يُعَدّ التكثيف والتسامي للجليد على سطح الكوكب جزءًا أساسيًا من دورات الماء وثاني أكسيد الكربون على المريخ، سواء من الناحية الموسمية أو اليومية. بينما يتركّز معظم الجليد في القبتين القطبيتين، فمن المعروف أيضًا أن الصقيع السطحي يتكوّن خلال الليل حتى في خطوط العرض الاستوائية. هنا، نستخدم بيانات من مطياف الأشعة تحت الحمراء الخاص بمهمة الإمارات لاستكشاف المريخ “الأمل” لمراقبة التطور اليومي والموسمي للجليد على سطح المريخ على مدار عام مريخي كامل تقريبًا. وتتيح التغطية الشاملة للأوقات المحلية التي يوفرها الجهاز متابعة ظهور صقيع ثاني أكسيد الكربون الاستوائي خلال النصف الثاني من الليل المريخي حول الاعتدالين، وحتى تسامي هذا الصقيع عند شروق الشمس.
تُعَدُّ القُبُعَاتُ القُطْبِيَّةُ على المريخ المخزون الرئيسي لكل من جليد الماء وثاني أكسيد الكربون على سطح الكوكب الأحمر، حيث يحدث على حدودهما تبادل نشط للمواد المتطايرة عبر عمليتي التكثيف والتسامي. نموّها وانحسارها الموسمي (kieffer_2000, kieffer_2001, langevin_2005a, langevin_2007, appere_2011, calvin_2015, calvin_2017, oliva_2022) هو عملية مهمة في دورات الماء وثاني أكسيد الكربون الحالية على المريخ، وهما من السمات الرئيسية للدوران الجوي العالمي (forget_1999, montmessin_2017, titus_2017). في كل عام، يتكثف جزء كبير من ثاني أكسيد الكربون الجوي في القبتين القطبيتين الموسميتين، مما يؤدي إلى تقلبات سنوية تُقدَّر بحوالي ثلث كتلة الغلاف الجوي العالمي (leighton_1966, james_1992, hourdin_1993, hourdin_1995, forget_1998). بالإضافة إلى ذلك، يُغير وجود الجليد على السطح البياض والخصائص الحرارية، مما يؤثر على ميزانية الطاقة على المستويين المحلي والكوكبي.
بينما يتركّز الجليد بشكل أساسي في المناطق القطبية، يمكن أيضًا ملاحظة جليد ثاني أكسيد الكربون والماء بشكل موسمي في خطوط العرض المنخفضة، في ظلال المنحدرات المواجهة للقطب أو في قيعان بعض الفوهات (schorghofer_2006, brown_2008, carrozzo_2009, vincendon_2010, conway_2012, lange_2022). وعلى الصعيد اليومي، لوحظ أيضًا أن الصقيع يترسّب على السطح خلال الليل ويبقى حتى الصباح الباكر (jones_1979, landis_2007, piqueux_2016). وقد أظهرت الدراسات أن دورة الصقيع اليومية لثاني أكسيد الكربون تؤثر في العمليات السطحية مثل تكوين الأخاديد أو خطوط المنحدرات (pilorget_2016, khuller_2021a, diniega_2021, lange_2022). وبالتالي، فإن تحديد دورة الصقيع اليومية وخصائص جليد ثاني أكسيد الكربون في هذه المناطق بشكل أفضل أمر مهم لفهم العمليات النشطة الحالية على سطح المريخ. كما أن مراقبة نموّ وانحسار القبتين القطبيتين خلال السنوات الماضية أظهرت تقلبات بين السنوات (piqueux_2015a), ومن المثير متابعة تطور كل من القبتين الموسميتين بشكل متزامن.
في هذه الدراسة، نستخدم لأول مرة بيانات مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ “الأمل” لرسم خرائط ومراقبة تطور القبتين القطبيتين على المريخ إلى جانب صقيع ثاني أكسيد الكربون السطحي الليلي في خطوط العرض المنخفضة. أولًا، نستعرض في القسم الطرائق والأساليب مجموعة البيانات والمنهجيات المستخدمة في هذه الدراسة لكشف ورسم خرائط الجليد السطحي. ثم يقدم القسم النتائج والمناقشة مراقبة الموسمية واليومية للقبتين القطبيتين وصقيع ثاني أكسيد الكربون الليلي في خطوط العرض المتوسطة. أخيرًا، يلخص القسم الخلاصة النقاط الرئيسية للدراسة.
جهاز الطيف للأشعة تحت الحمراء للمريخ (EMIRS) على متن مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ (EMM) “الأمل” هو جهاز طيفي لتحويل فورييه يراقب سطح وجو المريخ بين 6 و 100 ميكرون بدقة طيفية قابلة للتحديد تبلغ 5 cm^{-1} أو 10 cm^{-1} ابتداءً من فبراير 2021 (edwards_2021, amiri_2022)...
يُظهر الشكل [fig:seasonal_variations] التطور الموسمي لخطوط العرض المتوسطة للقبتين القطبيتين الموسميتين الشمالية والجنوبية بين \(L_s=57^\circ\) (MY 36) و\(L_s=11^\circ\) (MY 37) المستخلصة من ملاحظات EMIRS. تم الحصول على هذا الشكل من خلال حساب القيمة المتوسطة لخرائط الجليد المستقر خلال اليوم (انظر القسم [sec:daily_maps_method]) عبر جميع خطوط الطول في الملاحظات ذات الجودة العالية. يشمل النطاق الزمني صيف النصف الشمالي، انحسار SNPC وتقدم SSPC، إلى جانب جزء من شتاء النصف الشمالي. بالإضافة إلى ذلك، ندرج في الشكل [fig:seasonal_variations] حواف القبتين القطبيتين كما استُنتِجت من أدوات مدارية أخرى (OMEGA & MOC) لسنوات مريخية سابقة (benson_2005, schmidt_2010, appere_2011)، مقارنة باسترجاعات EMIRS لـ MY 36 ونموذج Mars PCM الإصدار 6 في “سيناريو غبار اعتيادي” (forget_1999, navarro_2014a, naar_2021, forget_2022). بالنسبة لنموذج Mars PCM، تُعرَف مناطق القبة على أنها تلك التي تزيد فيها سمك طبقة الجليد السطحية عند LST=12 المتوسطة عبر جميع خطوط الطول عن \(10^{-3}\) كغ/م^{-2}.
نلاحظ أن حافة SNPC تظل مستقرة بين \(70^\circ\) شمالًا و\(75^\circ\) شمالًا بين \(L_s=58^\circ\) و\(L_s=143^\circ\) (أي خلال صيف الشمال، عندما تبقى فقط القبة القطبية الشمالية الدائمة NPRC)، ثم تتحرك تدريجيًا نحو خط الاستواء لتصل إلى \(\sim40^\circ\) شمالًا عند \(L_s=250^\circ\) وتبقى هناك حتى \(L_s=290^\circ\). على عكس معظم الدراسات السابقة حول تطوّر SNPC، لا نلاحظ هنا انحسار القبة بل نموّها، مما يوفّر إسهامًا ملحوظًا في فهمنا العام للدورة السنوية لـ SNPC.
بالنظر إلى عدم اليقين بحوالي \(\sim3^\circ\) في خط العرض بسبب دقة بكسلات EMIRS عند هذا العرض، فإن الاسترجاعات الخاصة بـ SNPC تتطابق مع قياسات MOC وOMEGA عند \(L_s\sim57^\circ\) (MY 36) و\(L_s\sim11^\circ\) (MY 37) (benson_2005, appere_2011). ومع ذلك، نرى أنه بعد انقلاب الصيف الشمالي (\(L_s=90^\circ\))، تنشأ فجوة بين استرجاعات EMIRS التي تحدد حافة القبة حول \(70^\circ\) شمالًا – \(75^\circ\) شمالًا وملاحظات MOC التي تبلغ عن حدود عند \(80^\circ\) شمالًا (benson_2005). ومن خلال مراجعة خرائط NPRC الأولية، يتبيّن أنها بالكاد تصل إلى \(80^\circ\) شمالًا، مع وجود منطقة إضافية من جليد الماء الدائم بين \(74^\circ\) شمالًا و\(80^\circ\) شمالًا في خطوط طول تتراوح من \(95^\circ\) شرقًا إلى \(245^\circ\) شرقًا (langevin_2005a, stcherbinine_2021b). وبما أن هذه المنطقة تمثل نحو \(\sim40\%\) من خطوط الطول، فإن المتوسط عبر جميع خطوط الطول يميل إلى إظهار حافة أكثر استوائية مما ذُكر سابقًا.
تتميّز منطقة سيبس في المريخ بعدم تماثلٍ شديد، ويمكن تقسيمها إلى منطقتين: “المشفورة” و“غير المشفورة” (kieffer_2000, schmidt_2010). لا تتمتّع هاتان المنطقتان بمعدّل تساميٍ متساوٍ خلال انحسار الغطاء القطبي، ولا تمتدان إلى نفس خطوط العرض. على وجه الخصوص، خلال الصيف الجنوبي، يظل الغطاء القطبي الجنوبي المتبقّي (SPRC) محصورًا في المنطقة “غير المشفورة” (langevin_2007, schmidt_2010). وبالنظر إلى المنهجية المعتمدة هنا لرسم تطور الأغطية القطبية الموسمية عبر EMIRS، نتوقع أن يكون الحد العرضي لـ SPRC الذي نستخلصه يقع بين حدود “المشفورة” و“غير المشفورة” المستنتجة من ملاحظات OMEGA (schmidt_2010).
وحقًّا، نلحظ توافقًا جيدًا بين نتائج EMIRS وملاحظات OMEGA خلال الشتاء الجنوبي (\(L_s\sim95^\circ - 130^\circ\)) والنصف الثاني من انحسار SSPC (\(L_s\sim200^\circ - 295^\circ\)). بين \(L_s=133^\circ\) و\(L_s=190^\circ\)، يكشف حد SSPC عبر EMIRS عن امتداد يصل إلى 6° شمالًا أكثر من الحد الخارجي لـ OMEGA (“غير المشفورة الخارجية”). ومع ذلك، فإن حدود OMEGA مبنية على خطوط ترسب (“الزعفران”) (schmidt_2009, schmidt_2010)، بينما تلتقط طرقنا جميع الجليدات السطحية (أو الضحلة تحت السطح).