الغلاف الجوي والمجال المغناطيسي في كوكب عطارد

ما هي طبيعة الغلاف الجوي في كوكب عطارد؟

إن كوكباً صغيراً وحاراً مثل عطارد ليس لديه إمكانية للاحتفاظ بجو مهم، وذلك إذا كان له غلاف جوي، من المؤكد أن ضغط سطح عطارد أقل من تريليون من ضغط سطح الأرض، ومع ذلك فإن آثار مكونات الغلاف الجوي التي تم اكتشافها قد قدمت أدلة حول عمليات كوكبية مثيرة للاهتمام.

أهم المعلومات عن الغلاف الجوي في كوكب عطارد:

•  عثرت المركبة الفضائية مارينر 10 على كميات صغيرة من الهليوم الذري، وحتى كميات أصغر من الهيدروجين الذري بالقرب من سطح عطارد، تُشتق هذه الذرات في الغالب من الرياح الشمسية، حيث تدفق الجسيمات المشحونة من الشمس التي تتمدد إلى الخارج عبر النظام الشمسي، وتبقى بالقرب من سطح عطارد لفترات قصيرة جداً ربما لساعات فقط قبل الهروب من الكوكب.

• اكتشف مارينر أيضاً الأكسجين الذري (وذلك إلى جانب الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم) الذي اكتشف لاحقاً في الملاحظات التلسكوبية، ومن المحتمل أنه مشتق من تربة سطح عطارد أو النيازك المؤثرة، ويقذف في الغلاف الجوي إما عن طريق التأثيرات أو عن طريق قصف جزيئات الرياح الشمسية.

• تميل غازات الغلاف الجوي في كوكب عطارد إلى التراكم في ليالي عطارد، ولكنها تتبدد بفعل أشعة الشمس الساطعة في الصباح.

• تتأين العديد من الذرات في صخور سطح عطارد وفي غلافه الجوي الضعيف عندما تصطدم بجسيمات نشطة في الرياح الشمسية وفي الغلاف المغناطيسي لعطارد.

• على عكس (Mariner 10) كانت المركبة الفضائية (Messenger) تحتوي على أدوات يمكنها قياس الأيونات، أثناء التحليق الأول لعطارد على (Messenger) في عام 2008، حيث تم تحديد العديد من الأيونات بما في ذلك أيونات الأكسجين وأيونات الصوديوم والمغنيسيوم والبوتاسيوم والكالسيوم والكبريت.

• قد قامت أداة أخرى بتعيين ذيل عطارد الطويل الشبيه بالمذنب، والذي يظهر بوضوح في خطوط الانبعاث الطيفي للصوديوم.

• على الرغم من أن الكميات المقاسة من الصوديوم والبوتاسيوم منخفضة للغاية (من مئات إلى بضع عشرات الآلاف من الذرات لكل سنتيمتر مكعب بالقرب من السطح)، فإن الأدوات الطيفية التلسكوبية حساسة جداً لهذين العنصرين، ويمكن لعلماء الفلك مشاهدة البقع السميكة من هذه الغازات تتحرك عبر قرص عطارد وعبر جواره في الفضاء.

كان مصدر هذه الغازات وتذهب في المقام الأول ذا أهمية نظرية وليست عملية حتى أوائل التسعينيات، في ذلك الوقت حقق الرادار الأرضي اكتشافاً رائعاً لبقع من المواد شديدة الانعكاس للرادار في القطبين، على الرغم من قرب عطارد من الشمس كان الجليد المائي قادراً على البقاء على قيد الحياة من خلال تغطيته بطبقة عازلة من المواد العضوية الداكنة في مناطق مظللة بشكل دائم من الحفر العميقة القريبة من القطبية.

• بدت فكرة أن الكوكب الأقرب إلى الشمس قد يحتوي على رواسب كبيرة من جليد الماء غريبة في الأصل، ومع ذلك فقد تراكم الماء على عطارد عبر تاريخه على الأرجح من تأثير المذنبات والكويكبات.

• سيتحول الجليد المائي الموجود على سطح الشواء لعطارد على الفور إلى بخار (سامي) وستقفز جزيئات الماء الفردية في اتجاهات عشوائية على طول المسارات الباليستية.

لكن الاحتمالات ضعيفة للغاية بأن جزيء الماء سوف يصطدم بذرة أخرى في الغلاف الجوي لعطارد، على الرغم من وجود احتمال أن ينفصل ضوء الشمس الساطع عن هذا الجزيء، تشير الحسابات إلى أنه بعد العديد من القفزات ربما سقط واحد من كل 10 جزيئات ماء في نهاية المطاف في منخفض قطبي عميق.

• نظراً لأن محور دوران عطارد عمودي بشكل أساسي على مستوى مداره فإن ضوء الشمس دائماً ما يكون أفقياً تقريباً عند القطبين، في ظل هذه الظروف تظل قيعان المنخفضات العميقة في ظل دائم وتوفر مصائد باردة تحافظ على جزيئات الماء لملايين أو بلايين السنين.

• لوحظ أنه تدريجياً يتراكم الجليد القطبي وتقل قابلية تأثر الجليد بالتسامي ببطء (على سبيل المثال من الدفء الطفيف لأشعة الشمس المنعكسة من الجبال البعيدة أو حواف الفوهة)؛ لأنها مغطاة بطبقة عازلة من الحطام أو الثرى حوالي 10 إلى 20 سم (4 إلى 8 بوصة) مصنوعة من مركبات عضوية وصلت أيضاً إلى عطارد في تأثيرات مذنبة ونيازك.

المجال المغناطيسي والغلاف المغناطيسي لكوكب عطارد:

بقدر ما يمكن أن تحدد قياسات مارينر 10 فإن المجال المغناطيسي لعطارد (على الرغم من أن 1 في المائة فقط من قوة الأرض) يشبه مجال الأرض في كونه ثنائي القطب تقريباً وموجهاً على طول محور دوران كوكب عطارد، في حين أن وجود المجال قد يكون له بعض التفسيرات الأخرى (على سبيل المثال المغناطيسية المتبقية والبصمة المحتفظ بها لحقل مغناطيسي قديم متجمد في الصخور الأرضية أثناء تبريد القشرة الأرضية).

أهم المعلومات عن المجال المغناطيسي في كوكب عطارد:

• أصبح معظم الباحثين مقتنعين بأنه ينتج مثل مجال الأرض بواسطة آلية دينامو مغناطيسي هيدروديناميكي تتضمن حركات داخل سائل موصل كهربائي في الأجزاء الخارجية من قلب عطارد وتتكون من عنصري الحديد والكبريت.

• تؤكد القياسات التي تم إجراؤها بواسطة مقياس المغناطيسية الخاص (بـMessenger)، والتي تم إجراؤها أثناء التحليق الأول للمركبة الفضائية في يناير 2008 أن المجال المغناطيسي لعطارد ثنائي القطب بشكل أساسي، ولقد فشلوا في الكشف عن أي مساهمات قشرية قد تكون متوقعة من المغناطيسية المتبقية؛ لذلك يبدو من الواضح أن دينامو عطارد يعمل حالياً.

• يصد الحقل المغناطيسي لعطارد الرياح الشمسية بفقاعة على شكل دمعة أو غلاف مغناطيسي يمتد نهايته المستديرة إلى الخارج باتجاه الشمس حوالي نصف قطر كوكبي واحد من السطح، هذا هو فقط حوالي 5 في المائة من مدى اتجاه الشمس للغلاف المغناطيسي للأرض.

• إن الغلاف الجوي للكوكب رقيق جداً لدرجة أنه لا يوجد ما يعادل الغلاف الأيوني للأرض في عطارد.

• في الواقع تشير الحسابات إلى أنه في بعض الأحيان تكون الرياح الشمسية قوية بما يكفي لدفع الحدود باتجاه الشمس (انقطاع مغناطيسي) للغلاف المغناطيسي تحت سطح عطارد.

في ظل هذه الظروف سوف يحدث تصادم بين أيونات الرياح الشمسية مباشرة مع تلك الأجزاء (أجزاء من سطح عطارد تحت الشمس مباشرة)، حتى الأحداث النادرة لمثل هذا الحدث يمكن أن تغير بشكل كبير التركيب الذري لمكونات السطح.

• تحظى عمليات الغلاف المغناطيسي لعطارد باهتمام الجيوفيزيائيين وعلماء الفضاء الذين يمكنهم اختبار مفهوم مهم للغلاف المغناطيسي للأرض، وذلك من خلال فحص حقل يشبه الأرض بمقياس مختلف تماماً وفي بيئة مختلفة للرياح الشمسية.

على سبيل المثال سجلت أجهزة (Mariner 10) جسيمات نشطة متغيرة بسرعة في الذيل المغناطيسي لكوكب عطارد، وهو الجزء الممدود من الغلاف المغناطيسي باتجاه مجرى النهر من الجانب الليلي للكوكب؛ لذلك كان هذا النشاط يشبه إلى حد كبير العواصف المغنطيسية الأرضية على الأرض التي ترتبط بالعروض الشفقية، ومن الممكن فهم أصل مثل هذه الأحداث على الأرض بشكل مباشر أكثر من خلال البيانات العالمية الشاملة التي تم جمعها بواسطة (Messenger).