بفضل الوكالة اليابانية لاستكشاف الفضاء (JAXA) وبراعتها في جمع العينات، نحن على وشك الحصول على أول عينة من نظام المريخ. ليس من المريخ نفسه، بل من قمره الأكبر فوبوس. من المقرر إطلاق مهمة استكشاف أقمار المريخ (MMX) من JAXA في أكتوبر، وستصل إلى فوبوس في عام 2027، وإذا كانت ناجحة، ستعيد عينة من القمر إلى الأرض في عام 2031.

يتطلب تنفيذ مهمة جمع العينات الكثير من العمل المسبق. يجب أن يفهم العلماء الكائن الذي يجمعون منه العينات بشكل جيد لتوفير سياق لعيناتهم. بالنسبة للكثير منا، قد تبدو الصخور متشابهة. لكن بالنسبة للعلماء، حتى بعض جرامات الأرياح تحتوي على معلومات هامة. وفهم تلك المعلومات بعمق يمكن أن يعتمد على السياق.

أنشأ باحثان أوروبيان أطلسًا لسطح فوبوس سيساعد العلماء على فهم أنشطة جمع العينات للمهمة MMX. قدموه في رسالة بحثية بعنوان “السطح الديناميكي لفوبوس: أطلس مورفوديناميكي”، نُشرت في مجلة رسائل علوم الأرض والكواكب. المؤلفون هم إيزابيل هيريروس من المركز الإسباني لعلم الأحياء الفلكية في مدريد، وسكسيستين شارنوز من معهد فيزياء الكرة الأرضية في باريس.

على الرغم من كونه كتلة صخرية صغيرة يصل قطرها إلى حوالي 11 كيلومترًا، إلا أن لفوبوس تاريخًا مثيرًا للاهتمام، حتى وإن كنا غير متأكدين منه. قد يكون كويكبًا عبارة عن كومة من الحطام بغلاف رقيق يتعرض ببطء للتفكك بواسطة التفاعلات المدية مع المريخ. وهو مشابه لبعض الكويكبات، مما يعني أنه قد يكون كويكبًا مُلتقطًا. أو يمكن أن يكون قمرًا ناتجًا عن مادة تطايرت إلى مدار حول المريخ بعد اصطدامه مع جسم آخر. قد يكون أيضًا نتيجة لنوع من العمليات الهجينة.

تعكس أصوله المعقدة البيئة الديناميكية التي يقع فيها. يكتب المؤلفون “يتطور فوبوس في بيئة ديناميكية للغاية حيث يتحكم انزلاق المادة السطحية في تأثيرات الجاذبية الذاتية، والأمواج المدية المرتبطة بالمريخ، والقوى الجُرمية.” يتطلب هذا الديناميكية فهم الحركة على سطح فوبوس بشكل خاص.

ما يقصدونه هو أن الصخور لا تنزلق فقط إلى أسفل كما تفعل على الأرض. تهيمن جاذبية الأرض على هذه العملية، والاعتبارات المدية ليست ذات صلة. على فوبوس، الأمور مختلفة تمامًا، وقد أنشأ الباحثون أطلسهم لتوضيح تدفق المادة.

لإنشاء أطلسهم الديناميكي، استخدم الباحثون نموذجًا رقميًا للسطح (DTM) لفوبوس. وقد سجل هذا النموذج جميع ميزات سطح القمر، بما في ذلك الأخاديد، والشرائط، والانزلاقات الأرضية. وشمل أيضًا تضاريس بها حفر تأثيرية نادرة، وأبرزها فوهة ستكني، ووحدات طيفية مختلفة.

هناك الكثير من الأدلة على حركة المادة السطحية على سطح فوبوس، وعلى جسم صغير كهذا، ليست الجاذبية القوة الوحيدة وراء الحركة. “في بيئة فوبوس ذات الجاذبية المنخفضة، يتم التحكم في استقرار المادة السطحية وحركتها ليس فقط من خلال التضاريس المحلية ولكن أيضًا من خلال القوى المدارية والدورانية (الطرد المركزي، المدية، وكوريوليس)”، كما يكتب المؤلفون.

قام الباحثون برسم خريطة الاتجاهات التسارعية على سطح فوبوس، ومساعدتها في تحديد الميزات الديناميكية حيث كانت الاتجاهات منظمة بطرق محددة.

وفرت هذه الخرائط الديناميكية والرسم البياني معلومات فقط عن اتجاه التسارع المحلي بالنسبة للتضاريس المحلية، مما لا يوفر سوى نظرة بسيطة على حركة الأرياح عند سطح فوبوس. كان عليهم التعمق أكثر، ويتضمنوا كل من القوى الطاردة والمدية.

لقد درست أبحاث أخرى السطح وحددت مناطق عدم استقرار على فوبوس، حيث من المحتمل أن يتم إزاحة المادة منها. لكن لم يتم تحديد إلى أين من المحتمل أن تذهب هذه المادة المتحركة. بما أن MMX ستجمع حوالي 10 جرامات من المادة، فمن المحتمل أن تكون المادة قد تدفقت عبر السطح في الماضي. من خلال تضمين الجاذبية والدوران والأمواج المدية، سيظهر الأطلس كيف حدث ذلك.

“لفهم كيفية إعادة توزيع الأرياح على سطح فوبوس، من الضروري نموذج الحركة الديناميكية للمادة السطحية تحت التأثير المشترك للجاذبية، والأمواج المدية، والدوران، وأيضًا الاحتكاك” كما يوضح الباحثون. توفر زوايا الاحتكاك، الثابتة والديناميكية، تحديدًا لكيفية سهولة بدء المادة في الحركة، ومدى بُعدها قبل أن تتوقف.

استخدم المؤلفون نموذجهم الرقمي (DTM) والفترة الزمنية الخاصة بهم لنمذجة كيفية انتقال المادة عبر سطح القمر. لم يكن هدف النموذج هو تحديد المناطق غير المستقرة حيث من المحتمل أن يتم إزاحة المادة. بدلاً من ذلك، حدد مسارات هجرة الأرياح.

إن النموذج يكشف عن “… مناطق ديناميكية متماسكة على نطاق واسع وشبكة Sparse لمسارات نقل الأرياح، والتي تسمى هنا مسارات هجرة الأرياح (RMPs)”، كما يكتب المؤلفون.

ترتبط نهايات RMPs بأراضٍ ذات تضاريس منخفضة ومعالجة طيفيًا نحيلاً وملسًا. وهذا يتسق مع منطقة تم ملؤها بالأرياح على مدى فترة طويلة، مما يشكل غلافًا ترسيبيًا.

في المناطق الأعلى، ذات التضاريس الأكثر خشونة، والكثير من الحفر الصغيرة، وأيضًا “منحدرات طيفية زرقاء”، هي مناطق نشطة أو مناطق فقدت الأرياح الرخوة. أما التضاريس ذات المظهر الأحمر فهي مناطق خشنة لا تتعرض للازدهار بحركة الأرياح. هذه المناطق أقدم، وأسطحها ليست معرضة للعديد من التغيرات.

“تشير هذه الأنماط مجتمعة إلى أن الكثير من السطح الخاص بفوبوس ونمطه الطيفي يمكن تفسيره من خلال إعادة توزيع الأرياح على مدى فترة طويلة مدفوعًا بمجال التسارع السطحي على طول RMPs”، كما يوضح الباحثون.

نظرة سريعة على الشكل أعلاه، بدون تحليل أعمق، تظهر أن RMPs تمتد على طول الفوهات الكبرى.

“تحت هذا الافتراض الصعب (بمعنى زاوية الاحتكاك 30 درجة)، نجد أن: (i) يتم تحديد النقل المنحدر داخل الفوهات الكبرى، وأيضًا على طول منحدر ستكني الخارجي الشرقي؛ (ii) لا يتم العثور على نقل كبير في معظم الميزات الديناميكية”، كما يكتب المؤلفون.

كما عمل الباحثون مع زاوية احتكاك تبلغ 14 درجة، والتي يقولون إنها “غير مخصصة لتمثيل الحركة العفوية الحالية”، ومع ذلك، تعرض مسارات RMPs على نطاق واسع قد تكون قد عملت في الماضي.

بالنسبة للنماذج ذات الزوايا المختلفة، يكتب المؤلفون “معًا، تحدد هذه المسارات المناطق الديناميكية النشطة حيث يمكن أن تساهم حركة الأرياح على المدى الطويل في إعادة تشكيل السطح، وملء الفوهات، وتطوير التغيرات الطيفية والمورفولوجية.”

ما يترتب على ذلك هو فهم مواقع جمع العينات لمهمة MMX. ستقوم MMX بأخذ عينتين من مناطق رئيسية على فوبوس؛ واحدة بالقرب من نقطة ما دون المريخ وأخرى بالقرب من نقطة عكس المريخ. توضح هذه الأعمال أن هذه “بيئات سطحية متميزة بها تواريخ أرياح متباينة”.

في موقع ما دون المريخ، يتراكم مادة من منحدر فوهة ستكني الخارجي الشرقي والتضاريس المجاورة. ينبغي أن تتكون تلك المادة من أرياح عتيقة ومختلطة جيدًا تأتي من مصادر متعددة. ستكون قد تعرضت لطقس الفضاء لفترة طويلة وستكون قديمة.

أما في نقطة عكس المريخ، فهناك المزيد من النشاط وقد تُواصل الأرياح الحركة. “وبالتالي، عينات من هذه المنطقة قد تتضمن مادة شابة وأقل تعرضًا، مما قد يحافظ على معلومات حول السطح الأكثر أصالة لفوبوس أو ما دون سطحه الضحل”، كما يوضح المؤلفون.

على الرغم من ذلك، يشير المؤلفون إلى أن هناك بعض التبسيطات الضرورية في نموذجهم. على سبيل المثال، لا يتضمن تأثير تسارع فوبوس. كما أن النموذج لا يفترض “الهيكل الداخلي للمادة السطحية، وسلوكها اللزج، أو خصائصها الميكانيكية المفصلة”. بما في ذلك مدى قدرة الحصى الفردية على الالتصاق ببعضها البعض، والتفاصيل الدقيقة الأخرى.

“بشكل عام، establishes هذا العمل إطارًا منهجيًا لتفسير نقل السطح على فوبوس ولتوسيع العيّنات المستقبلية لمهمة MMX ضمن سياقها الجيومورفولوجي ونقلها الأوسع”، كما يستنتج المؤلفون.