استجابة الغلاف الأيوني المريخي خلال العاصفة الشمسية العظمى في مايو 2024

عندما هزت عاصفة شمسية بعيدة سماء المريخ

في مايو 2024، لم تُعطِ العاصفة الهائلة على الشمس زخارف نادرة من الشفق على سماء الأرض فحسب، بل صدمت أيضاً المريخ. تُظهر هذه الدراسة كيف أعاد ذلك التفجر للطاقة الشمسية تشكيل الغلاف الجوي العلوي المشحون كهربائياً — أو الغلاف الأيوني — حول الكوكب الأحمر بشكل دراماتيكي. من خلال رصد الحدث تقريباً في الوقت الحقيقي بواسطة مركبات مدارية، سجّل العلماء أقوى زيادة رُصدت على الإطلاق في إحدى طبقات الغلاف الأيوني الرئيسية للمريخ، كاشفين تفاصيل جديدة حول كيفية تأثير العواصف الشمسية على الكواكب التي تفتقر إلى حقول مغناطيسية شاملة تحميها.

الاستماع عبر هواء المريخ

لمتابعة استجابة الغلاف الأيوني للمريخ، استخدم الباحثون تقنية تُدعى الاحتجاب الراديوي المتبادل، حيث تبث مركبة فضائية نغمة راديوية ثابتة عبر غلاف الكوكب إلى مركبة أخرى. بينما يمر الإشارة قرب حافة المريخ، تنكسر وتتباطأ اعتماداً على عدد الجسيمات المشحونة التي تقطعها. من خلال قياس هذه التغيرات الطفيفة بدقة، يستطيع العلماء إعادة بناء ملف عمودي لكثافة الإلكترونات — بصفة أساسية لوحة مسحية للغلاف الأيوني، من نحو 80 كيلومتراً وحتى عدة مئات من الكيلومترات. منذ 2020، كانت مهمتا مارس إكسبريس ومسبار إكزومارس لتعقب الغازات تقومان بمثل هذه القياسات تقريباً مرة في الأسبوع، مما يكوّن صورة أساسية مستقرة لسلوك الغلاف الأيوني المريخي عبر المواسم وظروف النشاط الشمسي.

وصول العاصفة العظمى

في مطلع مايو 2024، أطلقت الشمس سلسلة من الانفجارات الشديدة: وميضات قوية، دفعات من الجسيمات سريعة الحركة، وسحابة كبيرة من البلازما تُعرف بطرح الكتلة التاجي. أنتجت هذه الأحداث أقوى عاصفة مغناطيسية أرضية منذ عقود، وبعد وقت قصير أزعجت بيئة الفضاء عند المريخ. في 15 مايو، وبعد عشر دقائق فقط من وصول إشعاع وميضة شمسية من فئة X إلى المريخ، أجرت المركبتان الأوروبيتان احتجاباً راديوياً مجدولاً فوق المنطقة الجنوبية من سيسيفي بلانوم. منح ذلك التوقيت المصادف لقطة عن الغلاف الأيوني للمريخ تماماً بينما كان إشعاع العاصفة في ذروته، مما أتاح للفريق مقارنة هذا «الملف العاصفي» مع عشرات الملاحظات السابقة الأهدأ التي أُخذت في ظروف إضاءة مماثلة.

زيادة قياسية في طبقة مخفية

برز التغير الأكثر لفتاً في الطبقة الأدنى من طبقتي الغلاف الأيوني الرئيسيتين للمريخ، المسماة M1، الموجودة حوالى 90–110 كيلومتراً ارتفاعاً. خلال العاصفة، نما ذروة كثافة الإلكترونات في هذه الطبقة إلى نحو 2.8 ضعف قيمتها الاعتيادية — وهو أكبر تكثيف سُجل على الإطلاق — بينما ارتفعت الذروة بحوالي 6.5 كيلومترات. أما الطبقة العليا M2، عند حوالى 150 كيلومتراً، فقد ازداد حجمها بنحو 45 في المئة فقط وتحركت صعوداً بمقدار مشابه. أظهرت قياسات الأشعة السينية اللينة من المداري التابع لناسا MAVEN أن طاقة الأشعة السينية الواردة زادت بنحو عامل ثلاثة تقريباً، وهو كثيراً أقل مما توقعت النظريات القديمة بأنه مطلوب لإحداث استجابة كبيرة في M1. يوحي هذا التفاوت بأن النماذج السابقة قد قلّلت من كفاءة ضوء الشمس عالي الطاقة في تحفيز التأيونات «الثانوية»، حيث تُطلق الإلكترونات النشطة تسلسلات من الاصطدامات والتأيونات الإضافية في الهواء الرقيق للمريخ.

الحرارة، التموجات على ارتفاعات عالية، وما لم يتغير

بخلاف تعزيز طبقة M1، تركت العاصفة بصمات أخرى. تحركت قمم كل من M1 وM2 صعوداً، مما يشير إلى تسخين وتوسع الغلاف الغازي المحايد أدناه — وهو على الأرجح تأثير متأخر لطرح الكتلة التاجي واضطرابات الجسيمات المرتبطة به التي كانت تهز المريخ لأكثر من يوم. ظهر تعزيز أصغر لكن مميز حول ارتفاع 245 كيلومتراً، يقترح المؤلفون أنه قد يرتبط بعدم استقرار عند احتكاك الريح الشمسية بالغلاف الجوي العلوي للمريخ، أو بجريان أيونات خارجة على طول خطوط مغناطيسية مشوهة. وفي الوقت نفسه، بقيت بعض الأشياء مستقرة بشكل مدهش: الجزء العلوي من طبقة M2 لم يُضغط بشدة، ولم يُظهر الغلاف الجوي المحايد السفلي تحت نحو 100 كيلومتر تغييراً بنيوياً كبيراً، والمسافة الإجمالية بين قمتي M1 وM2 تغيرت بالكاد.

لماذا يهم ذلك لمهمات المريخ المستقبلية

بالنسبة للقارئ العام، الرسالة الأساسية أن الغلاف الجوي العلوي للمريخ أكثر حساسية للعواصف الشمسية مما كان يُعتقد سابقاً، خصوصاً في طبقته الأيونية الدنيا. يمكن لأنفجار من أشعة X الشمسية أن يضخم هذه المنطقة بسرعة، ليس فقط عبر التأين المباشر بل أيضاً من خلال سلاسل من الاصطدامات الثانوية، ويمكن أن يسخّن الهواء المحيط ويجعله ينتفخ. فهم هذه التأثيرات أمر حاسم لتخطيط المهمات الآلية والبشرية المستقبلية: الاتصالات الراديوية، إشارات الملاحة، وحتى السحب الجوي على المركبات يمكن أن تتغير خلال مثل هذه العواصف. تُظهر هذه الدراسة أنه بالاستمرار في مراقبة دقيقة ومنتظمة، يمكننا رصد هذه الأحداث النادرة أثناء حدوثها وتحسين نماذجنا لكيفية تشكيل الشمس لبيئات الكواكب الصخرية — المريخ اليوم، وربما عوالم أخرى غداً.

الاستشهاد: Parrott, J., Sánchez-Cano, B., Svedhem, H. et al. Martian ionospheric response during the may 2024 solar superstorm. Nat Commun 17, 2017 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69468-z

الكلمات المفتاحية: غلاف أيوني المريخ, عاصفة شمسية, وهج شمسي, طقس فضائي, احتجاب راديوي