للمرة الأولى، يوفر مطياف الأشعة تحت الحمراء الحراري الإماراتي الخاص بمهمة الأمل لاستكشاف المريخ (EMIRS) قياساتٍ لدرجة حرارة السطح على مدار اليوم المحلي، مغطّيةً معظم الكوكب. نتيجةً لذلك، أصبح بالإمكان الآن مقارنة القياسات المدارية لدرجة حرارة السطح مع تلك التي أُجريت بواسطة المركبات الجوالة خلال نفس الفترة الزمنية. نستخدم بيانات التغير اليومي لدرجة الحرارة من محطة مراقبة البيئة الجوالة (REMS) على متن مختبر العلوم المريخية (MSL) “ٱلْفَضُولُ”، ومحلل ديناميات البيئة المريخية (MEDA) على متن مركبة مريخ 2020 “ٱلْمُثَابَرَةُ”، بين يونيو وأغسطس 2021، ونقارنها بملاحظات EMIRS وتقديرات نموذج قاعدة بيانات مناخ المريخ (MCD). تشير النتائج إلى أنه، على الرغم من التوافق الممتاز في الاتجاه العام لتغير درجة الحرارة عبر المهام، تميل قياسات EMIRS إلى أن تكون أقلّ منهجيّةً خلال الليل مقارنةً بقياسات مركبة مريخ 2020. ويُعزى جزء كبير من هذا الاختلاف إلى الدقة المكانية الأقلّ لقياسات EMIRS مقارنةً بالمركبات الجوالة، مما يؤدي إلى انخفاض التباين الحراري المتوسط في المناطق المراقبة، إلى جانب عوامل أخرى. نناقش تداعيات هذه النتائج على تحسين فهمنا لمناخ المريخ، بما يسهم في تعزيز نمذجة التنبؤات الجوية المحلية ودعم المهمات الروبوتية والمأهولة في المستقبل.
يُعَدُّ تحوُّلُ المريخ من كوكبٍ دافئ ورطب يحتمل أن يكون صالحًا للسكن إلى كوكبٍ بارد وجاف كما هو عليه اليوم، مجالًا نشطًا لأبحاث وكالات الفضاء حول العالم (vago2015esa, zurbuchen2017mars, bhardwaj2014indian, amiri2022emirates). ويُعْتَبَر فهم هذا التحول أمرًا أساسيًا، ليس فقط لفهم تطور المريخ، بل أيضًا لاكتساب فهمٍ أفضل لتطور الأرض والكواكب الأخرى في المجموعة الشمسية وخارجها (sagan1972earth, jakosky2021atmospheric). وتوفر لنا العمليات الجوية والسطحية الحالية على المريخ أدلةً على هذا التحول الطويل الأمد للكوكب. وتعدُّ دراسة التباين اليومي والموسمي لدرجة حرارة سطح المريخ من أهم المواضيع، نظرًا لدورها الرئيسي في التحكم بعوامل عدة في العمليات السطحية والجوية السفلى للكوكب، وتأثيرها على الطقس والمناخ وهروب الجسيمات من الغلاف الجوي (petrosyan2011martian).
أُجريت قياسات درجة حرارة السطح في الماضي من المدار، مثل جهاز قياس الانبعاث الحراري على متن مسبار المسح العالمي للمريخ (christensen2001mars)، ومطياف الأشعة تحت الحمراء الكوكبي (formisano2005planetary) على متن Mars Express، ومطياف الأشعة تحت الحمراء المكرَّس للبروفيسور فاسيلي إيفانوفيتش موروز ضمن جناح الكيمياء الجوية على متن مسبار ExoMars Trace Gas Orbiter (kokablev2018atmospheric)، ومسبار استكشاف المريخ/المطياف المتكامل للاستطلاع الصوري للمريخ (he2022surface)، ونظام التصوير الحراري على متن Mars Odyssey (edwards2018thermophysical). كما أُجريت هذه القياسات بواسطة المركبات الهابطة والمتجولة، مثل مركبتي Viking 1 و2 (hess1977meteorological)، وروفرَي Spirit وOpportunity (spanovich2006surface, mason2021temperature)، ومحطة مراقبة بيئة المختبر المريخي “Curiosity” (gomez2012rems, martinez2021surface)، ومحلل ديناميات البيئة المريخية على متن مركبة Mars 2020 “Perseverance” (rodriguez2021mars, martinez2022thermal)، وحزمة خصائص الحرارة والخصائص الفيزيائية لمهمة InSight (spohn2018heat, piqueux2021soil). وتتميز قياسات الأقمار الصناعية بميزة التغطية الجغرافية الواسعة، لكنها تفتقر إلى الدقة الزمانية المحلية. من ناحية أخرى، توفر المركبات الجوالة قياسات على مدار اليوم المحلي، لكن نطاقها الجغرافي محدود. وتهدف مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ أو “الأمل” إلى سد هذه الفجوة في الملاحظات (almatroushi2021emirates).
أحد الأهداف الرئيسية لمهمة “الأمل” هو توفير نظرةٍ شاملة للمريخ على المقاييس الزمنية اليومية والموسمية. يمكّن المدار الفريد للمهمة من رصد التوزيع المكاني لدرجة حرارة السطح والقريبة من السطح لمعظم الكوكب في جميع الأوقات المحلية (amiri2022emirates, almatroushi2021emirates, edwards2021emirates). كما يتيح كذلك قياس التباينات الحرارية اليومية على مدار اليوم المريخي مع تغطية شبه كاملة للكوكب. وبما أننا قادرون على مراقبة التباينات الحرارية اليومية في معظم المواقع على المريخ، تُتاح بذلك فرصة ثمينة للمقارنة المباشرة بين الملاحظات المدارية والملاحظات السطحية.
في هذه الرسالة، نقدم تقريرًا عن التباين الحراري اليومي لمعظم الكوكب الذي قاسه “الأمل” من المدار، ونقارنه بقياسات السطح التي أُجريت بواسطة مختبر العلوم المريخية (gomez2012rems) ومركبة Mars 2020 (rodriguez2021mars) خلال نفس الفترة الزمنية. نصف عددًا من العوامل التي قد تؤدي إلى هذه الاختلافات في القياسات ونقترح حلولًا. كما نقارن هذه القياسات بقاعدة بيانات مناخ المريخ (millour2018mars) ونناقش الآثار المترتبة على تحسين نمذجة الطقس والمناخ المريخي.
يُعَدُّ مطيافَ الأشعة تحت الحمراء الحراري الإماراتي الخاص بمهمة الأمل (EMIRS) (edwards2021emirates) على متن المركبة المدارية جهاً لتحويل فورييه يعمل في نطاق الطول الموجي من 6 إلى 100 ميكرومتر. صُمِّمَ هذا الجهاز لتوفير قياساتٍ للغلاف الجوي السفلي وسطح المريخ عبر الملاحظات الحرارية للقرص. ويُوفّر قياساتٍ يومية على مدار اليوم المريخي ضمن فترات فرعية موسمية. تبلغ فترة مدار “الأمل” حوالي 55 ساعة، حيث يقترب من سطح المريخ لمسافةٍ تبلغ 20,000 كم، ويبتعد عنه حتى 43,000 كم. يُجرى حوالي 20 ملاحظةً في كل مدار، أو ما يقارب 60 ملاحظةً أسبوعيًا، وتستغرق الملاحظة 29 دقيقةً عند النقطة الأقرب و11 دقيقةً عند النقطة الأبعد. يلزم 4 مدارات، أو أقل من 10 أيام، للحصول على تغطيةٍ شاملة في جميع الأوقات المحلية. تتراوح الدقة المكانية للقياس بين 100 و300 كيلومتر/بكسل (قطر) مع زاوية إصدار تصل إلى 70°. تحتوي منتجات المستوى الثاني (L2) على إشعاعٍ معيَّر ودرجة حرارة السطوع، في حين اشتُقّت منتجات المستوى الثالث (L3)، المستخدمة في هذه الدراسة، من بيانات L2 بعد إضافية للمعالجة. وتُستخرج عبر عمليةٍ من ثلاث خطوات (edwards2021emirates)؛ أولًا، تُسترجع درجات حرارة الغلاف الجوي السفلي من نطاق 15 ميكرومتر لثاني أكسيد الكربون، ثم يُحدد عمق الرؤية للغبار والرؤية البصرية للهباء المائي، وأخيرًا يُستخلص عمود بخار الماء. تتكرر هذه العملية حتى الوصول إلى التقارب، ويُستخدم معيار ضبط الجودة لضمان موثوقية النتائج النهائية. تُعرض مقارنة بين نتائج المستوى الثاني والثالث في الملحق A1.
دخلت المركبة المدارية في مدار المريخ في 9 فبراير 2021 (السنة المريخية 36, زاوية شمسيّة Ls = 0.6)، مما وفر 9 أيامٍ من ملاحظات EMIRS للمسار الأول. كان المدار انتقاليًّا خلال الأشهر القليلة التالية، وبدأت مرحلة الدراسات العلمية للمهمة في 23 مايو 2021 (Ls = 48.7).