مُلَخَّص
للمرة الأولى، يوفر جهاز الطيف الحراري المريخي الإماراتي (EMIRS) على متن مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ (EMM) “الأمل” قياساتٍ لدرجة حرارة المريخ عند جميع الأوقات المحلية، مغطّيةً معظم الكوكب. نتيجةً لذلك أصبح من الممكن الآن مقارنة القياسات المدارية لدرجة حرارة السطح مع تلك التي أجريت على السطح 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) “ٱلْفضُولُ”، 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 أقل منهجيًا أثناء الليل مقارنةً بمريخ 2020. ويُعزى جزء أساسي من هذا الاختلاف إلى الدقة المكانية الأقل لقياسات EMIRS مقارنةً بالمركبات الجوالة، مما يقلل التباين الحراري المتوسط للمناطق المراقبة، إلى جانب عوامل أخرى. نناقش تداعيات هذه النتائج على تحسين فهمنا لمناخ المريخ، مما سيسهم في تحسين نمذجة التنبؤات الجوية المحلية ويدعم المهمات الروبوتية والمأهولة في المستقبل.
ٱلْمَقْدِمَةُ
يُعَدُّ تَحَوُّلُ ٱلْمِرِّيخِ من كوكبٍ دافئٍ ورطبٍ يُحْتَمَلُ أن يكون صالحًا للسكنى إلى كوكبٍ باردٍ وجافٍ كما نراه اليوم، مجالًا نشطًا للبحث من قبل وكالات الفضاء حول العالم (vago2015esa, zurbuchen2017mars, bhardwaj2014indian, amiri2022emirates). ويُعْتَبَرُ فَهْمُ هذا التحول أمرًا أساسيًا ليس فحسب لفهم تطور المريخ، بل أيضًا لتمكيننا من فهم 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. وتعتبر دراسة التباين اليومي والموسمي لدرجة حرارة سطح المريخ من أهم الموضوعات بسبب دورها الرئيسي في التحكم بعدد من العمليات السطحية والجوية السفلى للكوكب وتأثيرها على الطقس والمناخ وهروب المتطايرات من الغلاف الجوي (petrosyan2011martian).
تم إجراء قياسات درجة حرارة السطح في الماضي من المدارات، مثل جهاز قياس الانبعاث الحراري على متن المسح العالمي للمريخ (christensen2001mars)، وجهاز قياس الطيف الفوري الكوكبي (formisano2005planetary) على متن Mars Express، وقناة الأشعة تحت الحمراء تكريمًا للبروفيسور فاسيلي إيفانوفيتش موروز، وهي جزء من جناح الكيمياء الجوية على متن مدار الغازات النادرة لـ ExoMars (kokablev2018atmospheric)، ومدار استكشاف المريخ/المطياف المتكامل للاستطلاع الصوري للمريخ (he2022surface)، وMars Odyssey/نظام التصوير الحراري (edwards2018thermophysical). كما أُجريت هذه القياسات بواسطة المركبات الهابطة والمتجولة، مثل مركبتي Viking 1 و2 (hess1977meteorological)، ومركبتي Spirit وOpportunity (spanovich2006surface, mason2021temperature)، ومحطة مراقبة البيئة الجوية على متن مختبر العلوم المريخية “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 تعاني من نقص في التغطية الزمنية المحلية. من ناحية أخرى، توفر المركبات الجوالة قياسات في جميع الأوقات المحلية، لكن القياسات محدودة جغرافيًا. وتهدف مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ أو “الأمل” إلى سد هذه الفجوة في الملاحظات (almatroushi2021emirates).
أحد الأهداف الرئيسية لمهمة “الأمل” هو توفير نظرةٍ عالمية للمريخ على المقاييس الزمنية اليومية والموسمية. يمكّن المدار الفريد للمهمة من مراقبة التوزيع المكاني لدرجة حرارة السطح والقريبة من السطح لمعظم الكوكب في جميع الأوقات المحلية (amiri2022emirates, almatroushi2021emirates, edwards2021emirates). كما يتيح أيضًا قياس التباينات الحرارية اليومية على مدار اليوم المريخي بتغطية شبه كاملة للكوكب. ولأننا قادرون على مراقبة التباينات الحرارية اليومية في معظم المواقع على المريخ، يفتح ذلك فرصةً ثمينةً 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 أجريت 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 مع قاعدة بيانات مناخ المريخ (millour2018mars) ونناقش الآثار المترتبة على تحسين نمذجة الطقس والمناخ المريخي.
قِيَاسَاتُ اَلْمَرْكَبَةِ اَلْفَضَائِيَّةِ
المَدَارِيّ: مَطْيَافُ الأَشِعَّةِ تَحْتَ الحَمْرَاءِ الخَاصُّ بِالإِمَارَاتِ/مِهْمَةُ الإِمَارَاتِ لِاِسْتِكْشَافِ الْمِرِّيخِ
جهاز مطياف الأشعة تحت الحمراء الخاص بمهمة الإمارات (EMIRS) (edwards2021emirates) على متن “الأمل” هو مطياف تحويل فورييه يعمل في نطاق الطول الموجي من 6 إلى 100 µm. صُمِّمَ هذا الجهاز لتوفير قياساتٍ للغلاف الجوي السُّفلي وسطح المريخ عبر ملاحظاتٍ حرارية للقرص. يوفر قياساتٍ يومية على مدار اليوم المريخي ضمن فترات فرعية موسمية. تبلغ فترة مدار “الأمل” حوالي 55 ساعة، حيث تبعد أقرب نقطة عن سطح المريخ 20,000 كم وأبعد نقطة 43,000 كم. يجري حوالي 20 ملاحظةٍ في كل مدار أو نحو 60 ملاحظة أسبوعيًا، وتستغرق الملاحظة 29 دقيقةً عند النقطة الأقرب و11 دقيقةً عند النقطة الأبعد. يستغرق الأمر 4 مدارات أو أقل من 10 أيام للحصول على تغطيةٍ عالميةٍ في جميع الأوقات المحلية. تتراوح الدقة بين 100 و300 كم/بكسل (القطر) مع زاوية إصدار تصل إلى 70°. تحتوي منتجات المستوى الثاني (L2) على إشعاعٍ معيَّر ودرجة حرارة السطوع، في حين اشتُقَّت منتجات المستوى الثالث (L3)، المستخدمة في هذه الدراسة، من L2 وتحتوي على درجات حرارة سطحية مصححة ضمن عمليات إضافية. يحصل عليهـا عبر عمليةٍ من ثلاث خطوات (edwards2021emirates): أولًا تُسترجع درجات حرارة الغلاف الجوي السفلي من نطاق \(15\,\mu\mathrm{m}\) لثاني أكسيد الكربون، ثم يحدد عمق الرؤية للغبار وعُمق الرؤية البصري للهباء المائي، وأخيرًا يُحدَّد عمود بخار الماء. تُكرر العملية حتى التقارب ويُستخدم التحكم بالجودة لضمان جودة النتائج النهائية. تُعرض مقارنة بين قياسات L2 وL3 في الملحق A1.
تم إدخال المدارية في مدار المريخ في 9 فبراير 2021 (MY 36, \(L_s = 0.6\))، مما وفَّر 9 أيامٍ من ملاحظات EMIRS للمسار الأول. كان المدار انتقاليًا خلال الأشهر القليلة التالية، وبدأت مرحلة العلوم للمهمة في 23 مايو 2021 (\(L_s = 48.7\)).