يُعَدّ التكثيف والتسامي للجليد على سطح الكوكب جزءًا أساسيًا من دورات الماء وثاني أكسيد الكربون على المريخ، سواء من الناحية الموسمية أو اليومية. بينما يتركز 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. التغطية الشاملة للأوقات المحلية التي يوفرها الجهاز تتيح لنا متابعة ظهور الصقيع الاستوائي لثاني أكسيد الكربون في 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 التسامي والتكثف. نموها 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، يغيّر وجود الجليد على السطح من البياض والقصور الحراري، مما يؤثر على ميزانية الطاقة على المستويين المحلي والكوكبي.
بينما يتركز 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 وجود دورة الصقيع اليومية لثاني أكسيد الكربون له تأثير على 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 نمو 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 من مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ لرسم خرائط ومراقبة تطور القبتين القطبيتين على المريخ إلى جانب صقيع ثاني أكسيد الكربون السطحي الليلي في خطوط العرض المنخفضة. أولًا، نصف في القسم الطرائق والأساليب مجموعة البيانات والأساليب المستخدمة في هذه الدراسة للكشف ورسم خرائط الجليد السطحي. ثم يقدم القسم النتائج 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 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 للملاحظات التي تحمل علامة جودة عالية. يشمل النطاق الزمني صيف النصف الشمالي، انحسار SNPC وتقدم SSPC، مع جزء من شتاء النصف الشمالي. بالإضافة إلى ذلك، ندرج أيضًا في الشكل [fig:seasonal_variations] حواف القبتين القطبيتين كما تم استنتاجها من أدوات مدارية أخرى (OMEGA & MOC) لسنوات مريخية سابقة (benson_2005, schmidt_2010, appere_2011), والتي تم التنبؤ بها بواسطة نموذج Mars PCM الإصدار 6 العددي الذي يقيم “سيناريو غبار اعتيادي” (forget_1999, navarro_2014a, naar_2021, forget_2022) كمقارنة مع استرجاعات EMIRS لـ MY 36. بالنسبة لنموذج Mars PCM, يتم تعريف مناطق القبة كمناطق تزيد فيها 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 تطور SNPC، لا نلاحظ هنا انحسار القبة بل نموها، مما سيوفر مساهمة ملحوظة في فهمنا العام للدورة السنوية لـ SNPC.
بالنظر إلى عدم اليقين بحوالي \(\sim3^\circ\) في خط العرض بسبب المدى المكاني لبكسلات EMIRS عند هذا العرض، فإن استرجاعات SNPC لدينا تتطابق مع القياسات السابقة بواسطة MOC وOMEGA عند \(L_s\sim57^\circ\) (MY 36) و\(L_s\sim11^\circ\) (MY 37) (benson_2005, appere_2011). ومع ذلك، يمكننا أن نرى أنه بعد انقلاب الصيف الشمالي (\(L_s=90^\circ\))، تحدث فجوة أكبر بين استرجاعات EMIRS التي تحدد حافة القبة حول \(70^\circ\) شمالًا – \(75^\circ\) شمالًا وملاحظات MOC السابقة التي تبلغ عن حد حول \(80^\circ\) شمالًا (benson_2005). من خلال النظر في الخرائط المحصولة مسبقًا لـ NPRC، يمكننا أن نرى أنها تصل بالكاد إلى \(80^\circ\) شمالًا، ولكننا نلاحظ أيضًا وجود منطقة إضافية من جليد الماء الدائم بين خطوط العرض \(74^\circ\) شمالًا و\(80^\circ\) شمالًا لخطوط الطول التي تتراوح من \(95^\circ\) شرقًا إلى \(245^\circ\) شرقًا (langevin_2005a, stcherbinine_2021b). وبالتالي، نظرًا لأن هذه المنطقة تمثل \(\sim40\%\) من خطوط الطول، فقد تميل الاسترجاعات المبنية على المتوسط عبر جميع خطوط الطول إلى إظهار حافة أكثر استوائية مما ذُكر سابقًا.
تتميز منطقة سيبِس في المريخ بعدم التماثل الشديد ويمكن تقسيمها إلى منطقتين: “المشفورة” و“غير المشفورة” (kieffer_2000, schmidt_2010). لا تتمتع هذه المناطق بنفس معدل التسامي خلال انحسار الغطاء القطبي ولا تمتد إلى نفس خطوط العرض. بشكل خاص، خلال الصيف الجنوبي، يظل الغطاء القطبي الجنوبي المتبقي (SPRC) موجودًا فقط في المنطقة “غير المشفورة” (langevin_2007, schmidt_2010). وعليه، بالنظر إلى المنهجية المستخدمة هنا لرسم خريطة التطور الموسمي للأغطية القطبية باستخدام EMIRS، نتوقع أن يكون الحد الجغرافي العرضي لـ SPRC الذي يحدده EMIRS موجودًا بين الحدود “المشفورة” و“غير المشفورة” المستنتجة من ملاحظات OMEGA (schmidt_2010).
فعلاً، نلحظ توافقًا جيدًا بين نتائج EMIRS وملاحظات OMEGA خلال الشتاء الجنوبي (\(L_s\sim 95^\circ - 130^\circ\)) والنصف الثاني من انحسار SSPC (\(L_s \sim 200^\circ - 295^\circ\)). بين \(L_s=133^\circ\) و \(L_s=190^\circ\)، يتم اكتشاف حد SSPC الخاص بـ EMIRS حتى \(6^\circ\) شماليًا أكثر من الحافة الخارجية لـ OMEGA (“غير المشفورة الخارجية”). ومع ذلك، فإن الحدود التي استنتجها OMEGA هي خطوط “الزعفران” (schmidt_2009, schmidt_2010)، أي حدود ترسبات بينما تلتقط طرقنا جميع الجليدات التي قد تكون موجودة على السطح (أو تحت سطحية ضحلة).