سن سنگ​های مریخی تعیین شد

این آزمایش‌ها در طول بیش از یک دهه گذشته با برنامه‌ریزی NASA توسعه داده شد و امروز در مریخ نورد کیوریاسیتی (کنجکاوی) دستگاه‌هایی وجود دارد که قادر به تعیین سن سنگ‌های مریخ است. کمی پیش از آن‌که مریخ نورد کنجکاوی در سال 1390 زمین را ترک کند، دانشمندان ناسا از محققان سراسر جهان خواستند ایده‌های خود را درخصوص تحقیقاتی که این دستگاه می‌تواند انجام دهد به ناسا اعلام کنند.

فارلی، یکی از 29 دانشمند شرکت‌کننده، طرح پیشنهادی خود را ارائه کرد. طرح وی مجموعه‌ای از تکنیک‌ها و روش‌هایی بود که هم‌اکنون برای تعیین سن سنگ‌های زمین نیز استفاده می‌شود. یافته‌های گردآوری شده توسط کیوریاسیتی درخصوص آزمایش‌های صورت گرفته روی سیاره سرخ به‌عنوان نخستین آزمایش تعیین عمر سنگ‌ها در سیاره‌ای بجز زمین به چاپ رسید. این مقاله یکی از شش مقاله‌ای است که به تجزیه و تحلیل اطلاعات و مشاهدات این مریخ‌نورد در حین آزمایش در خلیج یلونایف ـ بستری سنگی در فاصله 500 متری از مکان فرود آن ـ پرداخته بود. زمین صاف این خلیج از سنگ رسوبی دانه ریز یا گل سنگ ساخته شده که به تصور دانشمندان در بستر یک دریاچه قدیمی رسوب کرده بود.

در ماه مارس، کیوریاسیتی روی گل سنگ دو حفره در فاصله سه متری ایجاد و نمونه‌هایی از سنگ پودر شده را جمع‌آوری کرد. به محض انجام حفاری در سنگ، بازوی رباتیک این مریخ‌نورد نمونه‌های پودر را به ابزار تحلیل نمونه که از آن برای انجام بررسی‌های شیمیایی مختلف از جمله تخمین سن سنگ استفاده می‌شد، انتقال داد.

یکی از روش‌ها، پتاسیم ـ آرگون، یعنی تعیین سن سنگ براساس میزان گاز آرگون درون آن است. با گذشت زمان اتم‌های نوع رادیواکتیوی پتاسیم موسوم به پتاسیم ـ 40 در سنگ متلاشی و به اتم‌های پایدار آرگون ـ 40 تبدیل می‌شود. این زوال با یک سرعت مشخص روی می‌دهد، بنابراین دانشمندان با در نظر گرفتن میزان آرگون ـ 40 سن سنگ را تخمین می‌زنند. اگرچه طی دهه‌های گذشته از روش پتاسیم ـ آرگون برای تخمین سن سنگ‌های زمین استفاده می‌شود، اما این نوع تحقیقات نیازمند تجهیزات آزمایشگاهی پیچیده‌ای است که براحتی از سیاره‌ای به سیاره دیگر قابل حمل نیستند. ایده فارلی این بود که تحقیق را روی مریخ با استفاده از دستگاه SAM انجام دهند. نمونه سنگ تحت دمای بالایی قرار می‌گیرد تا گازهای درون سنگ آزاد شود و بتوان آن را با طیف سنج جرمی سوار شده روی این مریخ‌نورد مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. فارلی و همکارانش عمر گل سنگ را حدود 3.86 تا 4.56 میلیارد سال تخمین زدند. این رقم تعجب‌آور نبود و رقمی بود که هر کسی انتظارش را داشت. درواقع تا قبل از تحقیقات کیوریاسیتی دانشمندان سن دهانه گیل و محیط اطراف آن را با روش شمارش دهانه‌ها بین 3.6 و 4.1 میلیارد سال تخمین زده بودند.

روش شمارش دهانه‌ها بر این واقعیت تکیه داشت که سطح سیارات پی در پی مورد اصابت اجرام متفاوت قرار می‌گیرند که به ایجاد دهانه‌های برخوردی منجر می‌شود. سطوح دارای دهانه‌های بیشتر، به نظر پیرتر از نمونه‌ها با دهانه کمتر هستند. اگرچه این روش بسیار ساده است، اما امکان عدم قطعیت در آن فراوان است. نکته قابل توجه این بود که نتایج به دست آمده از تکنیکی که در سیاره مریخ اجرا شد دقیقا مشابه نتایجی بود که با شمارش دهانه‌ها به دست آمد. طبق گفته‌های فارلی تجهیزات آزمایشگاه علمی مریخ به منظور این هدف طراحی نشده بودند و محققان از نتیجه آزمایش مطمئن نبودند، اما تشابه نتایج نشان داد با استفاده از این تکنیک در سیاره مریخ می‌توان به نتیجه رسید. با وجود این محققان درخصوص اندازه‌های به دست آمده تردیدهایی دارند. یکی از دلایل تردید آنها این است که گل سنگ، سنگی رسوبی است که طی میلیون‌ها سال از مواد حاصل از سایش دیواره دهانه در لایه‌های مختلف تولید می‌شود، بنابراین نتیجه به دست آمده سن ترکیبی این مواد است.

فارلی و همکارانش برای پاسخ به این سوال که چگونه با گذشت زمان ساختار زمینی خلیج یلونایف تغییر کرده سن سطح زمین را مورد بررسی قرار دادند.

فارلی عنوان کرد سطوح سیارات از جمله زمین و مریخ مورد اصابت پرتوهای آسمانی قرار می‌گیرند و هنگامی که این پرتوها با انرژی بالای پروتون به اتم تبدیل می‌شوند، هسته اتم شکسته شده و ایزوتوپ عناصر دیگر ساخته می‌شود. پرتوهای آسمانی تنها در عمق دو تا سه متری سطوح نفوذ می‌کنند، بنابراین فراوانی ایزوتوپ‌های باقیمانده از پرتوهای آسمانی در سنگ نشان‌دهنده مدت زمانی است که آن سنگ در سیاره وجود داشته است. فارلی و همکارانش با استفاده از دستگاه طیف‌سنج SAM و اندازه‌گیری میزان سه ایزوتوپ هلیوم 3، نئون 21 و آرگون 36 که پس از اصابت پرتوهای آسمانی تولید می‌شوند، عمر گل سنگ خلیج یلونایف را 80 میلیون سال تخمین زدند. آنها اظهار کردند با وجود منابع مختلف و مستقل هر سه ایزوتوپ نتایج مشابهی حاصل شد و این جالب‌ترین مساله‌ای بود که پیش آمد.

این نتایج دانشمندان را در کشف شواهدی مبنی بر قابل سکونت بودن این سیاره در گذشته بسیار دور کمک کرد. با گذشت زمان بخشی از مولکول‌های ارگانیک فسیل‌های بازمانده از گذشته توسط پرتوهای آسمانی نابود شده‌اند. با توجه به این‌که طی این 80 میلیون سال تنها سنگ‌های خلیج یلونایف در معرض پرتوهای آسمانی بوده‌اند در محل آزمایش بیش از تصور مردم عناصر ارگانیک یافت شد. علاوه بر این دانشمندان با توجه به سطح جوان سیاره به تاریخچه فرسایش آن پی برده و دریافتند چرا سطح سیاره تمیز و بدون شن و خرده سنگ است. سنگ‌های مریخ در معرض فرسایش باد قرار دارند، به این معنی که با گذشت زمان، همچنان که باد شن و ماسه را به سمت تپه‌های سطح سیاره هدایت می‌کند این تپه‌ها ساییده شده و سنگ جدید که تا پیش از آن در معرض پرتوهای آسمانی قرار نداشته نمایان می‌شود. فارلی عنوان کرد مکان حفاری شده از چند متر سنگ پوشانده شده است. 80 میلیون سال گذشته این تپه به واسطه وزش باد در سطح سیاره جابه‌جا شده و سنگ‌های آن از پرتوهای آسمانی در امان بوده‌اند. زمین‌شناسان برای توضیح چگونگی پدید آمدن این محیط مدلی به نام مدل عقب‌نشینی تپه طراحی کردند. این مدل کمک کرد بفهمیم در چه مکانی باید به دنبال سنگ‌هایی باشیم که کمتر در معرض پرتوهای آسمانی هستند. اکنون مریخ‌نورد کیوریاسیتی برای حفاری مکانی جدید در مسیر کوه شارپ در حرکت است.

محققان در صدد آزمایش این فرضیه هستند که اگر در جهت باد حرکت کنند میزان پرتوافکنی کم می‌شود و این به این معنی است که سنگ بتازگی در معرض هوا قرار گرفت و بعکس افزایش پرتوافکنی در زمان حرکت در خلاف جهت باد به معنی آن است که سنگ خیلی پیشتر نمایان شده است. دانشمندان احتمال می‌دهند حفاری بعدی بزودی صورت گیرد. آنها به دنبال یافتن تپه دیگری هستند تا صحت این فرضیه را روی آن بررسی کنند. این اطلاعات برای جان گروتزینگر، دانشمند اصلی این مریخ‌نورد نیز اهمیت خواهد داشت. وی با همکارانش مشخصه‌های فیزیکی سنگ‌های موجود در یلونایف و اطراف آن را مورد بررسی قرار داد و به این نتیجه رسیدند که این سیاره کمتر از چهار میلیارد سال گذشته قابل سکونت بوده است. کشف‌هایی از این دست به دانشمندان در یافتن مکانی که در آن بتوانند علائم فسیل شده‌ای از حیات را پیدا کنند، کمک می‌کند.

sciencedaily / مترجم: ندا ابوطالبی‌راد