز بعد از برخورد فوران تاج خورشیدی به مریخ، مریخ‌نورد استقامت دوربین‌های خود را به‌سوی آسمان تاریک نشانه رفت. طیف‌سنج SuperCam جهش دقیقی در طول موج ۵۵۷.۷ نانومتر ثبت کرد. درعین‌حال، دوربین Mastcam-Z نیز نورهای کم‌رنگ زمردی‌رنگ را ثبت کرد که بر فراز آسمان مریخ موج می‌زدند.

این نمایش نوری از ۲ فضاپیمایی که درحال گردش به دور مریخ می باشند، نیز رصد شد: فضاپیمای MAVEN ناسا (که اولین بار شفق را در مریخ سال ۲۰۱۴ مشاهده کرد) و Mars Express آژانس فضایی اروپا.

در سال‌های تازه، با نزدیک شدن خورشید به اوج چرخه ۱۱ ساله‌ فعالیتش که با گفتن «بیشینه خورشیدی» شناخته می‌شود، فوران‌های خورشیدی در مقیاس بزرگ، شدت و بسیاری بیشتری اشکار کرده‌اند.

در قبل، دانشمندان از مریخ‌نوردها برای رصد نیمه نهان خورشید منفعت گیری کرده‌اند تا فوران‌های CME پنهانی را که امکان پذیر زمین را تحت‌تأثیر قرار دهند، پیش‌بینی کنند.

همانند‌سازی آنچه به گمان زیاد مریخ‌نورد استقامت دیده است

بعد از آنکه سازمان‌های فضایی نظیر ناسا از ثبت عکس شفق قطبی در مریخ توسط استقامت خبر دادند، برخی به همانند‌سازی آنچه این مریخ‌نورد در مریخ دیده است، دست زدند. در ادامه برخی از این تصاویر همانند‌سازی‌شده را مشاهده می‌کنید:

شفق‌های فرازمینی

در هر سیاره‌ منظومه شمسی که جو داشته باشد (همانند زهره، مشتری، زحل، اورانوس و نپتون) امکان پذیر شفق قطبی راه اندازی شود اما این نمایش‌های نوری طبق معمولً در قسمت‌های نامرئی از طیف الکترومغناطیسی رخ خواهند داد.

در سیاره‌های دورتر از مریخ، این شفق‌ها عمدتاً با جریان دائمی ذرات باردار خورشیدی، باد خورشیدی، تحریک خواهد شد. برخی سیارات، همانند مشتری، نیز می‌توانند شفق‌هایی قوی توانایی کنند که منشأ آنها فقطً باد خورشیدی نیست و امکان پذیر ناشی از اتفاق‌های فرد دیگر ازجمله ناهنجاری‌های مغناطیسی قمرهای غول‌پیکر آنها باشد.

در سیاره‌هایی که به خورشید نزدیک‌ترند، رویدادهای خشن‌تری همانند CME، تبدیل تشکیل شفق خواهد شد؛ برای مثال، بااینکه عطارد تقریباً هیچ جوی ندارد، به‌علت این که مکرر مقصد طوفان‌های خورشیدی قرار می‌گیرد، انتشار کردن پرتوهای ایکس همانند شفق قطبی نزدیک سطح آن رخ می‌دهد.