ألغاز الأرض والمريخ – بقلم المهندس علي الجشي

الأرض أكبر حجما من المريخ. قطر الأرض تقريبًا ضعف قطر المريخ. إذا كانت الأرض بحجم كرة التنس الأرضي، فالمريخ بحجم كرة تنس الطاولة. ما يقرب من 70 في المائة من الأرض مغطاة بالمياه السائلة؛ والمريخ لا يوجد به ماء. تعمل الشمس على تدفئة سطح الأرض إلى أكثر من 100 درجة فهرنهايت. لكن، نادرًا ما تتجاوز درجة الحرارة على كوكب المريخ درجة التجمد.

لكن على الرغم من الاختلافات الواضحة بينهما، فإن هناك الكثير من القواسم المشتركة بين المريخ والأرض، حسب مرجعية ناسا.

فالمريخ يشبه الأرض من نواح كثيرة، أكثر من أي كوكب آخر في النظام الشمسي. فلكل منهما الوديان والجبال والطقس والمواسم والبراكين والقلنسوات الجليدية. في 24 ساعة و 39 دقيقة، يكون يوم المريخ أطول قليلاً من يوم الأرض. وعلى الرغم من جفاف المريخ اليوم، فقد يكون لديه في وقت ما، ما يكفي من الماء السائل لدعم أشكال الحياة البدائية.

استكشاف أوجه التشابه والاختلاف بين الأرض والمريخ يمكن أن يعلمنا عن كلا الكوكبين ما نجهله. يقول كاليب شوتز (CalebSchutz)، رئيس مشروع جاسون (JASON): “ينشأ طلاب المدارس الإعدادية اليوم مع ألعاب الفيديو والإنترنت وغيرها من التقنيات التي تجذب انتباههم”. ونحن “نحاول جذب حماسهم للاستكشاف والاكتشاف باستخدام تقنيات موازية وشراكة مع مدرسين متحمسين”.

ومشروع جاسون هو عبارة عن برنامج منهج دراسي للعلوم بالمدارس الإعدادية بالولايات المتحدة، وهو مصمم لتحفيز الطلاب وإلهامهم لمتابعة اهتماماتهم ومهنهم في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات. ينغمر نهج مشروع جاسون في تعليم العلوم للطلاب بطرق واقعية حيث يتم إرشادهم من قبل علماء من منظمات مثل ناسا (NASA)، والإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)، ووزارة الطاقة الأمريكية والجمعية الجغرافية الوطنية (National Geographic Society).

تعتمد جاسون في تواصلها مع المجاميع المستهدفة على استخدام الألعاب التعليمية ومقاطع الفيديو والتفاعل المباشر والشبكات الاجتماعية لإيصال مضمون أبحاث شركائها في المناهج الدراسية.

طبقًا للدكتور جيم جارفين (Dr. Jim GarvinImage)، عالم ناسا في مركز جودارد (Goddard) لرحلات الفضاء، هذه الأنشطة تمكن من دراسة الحفر على الأرض والمريخ، لأنها تشمل تصميم وبناء نموذج لمركبة المريخ، ومحاكاة تشكيل فوهة صدمية (an impact crater)، وتحليل نيزك مريخي (a Martian meteorite)، ومقارنة ومناقضة الأرض والتربة الشبيهة بالمريخ، ودراسة عينات المياه وأشكال الحياة المائية. وهذا مطلوب لدعم أنشطة التعليم الوطنية في العلوم والرياضيات والجغرافيا والتكنولوجيا وفنون اللغة.

تعرف هذه الأنشطة الطلاب أيضًا على “الباحثين المضيفين” وعلى ناسا وعلماء ومهندسي الجامعات، بالإضافة إلى طلاب الجامعات المتخصصين في العلوم والهندسة. في المطبوعات وعلى الإنترنت، يتحدث الباحثون المضيفون عن مدى اهتمامهم بمجالاتهم. يشرحون كيف يقومون بعملهم وما هي الأدوات التي يستخدمونها. يناقشون الى أين يحبون السفر وماذا يفعلون من أجل المتعة. كما يقدمون أيضًا نصائح للطلاب الذين يفكرون في الحصول على وظيفة في مجال العلوم.

مهندس النظم تريسي درين (Tracy Drain) وهو مهندس أنظمة (Systems engineer) في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا، مهمته شرح كيف يمكن للأنظمة العديدة لاستكشاف المريخ أن تعمل معًا بسلاسة.

شاركت سبعة مراكز تابعة لوكالة ناسا في دعم بعثة “ألغاز الأرض والمريخ”، حيث استضافة ثلاثة منها – مركز أبحاث أميس (Ames) ومركز جونسون (Johnson) للفضاء ومركز جودارد (Goddard) لرحلات الفضاء – دورات تدريبية مجانية للمعلمين وتخطط بث الرحلة الاستكشافية.

بالإضافة إلى رحلات الطلاب الاستكشافية، تقدم جاسون (JASON) فرصًا للتطوير المهني للمعلمين من خلال الدورات التدريبية عبر الإنترنت وورش العمل وجهًا لوجه ومؤتمر المعلمين السنوي. يتم دعم (JASON) من قبل وكالة ناسا، والإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي، ووزارة التعليم الأمريكية، والوكالات الحكومية الأخرى والكيانات الخاصة.

مقارنة المريخ بالأرض

في وقت من الأوقات، اعتقد علماء الفلك أن سطح المريخ يتقاطع مع أنظمة القنوات (canal systems) على الأرض. وقد أدى هذا بدوره إلى ظهور تكهنات بأن المريخ يشبه إلى حد كبير الأرض، وأنه قادر على دعم الحياة وموطن الحضارة الأصلية. ولكن عندما بدأت الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية البشرية في إجراء تحليقات واستطلاعات للكوكب، تلاشت هذه الرؤية للمريخ بسرعة، واستبدلت بأخرى، كان فيها الكوكب الأحمر عالمًا باردًا وجافًا وبلا حياة.

لم يرَ معظم علماء الفلك ذوي الخبرة “قنوات” المريخ لسبب وجيه، لأنهم تأكدوا أنها ليست موجودة! كان الاشتباه في رؤية شبكة الخطوط المتقاطعة التي تغطي سطح المريخ فقط نتاجًا للميل البشري لرؤية الأنماط، حتى في حالة عدم وجودها.

على أية حال، توصل العلماء، على مدى العقود القليلة الماضية، إلى تعلم الكثير عن تاريخ المريخ الذي غير وجهة النظر هذه أيضًا. نحن نعلم الآن أنه على الرغم من أن المريخ قد يكون حاليًا باردًا جدًا وجافًا جدًا وغير مضياف للغاية، إلا أن هذا لم يكن هو حاله دائمًا. علاوة على ذلك، توصل العلماء إلى رؤية أنه حتى في شكله الحالي، توجد الكثير من القواسم المشتركة بين المريخ والأرض.

بين الكوكبين، هناك أوجه تشابه في الحجم، والميل، والبنية، والتكوين، وحتى وجود الماء على سطحهما. ومع ذلك، فإن لديهم أيضًا الكثير من الاختلافات الرئيسية التي من شأنها أن تجعل العيش على المريخ مجال انشغال متزايد للعديد من البشر ويمثل تحديًا كبيرًا للعلماء.

دعونا الآن نستعرض أوجه التشابه والاختلاف بطريقة منظمة:

الأحجام والكتل والمدارات:

تختلف الأرض والمريخ تمامًا من حيث الحجم والكتلة. مع متوسط ​​نصف قطر يبلغ 6371 كم وكتلة تبلغ 5.97ײ⁴10 كجم، تعد الأرض خامس أكبر كوكب من حيث الحجم وخامس أكبر كوكب من حيث الكتلة في نظامنا الشمسي وأكبر الكواكب الأرضية (the terrestrial planets).

لعمل مقارنة، يبلغ نصف قطر كوكب المريخ حوالي 3396 كيلومترًا عند خط الاستواء (3376 كيلومترًا في المناطق القطبية)، وهو ما يعادل 0.53 من الأرض تقريبًا. ومع ذلك، تبلغ كتلة المريخ 6.4185ײ³10 كجم فقط، أي حوالي 15٪ من كتلة الأرض.

تسمى الكواكب: “عطارد والزهرة والأرض والمريخ” الأرضية لأن لكل منها سطحًا صخريًا مضغوطًا مثل الأرض الثابتة. والكواكب الأرضية هي الكواكب الأربعة الأعمق في النظام الشمسي.

وبالمثل، يبلغ حجم الأرض 1.08321 × ¹²10 كيلومتر مكعب، وهو ما يعادل 1083 مليار كيلومتر مكعب. بالمقارنة، يبلغ حجم المريخ 1.6318 × ¹¹10 كيلومتر مكعب (163 مليار كيلومتر مكعب) وهو ما يعادل 0.151 من الأرض. بين هذا الاختلاف في الحجم والكتلة، تبلغ جاذبية سطح المريخ 3.711 م / ث²، والتي تصل إلى 37.6٪ من جاذبية الأرض (0.376 جم).

من حيث مداريهما، فإن الأرض والمريخ مختلفة تمامًا أيضًا. على سبيل المثال، تدور الأرض حول الشمس على مسافة متوسطة (تُعرف أيضًا باسم المحور شبه الرئيسي) تبلغ 149.598.261 كم – أو وحدة فلكية واحدة (AU). هذا المدار له انحراف طفيف للغاية (حوالي 0.0167)، مما يعني أن مداره يتراوح من 147.095.000 كم (AU 0.983) عند الحضيض إلى 151.930.000 كم (AU 1.015) عند الأوج.

في أقصى مسافة له من الشمس (الأوج)، يدور المريخ على مسافة تقارب 249.200.000 كم (1.666 AU). عند الحضيض الشمسي، أي عندما يكون أقرب إلى الشمس، يدور على مسافة تقارب 206.700.000 مليون كيلومتر (1.3814 AU). في هذه المسافات، تبلغ الفترة المدارية للأرض 365.25 يومًا (1.000017 سنة يوليانية) بينما يبلغ مدار مدار كوكب المريخ 686.971 يومًا (1.88 سنة أرضية). والتقويم اليولياني (Julian calendar)، المعروف أيضًا باسم التقويم القديم، هو نظام التأريخ الذي وضعه يوليوس قيصر (Julius Caesar) كإصلاح للتقويم الجمهوري الروماني. لقد قام قيصر، وبناء على نُصِح من قبل الفلكي السكندري سوسيجينس (Sosigenes)، باستخدام التقويم الشمسي المصري، معتبرا طول السنة الشمسية 365 1/4 يوما.

ومع ذلك، من حيث دورانها الفلكي (الوقت الذي يستغرقه الكوكب لإكمال دوران واحد على محوره)، فإن الأرض والمريخ متشابهان. فبينما تستغرق الأرض بالضبط 23 ساعة و 56 دقيقة و 4 ثوانٍ لإكمال دوران فلكي واحد (0.997 يومًا أرضيًا)، يقوم المريخ بنفس الشيء في حوالي 24 ساعة و 40 دقيقة. هذا يعني أن يومًا واحدًا على المريخ (المعروف أيضًا باسم اكا سول) قريب جدًا من يوم واحد على الأرض.

الميل المحوري للمريخ مشابه جدًا لميل الأرض، حيث يميل 25.19 درجة إلى مستواه المداري (في حين أن الميل المحوري للأرض يزيد قليلاً عن 23 درجة). هذا يعني أن كوكب المريخ يمر أيضًا بتغيرات في الفصول ودرجات الحرارة مماثلة لتلك الخاصة بالأرض.

البنية والتكوين:

تتشابه الأرض والمريخ عندما يتعلق الأمر بتركيباتهما الأساسية، نظرًا لأنهما كوكبان أرضيان. هذا يعني أن كلاهما متمايز بين نواة معدنية كثيفة وغطاء علوي وقشرة مكونة من مواد أقل كثافة (مثل صخور السيليكات). ومع ذلك، فإن كثافة الأرض أعلى من كثافة كوكب المريخ [5.514 جم / سم³ مقارنة بـ 3.93 جم / سم³ (أو 0.71 من الأرض)] – مما يشير إلى أن المنطقة الأساسية للمريخ تحتوي على عناصر أخف من العناصر الأرضية.

تتكون المنطقة الأساسية للأرض من نواة داخلية صلبة يبلغ نصف قطرها حوالي 1220 كيلومترًا ولبًا خارجيًا سائلًا يمتد إلى دائرة نصف قطرها حوالي 3400 كيلومتر. تتكون كل من النوى الداخلية والخارجية من الحديد والنيكل، مع كميات ضئيلة من العناصر الأخف، وتضيف معًا إلى نصف قطر كبير مثل المريخ نفسه.

تشير النماذج الحالية من داخل المريخ إلى أن المنطقة الأساسية للمريخ تقع في دائرة نصف قطرها تتراوح بين 1729 الى 1859 كيلومترًا ، وتتكون أساسًا من الحديد والنيكل مع حوالي 16-17 ٪ من الكبريت.

يحتوي كلا الكوكبين على غلاف من السيليكات، يحيط بمركزيهما، وقشرة سطحية من مادة صلبة. وشاح الأرض – الذي يتكون من طبقة علوية من مادة لزجة قليلاً وغطاء سفلي أكثر صلابة – يبلغ سمكه حوالي 2890كم (1790 ميل) ويتكون من صخور السيليكات الغنية بالحديد والمغنيسيوم. يبلغ متوسط ​​سمك قشرة الأرض 40كيلومترًا (25 ميلًا)، وتتكون من صخور غنية بالحديد والمغنيسيوم (أي الصخور النارية) والجرانيت (غني بالصوديوم والبوتاسيوم والألمنيوم).

وبالمقارنة، فإن غطاء المريخ رقيق جدًا، حيث يبلغ سمكه ما بين 1300 و 1800 كيلومتر (800 – 1100 ميل). مثل الأرض، يُعتقد أن هذا الوشاح يتكون من صخور السيليكات الغنية بالمعادن مقارنة بالقشرة، ولأنها لزجة جزئيًا (مما يؤدي إلى تيارات الحمل الحراري التي شكلت السطح). ويبلغ متوسط ​​سمك القشرة حوالي 50 كم (31 ميل)، بحد أقصى 125 كم (78 ميل)، وهذا يجعلها تعادل قرابة ثلاثة أضعاف حجم قشرة الأرض، مقارنةً بحجم الكوكبين.

لهذا السبب، يتشابه الكوكبان في التركيب، نظرًا لوضعهما المشترك ككواكب أرضية. وعلى الرغم من أنهما متمايزان بين نواة معدنية وطبقات من مادة أقل كثافة، إلا أن هناك بعض الاختلاف من حيث السُمك النسبي لطبقات كل منهما.

السمات السطحية:

عندما يتعلق الأمر بأسطح الأرض والمريخ، تصبح الأشياء مرة أخرى في حالة من التناقضات. بطبيعة الحال، فإن الاختلافات هي الأكثر وضوحًا عند مقارنة الأرض الزرقاء بالكوكب الأحمر – كما تقترح الأسماء المستعارة. على عكس الكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي، فإن الغالبية العظمى من الأرض مغطاة بالمياه السائلة، حوالي 70٪ من السطح – أو 361.132 مليون كيلومتر مربع (139.43 مليون ميل مربع) على وجه الدقة.

سطح المريخ جاف ومغبر ومغطى بالأوساخ الغنية بأكسيد الحديد (المعروف أيضًا باسم الصدأ، مما يؤدي إلى ظهوره المحمر). ومع ذلك، فمن المعروف وجود تركيزات كبيرة من الماء المثلج داخل القمم الجليدية القطبية – بلانوم بوروم، وبلانوم أوسترال (Planum Boreum and Planum Australe). بالإضافة إلى ذلك، تمتد عباءة التربة الصقيعية من القطب إلى خطوط عرض تبلغ حوالي 60 درجة، مما يعني أن الماء الجليدي موجود تحت اماكن كثيرة من سطح المريخ. كما أكدت بيانات الرادار وعينات التربة وجود مياه جوفية ضحلة عند خطوط العرض الوسطى أيضًا.

بالنسبة لأوجه التشابه، فإن لكل من الأرض والمريخ تضاريس تختلف اختلافًا كبيرًا من مكان إلى آخر. على الأرض، فوق مستوى سطح البحر وتحته، توجد سمات جبلية، وبراكين، ومنحدرات (خنادق)، ووديان، وهضاب، وسهول سحيقة. الأجزاء المتبقية من السطح مغطاة بالجبال والصحاري والسهول والهضاب والتضاريس الأخرى.

كوكب المريخ مشابه تمامًا، حيث تغطيه سلاسل الجبال والسهول الرملية وحتى بعض من أكبر الكثبان الرملية في النظام الشمسي. كما أن فيه أكبر جبل في المجموعة الشمسية، وبركان الدرع أوليمبوس مونس (Olympus Mons)، وأطول وأعمق فجوة في النظام الشمسي: فاليس مارينيريس (Valles Marineris).

تعرضت الأرض والمريخ أيضًا للعديد من التأثيرات من الكويكبات والنيازك على مر السنين. ومع ذلك، فإن الحفر التي أحدثها كوكب المريخ محفوظة بشكل أفضل بكثير، حيث يعود تاريخ العديد منها إلى مليارات السنين. والسبب في ذلك هو انخفاض ضغط الهواء وقلة هطول الأمطار على المريخ، مما يؤدي إلى معدل تآكل بطيء للغاية. ومع ذلك، لم يكن هذا هو الحال دائما.

يحتوي المريخ على أخاديد وقنوات يمكن تمييزها على سطحه، ويعتقد العديد من العلماء أن المياه السائلة كانت تتدفق من خلالها. من خلال مقارنتها بسمات مشابهة على الأرض، يُعتقد أنها تشكلت جزئيًا على الأقل بسبب التعرية المائية. بعض هذه القنوات كبيرة جدًا، ويصل طولها إلى 2000 كيلومتر وعرضها 100 كيلومتر.

لذا، بينما يبدوان مختلفين تمامًا اليوم، كانت الأرض والمريخ متشابهتين تمامًا في وقت مضى. وحدثت عمليات جيولوجية مماثلة على كلا الكوكبين لمنحهما نوع التضاريس المتنوعة التي يمتلكها كلا منهما حاليًا.

الغلاف الجوي ودرجة الحرارة:

يعد الضغط الجوي ودرجات الحرارة مثال أخر تختلف بها الأرض عن المريخ تمامًا. تتمتع الأرض بجو كثيف يتكون من خمس طبقات رئيسية – التروبوسفير (Troposphere, the)، والستراتوسفير (the Stratosphere,)، والميسوسفير (the Mesosphere) ، والثرموسفير (the Thermosphere) ، والإكسوسفير (the Exosphere). بالمقارنة مع كوكب المريخ الرقيق للغاية، حيث يتراوح ضغطه بين 0.4 – 0.87 كيلو باسكال – وهو ما يعادل حوالي 1٪ من مستوى سطح البحر في الأرض.

يتكون الغلاف الجوي للأرض أيضًا بشكل أساسي من النيتروجين (78٪) والأكسجين (21٪) مع تركيزات ضئيلة من بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والجزيئات الغازية الأخرى. يتكون كوكب المريخ من 96٪ من ثاني أكسيد الكربون و 1.93٪ أرجون و 1.89٪ نيتروجين إلى جانب آثار من الأكسجين والماء. كما أشارت الدراسات الاستقصائية الحديثة إلى وجود كميات ضئيلة من الميثان، بتركيز يقدر بحوالي 30 جزءًا في المليار (ppb).

لهذا السبب، هناك فرق كبير بين متوسط ​​درجة حرارة سطح الأرض والمريخ. تبلغ درجة الحرارة على الأرض 14 درجة مئوية تقريبًا، مع اختلاف كبير بسبب المنطقة الجغرافية والارتفاع والوقت من العام. كانت أعلى درجة حرارة سجلت على الأرض على الإطلاق 70.7 درجة مئوية (159 درجة فهرنهايت) في صحراء لوت (Lut) بإيران، بينما كانت أبرد درجة حرارة -89.2 درجة مئوية (-129 درجة فهرنهايت) في محطة فوستوك (Vostok) السوفيتية على هضبة أنتاركتيكا.

بسبب غلافه الجوي الرقيق وبعده الأكبر عن الشمس، تكون درجة حرارة سطح المريخ أكثر برودة، بمتوسط ​​-46 درجة مئوية (-51 درجة فهرنهايت). ومع ذلك، بسبب محوره المائل وانحرافه المداري، يعاني المريخ أيضًا من اختلافات كبيرة في درجة الحرارة. يمكن رؤيتها في شكل درجة حرارة منخفضة تصل إلى -143 درجة مئوية (-225.4 درجة فهرنهايت) خلال فصل الشتاء عند القطبين، وارتفاعها 35 درجة مئوية (95 درجة فهرنهايت) خلال الصيف ومنتصف النهار عند خط الاستواء.

الغلاف الجوي للمريخ مليء بالغبار أيضًا، ويحتوي على جسيمات يبلغ قطرها 1.5 ميكرومتر، وهو ما يعطي سماء المريخ لونًا باهتًا عند رؤيتها من السطح. يعاني الكوكب أيضًا من عواصف ترابية يمكن أن تتحول إلى ما يشبه الأعاصير الصغيرة. تحدث عواصف ترابية أكبر عندما ينفجر الغبار في الغلاف الجوي وتسخن من الشمس.

لذلك، في الأساس، تتمتع الأرض بجو كثيف غني بالأكسجين وبخار الماء، وهو دافئ بشكل عام ويساعد على الحياة. بينما، يكون المريخ باردًا جدًا بشكل عام، ولكن يمكن أن يصبح دافئًا جدًا في بعض الأحيان. كما أنه جاف جدًا ومغبر كثيرًا.

المجالات المغناطيسية:

عندما يتعلق الأمر بالمجالات المغناطيسية، فإن الأرض والمريخ في تناقض صارخ مع بعضهما البعض. على الأرض، يولِد تأثير الدينامو الناتج عن دوران اللب الداخلي للأرض، بالنسبة لدوران الكوكب، التيارات التي يُفترض أنها مصدر مجالها المغناطيسي. إن وجود هذا المجال له أهمية قصوى لكل من الغلاف الجوي للأرض وللحياة على الأرض بوجه التحديد.

يعمل الغلاف المغناطيسي للأرض بشكل أساسي على تشتيت معظم الجسيمات المشحونة للرياح الشمسية والتي من شأنها تجريد طبقة الأوزون وتعريض الأرض للإشعاع الضار. يتراوح المجال في شدته بين حوالي 25000 و 65000 نانوتيسلا (nT) أو 0.25–0.65 وحدة غاوس (G).

في الوقت الحالي، يحتوي المريخ على حقول مغناطيسية ضعيفة في مناطق مختلفة من الكوكب والتي يبدو أنها من بقايا الغلاف المغناطيسي. تم قياس هذه الحقول لأول مرة بواسطة مساح المريخ العالمي، والذي أشار إلى مجالات ذات قوة غير متسقة تبلغ 1500 نانومتر (~ 16-40 مرة أقل من الأرض). في الأراضي المنخفضة الشمالية، وأحواض التأثير العميقة، ومقاطعة ثارسيس البركانية، تكون قوة المجال منخفضة للغاية. ولكن في القشرة الجنوبية القديمة، التي لم تتأثر بالتأثيرات العملاقة والبراكين، تكون شدة المجال أعلى.

يمكن القول أن هذا دلالة على أن المريخ كان له غلاف مغناطيسي في الماضي، وتختلف التفسيرات حول كيفية فقده. يقترح البعض أنه تم تفجيره، إلى جانب غالبية الغلاف الجوي للمريخ، من خلال تأثير كبير خلال القصف الثقيل المتأخر. هذا التأثير، كما هو منطقي، كان من شأنه أيضًا أن يخل بالتدفق الحراري في قلب المريخ الحديدي، مما يوقف تأثير الدينامو الذي كان من شأنه أن ينتج المجال المغناطيسي.

نظرية أخرى، تستند إلى مهمة مافن (MAVEN) التابعة لوكالة ناسا لدراسة الغلاف الجوي للمريخ، تقول إن المريخ فقد غلافه المغناطيسي عندما برد، مما تسبب في توقف تأثير الدينامو منذ حوالي 4.2 مليار سنة. خلال مئات الملايين من السنين التالية، جردت الرياح الشمسية القوية الجزيئات من الغلاف الجوي للمريخ غير المحمي بمعدل 100 إلى 1000 مرة أكبر من اليوم. وهذا بدوره تسبب في فقدان المريخ للماء السائل الذي كان موجودًا على سطحه، حيث أصبحت البيئة تزداد برودة وجفافًا وغير مضيافة.

الأقمار:

تتشابه الأرض والمريخ أيضًا في أن كلاهما له أقمار تدور حولهما. في حالة الأرض، لدينا القمر الوحيد وهو مصدر المد والجزر على الأرض. لقد عُرف وجوده منذ عصور ما قبل التاريخ، وقد لعب دورًا رئيسيًا في التقاليد الأسطورية والفلكية لجميع الثقافات البشرية. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام حجمها وكتلتها وخصائصها الأخرى كنقطة مرجعية عند تقييم الأقمار الصناعية الأخرى.

القمر هو أحد أكبر الأقمار الطبيعية في النظام الشمسي وهو ثاني أكثر الأقمار كثافة من بين الأقمار التي تُعرف كثافتها أقماره (بعد قمر المشتري Io). قطره 3474.8 كم وذلك ربع قطر الأرض. عند 7.3477 × ²²10 كجم، وكتلته 1.2٪ من كتلة الأرض. ومتوسط ​​كثافته هو 3.3464 جم / سم³، وهو ما يعادل 0.6 تقريبًا من كثافة الأرض. ينتج عن كل هذا أن قمرنا يمتلك جاذبية تبلغ حوالي 16.54٪ من قوة الأرض (المعروفة أيضًا بتعريف 1.62 م / ث²).

يختلف القمر في مداره حول الأرض، من 362600 كم عند نقطة الحضيض إلى 405.400 كم في الأوج. ومثل معظم الأقمار المعروفة داخل نظامنا الشمسي، فإن فترة دوران القمر الفلكي (27.32 يومًا) هي نفس الفترة المدارية. هذا يعني أن القمر مقفل تدريجيًا مع الأرض، حيث يواجه أحد جانبيه الأرض باستمرار، بينما يواجه الجانب الآخر الطرف المعاكس.

بفضل فحوصات صخور القمر التي أعيدت إلى الأرض، تنص النظرية السائدة على أن القمر نشأ منذ ما يقرب من 4.5 مليار سنة من تصادم بين الأرض وجسم بحجم المريخ (يُعرف باسم ثيا). خلق هذا الاصطدام سحابة ضخمة من الحطام بدأت تدور حول كوكبنا، والتي تضافرت في النهاية لتشكل القمر الذي نراه اليوم.

للمريخ قمرين صغيرين، فوبوس وديموس. تم اكتشاف هذه الأقمار في عام 1877 من قبل عالم الفلك أساف هول وتم تسميتها على اسم الشخصيات الأسطورية. تمشيا مع تقليد اشتقاق الأسماء من الأساطير الكلاسيكية فإن فوبوس وديموس هما أبناء آريس – إله الحرب اليوناني الذي ألهم الإله الروماني المريخ. يمثل فوبوس الخوف بينما يرمز ديموس إلى الرعب أو الرهبة.

يبلغ قطر فوبوس حوالي 22 كم (14 ميل)، ويدور حول المريخ على مسافة 9.234.42 كم عندما يكون في فترة الذروة (الأقرب إلى المريخ) و 9517.58 كم عندما يكون في أبوابسيس (الأبعد). على هذه المسافة، يقع فوبوس تحت ارتفاع متزامن، مما يعني أن الأمر يستغرق 7 ساعات فقط للدوران حول المريخ ويقترب تدريجيًا من الكوكب. يقدر العلماء أنه في غضون 10 إلى 50 مليون سنة، يمكن أن يصطدم فوبوس بسطح المريخ أو ينقسم إلى هيكل حلقي حول الكوكب.

في هذه الأثناء، يبلغ قياس ديموس حوالي 12 كم (7.5 ميل) ويدور حول الكوكب على مسافة 23455.5 كم في الحضيض (periapsis) و 23470.9 كم في الأوج (Apoapsis) حيث يكون لها فترة مدارية أطول، وتستغرق 1.26 يومًا لإكمال دورة كاملة حول الكوكب. قد يكون للمريخ أقمار إضافية يقل قطرها عن 50-100 متر (160 إلى 330 قدمًا)، ومن المتوقع وجود حلقة غبار بين فوبوس وديموس.

الحضيض (periapsis) يعني النقطة في المدار حيث تكون المسافة بين الأجسام ضئيلة. والأوج (Apoapsis) هو النقطة في المدار حيث تكون المسافة القصوى بين الأجسام. عند الحديث عن الأرض، تسمى هذه النقاط الحضيض والأوج.

يعتقد العلماء أن هذين القمرين كانا في يوم من الأيام كويكبات تم التقاطها بواسطة جاذبية كوكب المريخ. يدعم كل من البياض المنخفض والتكوين الكوندريتي الكربوني لكلا القمرين – والذي يشبه الكويكبات – هذه النظرية. ويبدو أن مدار فوبوس غير المستقر يشير إلى التقاط حديث. ومع ذلك، فإن كلا القمرين لهما مدارات دائرية بالقرب من خط الاستواء، وهو أمر غير معتاد بالنسبة للأجسام التي تم التقاطها.

أوجه التشابه والاختلاف بين المريخ والأرض

تعتبر الأرض والمريخ كوكبيين جارين في النظام الشمسي، ويشتركان في بعض الميزات، مثل التركيب الصخري، كما أن بينهما اختلافات، مثل الحجم ودرجة الحرارة. على الرغم من أن نفس المواد تشكل الأرض والمريخ، إلا أنهما موجودان بكميات مختلفة. يُعتقد أيضًا أن الكوكبين قد تكوّنا في نفس الوقت تقريبًا، على الرغم من تطوّرهما ليصبحا مختلفين تمامًا. في حين أن الأرض هي موطن للعديد من أشكال الحياة، فإن وجود أي منها على سطح المريخ يظل موضع تساؤل.

يُعتقد أن الأرض والمريخ قد تكثفا من سحابة ضخمة من الغازات الساخنة حول الشمس منذ حوالي 4.6 مليار سنة، وفقًا لوكالة الفضاء الأوروبية. منذ ذلك الوقت، برد كلا الكوكبين ببطء وأخذوا الأشكال الكروية التي نراها اليوم. كلا الكوكبين لهما نوى كثيفة وقشور خارجية صلبة. بالإضافة إلى ذلك، كان للمياه دور في تاريخ كليهما.

الحجم

يبلغ حجم المريخ ضعف حجم القمر ويزيد قليلاً عن نصف حجم الأرض، وفقًا لمركز استكشاف المريخ. يبلغ قطر كوكب المريخ حوالي 6786 كيلومترًا (4217 ميلاً)، مقارنةً بقطر كوكب الأرض، والذي يبلغ حوالي 12756 كيلومترًا (7926 ميلاً). بالإضافة إلى ذلك، فإن كتلة الأرض أكبر بعشر مرات. نظرًا لصغر حجمه وكتلته، تم تبريد المريخ بمعدل أسرع بكثير من الأرض، بعد تكوينه الأولي. أيضًا، أدى انخفاض جاذبيته إلى فقدان المواد المتطايرة بشكل أسرع، مثل الماء والغازات.

الجو والماء

المريخ له غلاف جوي رقيق للغاية يتكون في الغالب من ثاني أكسيد الكربون. يبلغ متوسط ​​الضغط الجوي 7 مليبار ، مقارنة بـ 1013 مليبار على الأرض. بدون الكثير من الغلاف الجوي لحمايته من فقدان الحرارة، تكون درجات الحرارة على سطح المريخ أكثر برودة. وفقًا لـ (NASA Quest)، يبلغ متوسط ​​درجة الحرارة في خطوط العرض الوسطى سالب 50 درجة مئوية (ناقص 58 درجة فهرنهايت). في الليل، يمكن أن تنخفض إلى 60 درجة مئوية تحت الصفر (76 درجة فهرنهايت)، بينما قد تصل درجات الحرارة القصوى خلال النهار إلى 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت).

على الرغم من أن الماء ربما كان موجودًا على سطح المريخ، فقد اختفى منذ فترة طويلة لأسباب غير معروفة. بالمقارنة، فإن سطح الأرض يتكون من ثلثي الماء.

المريخ مستقر والأرض ديناميكية

القشرة الخارجية للأرض تتحرك دائمًا. وهي مقسمة إلى صفائح تتحرك أفقيًا. على النقيض من ذلك، فإن كوكب المريخ مستقر، على الرغم من أنه لا يزال يبدو أن هناك بعض تدفق الصهارة تحت السطح. هذا يجعل حالته الجيولوجية مختلفة جدًا عن حالة الأرض. يؤدي الاستقرار الأكبر على المريخ إلى الحفاظ على ميزاته القديمة جدًا، والتي يعود بعضها إلى حوالي أربع مليارات سنة.

أكثر أوجه التشابه والاختلاف بين المريخ والأرض

نحن قريبون جدًا من إنشاء منزل جديد لأنفسنا في النظام الشمسي – العلماء على بعد خطوة واحدة من تطوير خطة لصنع مستقبل جديد للجنس البشري على كوكب المريخ. منذ ستينيات القرن الماضي، نفذت العديد من دول عالمنا مهمات لمعرفة المزيد عن “الكوكب الأحمر” (المريخ) وكيف يمكن أن يتحول إلى الأرض التالية. لقد تعلموا أن هذا الكوكب النابض بالحياة قد لا يكون بعيدًا كما يبدو.

يطلق العلماء على كوكب المريخ لقب “ابن عم الأرض” لأنهم يتشاركون في عدد من أوجه التشابه. هناك أيضًا بعض الادعاءات بأن المريخ كان يومًا ما يشبه الأرض أكثر مما هو عليه الآن؛ تستضيف المياه على سطحه وحتى الحياة. دعونا نتعمق أكثر في أوجه التشابه والاختلاف بين المريخ وابن عمه، الأرض:

1. درجة حرارة السطح

 المريخ: متوسط ​​درجة الحرارة: -81 درجة فهرنهايت (-62.8 درجة مئوية)

أعلى درجة حرارة: 70 درجة فهرنهايت (20 درجة مئوية) عند ظهر خط الاستواء في الصيف

أدنى درجة حرارة: -225 درجة فهرنهايت (-135 درجة مئوية) عند القطبين

الارض: متوسط ​​درجة الحرارة: 57 درجة فهرنهايت (13.9 درجة مئوية)

أعلى درجة حرارة: 136.4 درجة فهرنهايت (58 درجة مئوية) تم قياسها في العزيزية، ليبيا عام 1922

أدنى درجة حرارة: -128 درجة فهرنهايت (-89.2 درجة مئوية) في القارة القطبية الجنوبية التي سجلتها محطة فوستوك 1983

الخلاصة: على الرغم من أن الأرض والمريخ يشهدان تغيرات موسمية متشابهة إلى حد ما، حيث يصل سطح المريخ إلى درجات حرارة منخفضة للغاية، في الوقت الحالي، سيكون من الصعب للغاية الحفاظ على حياة الإنسان على سطحه. ومع ذلك، بدلاً من الابتعاد عن هذا التحدي، سمح العلماء له بتحفيزهم على ابتكار طرق ممكنة للتحكم في درجات الحرارة على سطح المريخ.

متوسط ​​درجة الحرارة على سطح المريخ -81 درجة فهرنهايت (-62.8 درجة مئوية) أقل من متوسط ​​درجة الحرارة على الأرض 57 درجة فهرنهايت (13.9 درجة مئوية). على الرغم من أن الأرض، في المتوسط​​، أكثر دفئًا بشكل ملحوظ من المريخ، إلا أن هناك أماكن على الأرض غير صالحة للسكن خلال المواسم الباردة بسبب درجات الحرارة شديدة البرودة، مثل القارة القطبية الجنوبية.

2. طول الأيام والسنوات

أ. طول الأيام

المريخ: متوسط ​​طول اليوم: 24 ساعة و 37 دقيقة

الارض: متوسط ​​طول اليوم: 23 ساعة و 56 دقيقة

الخلاصة: طول اليوم على المريخ أطول من يوم على الأرض بحوالي 40 دقيقة.

ب. طول العام

مدار كوكب المريخ والأرض ، مقارنة بين كوكب الأرض والسنة والمدار [NASA / JPL-Caltech].

المريخ: طول السنة: 687 يومًا أرضيًا أو 669 يوم مريخي (يوم المريخ)

كوكب الأرض: طول السنة: 365.25 يومًا

الخلاصة: مدار كوكب المريخ أوسع من مدار الأرض، مما يجعل عامًا على المريخ أطول بنحو 321.75 يومًا على الأرض.

3. الأقمار

المريخ: عدد الأقمار: قمرين

أسماء الأقمار فوبوس وديموس.

تفاصيل القمر: يبلغ قطر القمر فوبوس 13.8 ميلاً (22.2 كم) وكتلته (1.08 × 1016 كجم)، بينما يبلغ قطر القمر ديموس  7.8 ميلاً (12.6 كم) وكتلته (2 × ¹⁵10) كلغ

الارض: عدد الأقمار: قمر واحد

تفاصيل القمر: يبلغ قطر قمر الأرض 2158.7 ميل (3474.2 كم) وكتلته (7.342 × ²²10 كجم)

الخلاصة: للمريخ قمرين: فوبوس وديموس. فوبوس أكبر وأثقل من ديموس. عند مقارنة قمر الأرض بفوبوس (أكبر أقمار المريخ)، فإن وزن قمر الأرض يزيد بحوالي 6.79 مليون مرة عن فوبوس، في حين أن قطر قمر الأرض أطول بـ 156.49 مرة من فوبوس.

4. مستويات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون

المريخ: مستوى الأكسجين: 0.1٪ مستوى ثاني أكسيد الكربون: 96٪

الأرض: مستوى الأكسجين: 21٪ مستوى ثاني أكسيد الكربون: 0.0391٪

الخلاصة: مستويات الأكسجين المنخفضة تؤثر على البشر بشكل كبير: عندما تنخفض مستويات الأكسجين إلى 9٪ في أي مكان، يصبح الإنسان فاقد الوعي. إذا انخفض هذا المستوى أكثر إلى ما بين 6-7٪، فسوف يتسبب في الوفاة في غضون دقائق.

5. الغلاف الجوي

أ. سماكة الغلاف الجوي:  سمك الغلاف الجوي على كوكب المريخ أرق 100 مرة من الغلاف الجوي لكوكب الأرض

ب. الضغط الجوي:

المريخ: متوسط ​​ ضغط السطح: 610 باسكال

الارض: متوسط ​​ الضغط السطحي: 98500 باسكال

الخلاصة: الغلاف الجوي للأرض أكثر سمكًا بمئة مرة من الغلاف الجوي للمريخ، مما يجعل الحياة ممكنة على الأرض؛ أي حماية الأرض وتنوعها الغني في الحياة من الإشعاع الشمسي الضار.

ضغط سطح الأرض أكبر 180 مرة من ضغط سطح المريخ.

6. ألوان الكواكب

المريخ: اللون عند مشاهدته من الأرض: أحمر اللون في الغالب عند مراقبته من سطح المريخ: الحلوى، والذهبي، والبني، والأخضر

الارض: اللون: في الغالب أخضر وأزرق وأبيض وبني

الخلاصة: بينما يظهر المريخ باللون الأحمر عندما ننظر إليه من الأرض، فإن لونه يكون في الأساس زبدًا عند النظر إلى ما وراء غلافه الجوي وعلى سطحه.

7. البعد عن الشمس

المريخ: متوسط ​​المسافة من الشمس: 142 مليون ميل (228.5 مليون كيلومتر)

أبعد مسافة عن الشمس (ابيهيليون): 154.8 مليون ميل (249.13 مليون كيلومتر) – هذه الحالة في مدار المريخ تحدث في الخامس من يوليو من كل عام.

أقصر مسافة من الشمس (بيريهيليون): 128.4 مليون ميل (206.64 مليون كيلومتر) – هذه الحالة في مدار المريخ تحدث في الرابع من يناير من كل عام.

الارض: متوسط ​​المسافة من الشمس: 93 مليون ميل (149.7 مليون كيلومتر)

أبعد مسافة عن الشمس (ابيهيليون): 94.5 مليون ميل (152 مليون كيلومتر) – هذه الحالة في مدار الأرض تحدث في حوالي الخامس من يوليو من كل عام.

أقصر مسافة من الشمس (بيريهيليون) 91.4 مليون ميل (152 مليون كيلومتر) – يحدث هذا المثال في مدار الأرض في الرابع من كانون الثاني (يناير) من كل عام تقريبًا.

الخلاصة: يبعد المريخ 1.5 مرة عن الشمس مقارنة بالأرض (في المتوسط).

8. الجاذبية

المريخ: قوة الجاذبية: 0.375 من قوة الجاذبية على الأرض

الارض: قوة الجاذبية: 2.66 من قوة الجاذبية على المريخ

الخلاصة: إن الجاذبية على المريخ أقل بنسبة 62.5٪ من الجاذبية على الأرض، مما يعني أنك إذا كنت تزن 100 رطل على الأرض، فإنك ستزن 37.5 رطلاً فقط على المريخ! لذا، إذا كنت ستقفز على المريخ، فإن ارتفاع قفزتك سيكون أعلى بثلاث مرات تقريبًا مما لو قفزت على الأرض باستخدام نفس القدر من القوة.

9. الجبال

المريخ: أعلى جبل على سطح المريخ: أوليمبوس مونس (بركان درعي يبلغ قطره 624 كيلومترًا (374 ميلًا) وارتفاعه 25 كيلومترًا (16 ميلًا) – مما يجعله أكبر بركان في المجموعة الشمسية)

الارض: أعلى جبل على وجه الأرض: جبل إيفرست (ارتفاع 8.85 كم (5.5 ميل))

الخلاصة: يتباهى المريخ بأكبر بركان في المجموعة الشمسية (أوليمبوس مونس)، والذي يبلغ ارتفاعه 25 كم (16 ميل) – 2.82 ضعف ارتفاع أعلى جبل على الأرض: جبل إيفرست.

10. الوديان الضيقة

المريخ: أكبر واد على سطح المريخ هو وادي فاليس مارينيريس (Valles Marineris) أو “The Grand Canyon of Mars”. وهذا هو أكبر واد في المجموعة الشمسية. يمتد أكثر من 3000 كيلومتر (1864 ميل) في الطول ويمتد بقدر 600 كيلومتر (372.8 ميل) في العرض. يغوص فاليس مارينيريس بعمق 8 كيلومترات (5 ميل) مذهلة في سطح المريخ .

الارض: أكبر وادٍ على وجه الأرض هو يارلونق تسانكبو (Yarlung Tsangpo Grand Canyon) والذي يمتد لمسافة 500 كيلومتر (300 ميل).

الخلاصة: يمتلك المريخ أكبر واد في النظام الشمسي بأكمله: فاليس مارينيريس ، الذي يبلغ طوله المذهل 3000 كيلومتر (1864 ميل) – 6 مرات أطول من أطول وادٍ على الأرض (يارلونغ تسانجبو).

11. العمر

المريخ: وقت التكوين قبل 4.5 مليار سنة

الارض: وقت التكوين قبل 4.7 مليار سنة

الخلاصة: الأرض أقدم قليلاً من المريخ بحوالي 0.2 مليار سنة. ومع ذلك، تم تشكيل كلا الكوكبين تقريبًا في نفس الفترة الزمنية.

12. الكتلة

المريخ: 6.42 × 1023 كجم

الارض: 5.97 × 1024 كجم

الخلاصة: إن الأرض أثقل 9.2 مرة من المريخ.

ملخص

على الرغم من أن المريخ والأرض لهما بعض الاختلافات المهمة، إلا أن المريخ لا يزال مفتاح مستقبل حياة الإنسان. ففي حين أن درجات الحرارة ومستويات الأكسجين ومستويات ثاني أكسيد الكربون وسماكة الغلاف الجوي على المريخ في الوقت الحالي تجعله مكانًا غير صالح للسكن، يعمل العلماء بجد لاكتشاف كيف يمكن أن تكون الحياة على المريخ ممكنة يومًا ما.

وفي حين أن الأرض بها قمر واحد كبير وكثيف جدًا، فإن للمريخ قمرين صغيرين ويدوران حوله على مسافة قريبة نسبيًا. وفي حين أن قمر الأرض تشكل من حطام الأرض بعد اصطدام شديد، من المحتمل أن أقمار المريخ كانت كويكبات تم التقاطها.

باختصار، بالمقارنة مع الأرض، فإن المريخ كوكب صغير جدًا وجاف وبارد ومغبر. لديه جاذبية منخفضة نسبيًا ولا يوجد به هواء قابل للتنفس. والسنوات هي أيضًا طويلة جدًا، في الواقع ضعف ما كانت عليه على الأرض. ومع ذلك، يمتلك الكوكب نصيبه العادل من الماء (وإن كان معظمه في شكل جليدي)، وله دورات موسمية مشابهة للأرض، وتغيرات في درجات الحرارة متشابهة، ويوم طويل تقريبًا.

كل هذه العوامل يعمل العلماء على معالجتها ليتمكن البشر العيش في المريخ. وبينما يمكن التعامل مع بعض المعوقات، يجب التغلب على البعض الآخر أو التكيف معها. ومن أجل ذلك، سيتعين الاعتماد بشكل كبير على التقنية (أي الاستصلاح والهندسة الجيولوجية). ولربما يحالف التوفيق أولئك الذين يرغبون في المغامرة بالذهب للعيش في المريخ، والذين لا يخططون للعودة إلى الأرض! فليس هناك شيء مستبعد.

المصادر:

1. https://www.nasa.gov/audience/foreducators/5-8/features/F_JASON_Expedition.html

2. https://phys.org/news/2015-12-mars-earth.amp

3. https://sciencing.com/similarities-differences-mars-earth-8425570.html

4. https://www.thespacemystery.com/mars-planet/top-similarities-and-differences-between-mars-and-earth/amp/

5.    https://en.wikipedia.org/wiki/JASON_Project

6.  http://www.jason.org.

7.  https://www.nasa.gov/audience/forstudents/postsecondary/features/F_Canali_and_First_Martians.html

8.  https://solarsystem.nasa.gov/basics/chapter1-2/#:~:text=The%20planets%20Mercury%2C%20Venus%2C%20Earth,planets%20in%20the%20solar%20system.

9.  https://www.britannica.com/science/Julian-calendar

10.  https://www.orbitaleos.com/orbital-mechanics-1/#:~:text=The%20periapsis%20is%20how%20it,are%20called%20perigee%20and%20apogee