فوبوس وأقمار المريخ: اليابان تستعد لمهمة عودة

ماذا حدث

تمضي اليابان قُدماً في خطط إرسال مركبة فضائية روبوتية متطورة إلى قمر المريخ الأكبر، فوبوس، بهدف جمع مواد من سطحه وإعادتها إلى الأرض. وتصف تقارير مجلة New Scientist وتحديثات رسمية من NASA Science هذه المبادرة بأنها جهد دولي للإجابة عن تساؤلات قائمة منذ زمن طويل بشأن كيفية تشكل أقمار المريخ. ستتوجه المهمة إلى البيئة المدارية للمريخ، وتجري مسوحات تفصيلية للنظام المريخي، وتهبط لفترة وجيزة على سطح فوبوس. وخلافاً لمهمات التحليق بالقرب من الهدف أو المركبات المدارية التي تعتمد كلياً على الأجهزة الموجهة عن بُعد، تهدف هذه المساعي إلى تأمين عينات فيزيائية من الثرى وإعادتها إلى المختبرات الأرضية لإجراء تحليل جيوكيميائي شامل. وتساهم وكالات فضاء دولية بحمولات علمية بالغة الأهمية ودعم لوجستي لهذا المشروع. وتوثق NASA Science مشاركة مباشرة في تطوير الأجهزة، مما يعكس أولوية مشتركة لدى مجتمع علوم الكواكب لدراسة منشأ نظام الأقمار التابعة للمريخ وتطوره.

ما نعرفه

فوبوس جرم غير منتظم الشكل يبلغ قياسه نحو سبعة وعشرين كيلومتراً عبر أطول أبعاده، ويدور حول المريخ على مسافة أقرب مقارنة بأي قمر معروف آخر يدور حول كوكبه الأساسي. ويُعد مداره منخفضاً بشكل استثنائي، ودائرياً، ومحاذياً بدرجة وثيقة للمستوى الاستوائي للمريخ، مما يجعل فوبوس يكمل دورة كاملة حول المريخ في ما يزيد قليلاً عن سبع ساعات ونصف، وهو زمن أسرع من فترة الدوران الخاصة بالكوكب نفسه. يُبدي سطح القمر انعكاسية ضوئية منخفضة للغاية، مظهراً خصائص طيفية داكنة تشبه الكويكبات الكوندريتية الكربونية التي توجد عادة في حزام الكويكبات الرئيسي الخارجي. ولطالما أوحت هذه البصمات الطيفية للباحثين بأن فوبوس ورفيقه الأصغر ديموس قد يكونان كويكبين بدائيين دُفعا إلى الداخل واقتنصهما حقل الجاذبية للمريخ في وقت مبكر من تاريخ النظام الشمسي. ومع ذلك، يواجه علماء الديناميكا صعوبات عميقة في التوفيق بين الالتقاط الجذبي والمعاملات المدارية الحالية لأقمار المريخ. فعندما تُحتجز أجرام صغيرة غير مقيدة بفعل جاذبية كوكب، فإنها تدخل بوجه عام في مسارات شاذة أو شديدة الميل أو مضطربة، ما يتطلب آليات تبديد معقدة للاستقرار في مدارات استوائية ضيقة وشبه دائرية. وبسبب هذه القيود المدارية، تقترح فرضية بديلة أن اصطداماً هائلاً ضرب المريخ في مراحله المبكرة، قاذفاً كميات ضخمة من قشرة الكوكب ووشاحه إلى المدار. ومع مرور الوقت، تجمعت حلقة الحطام هذه لتشكل أقماراً صغيرة، نشأت بصورة طبيعية في مدارات استوائية شبه دائرية حول خط استواء الكوكب.

ما لا نعرفه

لا يزال الأصل الأساسي لفوبوس وديموس غير محسوم كلياً بسبب عدم كفاية البيانات المستمدة من قياسات الاستشعار عن بُعد الحالية. ومن دون تحليل نظائري وبترولوجي مباشر في المختبر لعينات فيزيائية، لا يستطيع الباحثون إثبات ما إذا كان القمر يمثل مادة كويكبية بدائية ملتقطة أم مقذوفات ناتجة عن اصطدام أُعيد تدويرها من المريخ المبكر بصورة قاطعة. ولا يعلم العلماء بعد مدى تأثر الثرى السطحي لفوبوس بالتجوية الفضائية المستمرة، وقصف النيازك الدقيقة، والتعرض المتواصل للإشعاع الكوني. وتستطيع هذه العمليات تغيير الأطياف الضوئية بدرجة كبيرة، عبر جعل الأسطح الفلكية أكثر قتامة ومائلة للاحمرار على نحو يحاكي تركيبات الكويكبات الكربونية. ومن غير المعروف أيضاً مقدار المواد الناشئة من سطح المريخ نفسه التي ترسبت على فوبوس عبر مليارات السنين. فالاصطدامات الكبيرة على المريخ غالباً ما قذفت شظايا صخرية إلى المدار، وتشير النماذج الديناميكية إلى أن فوبوس لا بد وأنه التقط كميات ملحوظة من المقذوفات المريخية القديمة، غير أن تركيز هذا التلوث التبادلي وحالته يظلان غير مقاسين. وأخيراً، لا تزال السلامة البنيوية الداخلية لفوبوس غير محددة. ولا يمكن لعلماء الكواكب بعد التحقق مما إذا كان القمر كتلة صخرية متماسكة ومتصدعة، أم كومة ركام منخفضة الكثافة تتألف من شظايا مجمعة بتراخٍ تتماسك بفعل جاذبية ذاتية ضئيلة للغاية.

الادعاءات

يجادل مؤيدو فرضية الكويكب الملتقط بأن البياض المنخفض، والكثافة الكلية المتدنية، وأطياف الانعكاس المسطحة والخالية من المعالم الملحوظة عبر فوبوس هي بصمات لا لبس فيها لمواد كويكبية كربونية بدائية. وبحسب هذا التفسير، يمثل القمر أثراً باقياً من حزام الكويكبات الخارجي أو النظام الشمسي الخارجي المبكر، حُفظ في مدار يتقاطع مع المريخ ثم أُسر لاحقاً. وعلى العكس من ذلك، يزعم أنصار فرضية الاصطدام العملاق أن الالتقاط الجذبي في مدارات شبه دائرية ومشتركة المستوى هو أمر غير محتمل إحصائياً في ظل نماذج ميكانيكا المدارات المعروفة. ويؤكد هؤلاء أن قرص حطام ناتجاً عن اصطدام هو وحده ما يمكن أن يفسر المحاذاة الاستوائية الدقيقة لكل من فوبوس وديموس، متوقعين أن العينات المعادة ستكشف عن معادن سيليكات وتركيبات نظائرية ترتبط مباشرة بوشاح المريخ وقشرته المبكرة. ويتوقع مخططو المهمة أن جمع الثرى السطحي من فوبوس سيحقق هدفاً علمياً مزدوجاً. فمن خلال أخذ عينات من الطبقة العليا، تهدف المهمة إلى جمع كل من الأساس الصخري الأصلي لفوبوس والجزيئات الدقيقة من صخور المريخ التي قذفتها الاصطدامات إلى الفضاء عبر العصور الجيولوجية، مما يوفر فعلياً عينة غير مباشرة من المريخ القديم إلى جانب الجيولوجيا الأصلية للقمر.

ما تم التحقق منه

تؤكد وثائق المهمة التي تم التحقق منها من NASA Science والتقارير الصادرة عن New Scientist أن بنية المهمة تشمل أنظمة فرعية مخصصة للهبوط وأخذ العينات. وقد طور المهندسون آليات أخذ عينات مزدوجة، تجمع بين أنظمة تعمل بضغط الغاز وأدوات حفر لبّية مصممة للتفاعل مع بيئة السطح ذات الجاذبية الصغرى في فوبوس. وصُممت أنظمة جمع العينات بالضغط الهوائي لاستخدام الغاز المضغوط لتوجيه حبيبات الثرى السائبة والغبار إلى أوعية الاحتواء خلال عمليات التلامس السطحي الوجيزة. وبالتوازي مع ذلك، هُندست أنظمة الحفر اللبّي الميكانيكية لاختراق ما تحت الغطاء الخارجي المعرض للتجوية المباشرة، لاستخراج مواد متماسكة من طبقات أعمق ظلت محمية من الإشعاع الفضائي والرياح الشمسية الحديثة. وقد أثبتت الاختبارات المكثفة في بيئات تحاكي الفراغ والجاذبية المنخفضة المعايير التشغيلية لأدوات الجمع هذه. وتوضح الاختبارات الأرضية أن الجمع بين أداة جمع سطحية بمساعدة الغاز ومثقاب ميكانيكي يزيد إلى أقصى حد من احتمالية تأمين الكتلة المستهدفة المطلوبة للتحليل النظائري الشامل فور العودة إلى الأرض. وتؤكد حسابات التتبع والمسار المستقلة أن فوبوس يظل هدفاً متاحاً لإعادة العينات من الأجرام الصغيرة نظراً لبئر جاذبيته الضعيفة، مما يسمح للمركبة الفضائية بالهبوط وأخذ العينات والمغادرة بمتطلبات وقود دفع أقل بكثير مقارنة بما هو ضروري للهبوط على المريخ نفسه.

تفسيرات متنافسة

• محتمل: تكتل فوبوس وديموس من حطام قذفه اصطدام هائل على المريخ، وهو ما يفسر مداراتهما الاستوائية شبه الدائرية.
• محتمل: القمَران كويكبان بدائيان التقطهما حقل الجاذبية للمريخ، بما يتوافق مع أطيافهما الضوئية وأشكالهما غير المنتظمة.

ما قد يغير تقييمنا

سيتغير الوضع الحالي المتمثل في نقص البيانات بشكل قاطع بمجرد إحكام إغلاق العينات الفيزيائية في غرف نظيفة على الأرض وإخضاعها لقياس الطيف الكتلي عالي الدقة والتحليل النظائري. إذ تمتلك المختبرات على الأرض أدوات تحليلية تفوق بحجم هائل أي مطياف مصغر يمكن تثبيته على مسبار آلي مخصص للفضاء السحيق. إن قياس نسب نظائر الأكسجين المستقرة (وتحديداً الأكسجين-16، والأكسجين-17، والأكسجين-18) سيختبر على الفور النموذجين المتنافسين للمنشأ. فإذا تطابقت نسب نظائر الأكسجين مع البصمة الكوكبية المميزة التي حددتها نيازك المريخ، فسيقدم ذلك دليلاً قاطعاً على أن فوبوس تكتل بالأساس من حطام مشتق من المريخ ناتج عن اصطدام عملاق. أما إذا أظهرت المواد المعادة تركيبات نظائرية ومحتويات من المواد المتطايرة تميز الكوندريتات الكربونية أو المواد المذنبة—بما ينفصل تماماً عن خط الأساس للتمايز المريخي—فإن فرضية الكويكب الملتقط ستتأكد. وفي تلك الحالة، سيتعين على علماء الفيزياء الفلكية النظرية مراجعة نماذج الالتقاط الديناميكي لتفسير كيفية استقرار مثل هذا الجرم في مدار استوائي دائري. وسيحدد الكشف عن المركبات العضوية والمعادن المائية وبصمات نظائر الغازات النبيلة المحتجزة داخل المصفوفة المعدنية التاريخ الحراري والمسار التطوري للجرم الأم بصورة أكبر. كما أن أي رصد قاطع لشظايا قديمة وبكر من قشرة المريخ داخل الثرى سيفتح الباب في الوقت نفسه أمام سجلات مباشرة للبيئة الجوية والجيوكيميائية المبكرة للمريخ.