قمر انسلادوس دارای اقیانوس‌های درونی

ستاره شناسان برای توضیح اینکه چرا اقیانوس‌های درونی قمر انسلادوس که یکی از اقمار سیاره زحل است، جامد و یخزده نیست؛ مدلسازی‌هایی را ارائه کرده‌اند.

فضاپیما کاسینی در طول سفر ۱۳ ساله خود به مقصد غول گازی حلقه‌دار منظومه شمسی (از ۲۰۰۴ تا ۲۰۱۷) و گردش پیرامون آن، فعالیت‌های زمین شناختی شگفت انگیزی را در قمر انسلادوس (Enceladus)، ششمین قمر بزرگ زحل مشاهده کرد. کاسینی نه تنها از اقیانوس وسیعی در زیر لایه یخی و ضخیم انسلادوس پرده پرداشت، بلکه حفراتی را کشف کرد که به طور معمول جریان بخار آب و ذرات را به سطح آن هدایت می‌کنند. بخاری آبی که سرشار از مواد معدنی‌ است و با سرعت بیش از ۸۰۰ مایل در ساعت طی انفجار‌هایی به سمت فضای پیرامون انسلادوس پرتاب می‌شوند.

چیستی نیروی محرکه‌‌ای که عامل این فعالیت‌های زمین شناختی است، برای مدت‌ها رازی سر به مهر به شمار می‌رفت. قمر انسلادوس با وجود اینکه وسعتی تنها در حدود ایالات آریزونا آمریکا دارد، یکی از درخشان‌ترین اجرام منظومه شمسی به شمار می‌رود، چراکه سطح آن تماما از یخ پوشیده شده و تقریبا ۱۰۰ درصد نور رسیده از خورشید را بازتاب می‌دهد.

سطح انسلادوس با دمایی در حدود ۲۰۱ درجه سانتی‌گراد زیر صفر، سرمای شدیدی را در خود می‌بیند. اندازه کوچک، پوسته‌ای یخی و دمای بسیار پایین‌ آن، مطالعات را به این سمت برد که احتمالا انسلادوس پس از شکل گیری به جامدی یخ زده تبدیل شده باشد، اما ظاهرا این چنین نیست.

تصویر زیر که سطح مقطعی از انسلادوس، قمر پوشیده شده از یخ زحل را نشان می‌دهد، می‌تواند در توضیح چگونگی انتقال گرما از لایه‌های درونی این قمر به سمت بیرون، راهگشا باشد.

وقتی آب به درون تخلخل‌های موجود در سنگ‌های هسته وارد می‌شود، بدلیل کشش و رانش حاصل از گرانش قمر انسلادوس گرم می‌شود. سپس آب گرم شده راه خود را از طریق منافذ موجود در کف اقیانوس درونی، به سمت بالا پیدا می‌کند و سرانجام منجر به ذوب شدن لایه بیرونی یخ‌زده اقیانوس‌ می‌شود. این پدیده به نوبه خود باعث ایجاد شکاف‌هایی در سطح می‌شود که جریان‌های سریع بخار آب و ذرات را از کف اقیانوس به فضای خارج سیاره پرتاب می‌کند.

تفاوت مهم میان قمر انسلادوس و قمر همسایه تماما یخ زده آن، میماس (Mimas)، وجود فعالیت‌های زمین شناختی در انسلادوس است. آیا نباید اقیانوس نهفته در زیر پوسته یخی انسلادوس میلیاردها سال قبل به صورت جامد، فریز می‌شد؟

اینها ابهاماتی است که به مدت یک دهه اذهان ستاره‌شناسان و زمین‌شناسان سیاره‌ای را به خود مشغول کرده بود. و از آنجایی که هیچ وقت ماه پشت ابر باقی نمی‌ماند، یکی از مقالات شماره جدید نشریه Nature Astronomy به این ابهامات پاسخ داده است.

در این مطالعه، محققان مدلی کامپیوتری از قمر انسلادوس ارائه کردند که نه تنها همه‌ ویژگی‌های بنیادینی را که کاسینی یافته بود در برمی‌گیرد، بلکه یک مکانیزم گرمایی موثر نیز طراحی شده که بوسیله آن می‌توان بقای اقیانوس مایع را در لایه زیرین این قمر برای مدت میلیاردها سال توجیه کرد.

تصویر زیر، فواره‌های بخار آبی که از شکاف‌های موجود در پوسته یخی انسلادوس در نزدیکی قطب جنوب آن به بیرون پرتاب می‌شوند را نشان می‌دهد. در این نما که در ۲۱ نوامبر ۲۰۰۹ توسط کاسینی ثبت شده است، ۳۰ مورد از جریان‌های بخار آب در اندازه‌های متخلف، قابل مشاهده هستند.

گائل چوبلت، نویسنده ارشد این مقاله از دانشگاه نانت فرانسه، در یک کنفرانس مطبوعاتی‌ اذعان داشت:

منشاء نیروی پایداری که انسلادوس برای حفظ فعالیت‌های زمین شناختی‌اش از آنها بهره می‌گرفت، همواره بر ما پوشیده بود. اما ما امروز اطلاعات گسترده‌تری در اختیار داریم که بواسطه آنها می‌توانیم ساختار و ترکیبات سنگی هسته این جرم و نقش کلیدی آنها در چگونگی تولید انرژی مورد نیاز برای چنین فعالیت‌هایی را توضیح دهیم.

برای سال‌ها، محققان گمان می‌کردند که نیروهای گرانشی کشش و رانش زحل که بر سطح اقمارش اثر میگذارند، انرژی کافی برای حفظ اقیانوس‌های لایه زیرین را تولید می‌کنند. با این حال تحقیقات گذشته نشان داده است که اگر زحل نیروی کشش و رانشی بر روی اقمار خود اعمال می‌کند و تنها نیرویی باشد که در ۳۰ میلیون سال گذشته بر پوسته خارجی انسلادوس اثر گذاشته باشد، وجود گرمای کافی برای تشکیل اقیانوس در لایه زیرین پوسته را توجیه می‌کند.

چراغ کلیدی در حل معمای اقیانوس درونی قمر انسلادوس زمانی در ذهن دانشمندان روشن شد که آنها به وجود هسته‌ای سنگی و متخلخل، با داشتن حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد فضای خالی، پی بردند. محققان با تکمیل پژوهش‌ها و مدلسازی‌ها سرانجام دریافتند، مادامی که انسلادوس در مدار خود دور سیاره مادرش می‌گردد و نیروی‌های کشش و رانشی زحل بر هسته متخلخل آن وارد می‌شود، سنگ‌های هسته به یکدیگر سابیده شده و گرمای عظیمی در نتیجه این اصطکاک‌ها تولید می‌شود.

از آنجاییکه این گرما در درون هسته انسلادوس تولید می‌شود، همان جا بصورت ایزوله باقی مانده و با گذشت زمان بر انرژی‌ آن افزوده می‌شود. و به این دلیل که هسته متخلخل این قمر خاصیت نیمه تراوایی دارد، مقداری از آب تولید شده به درون سنگ نیز نفوذ می‌کند. به این ترتیب انرژی گرمایی موجود در هسته، به اب منتقل می‌شود و دمای آن را تا ۹۰ درجه سانتی‌گراد بالا می‌برد.

این موضوع در نهایت بدلیل حرکت آزادانه آب به سمت درون و بیرون منجر به تشکیل منافذ آب داغ در کف اقیانوس‌های انسلادوس می‌شود. شبیه‌سازی‌ها طراحی شده توسط محققان نشان می‌دهد که تنها یکی از این حفرات آب داغ، پتانسیل آزادسازی حدود ۵ گیگاوات انرژی را دارد. برای درک این میزان انرژی باید بدانید که سد هوور (hoover) در ایالت نوادا آمریکا می‌تواند تا حدود ۲ گیگاوات انرژی ذخیره کند.

علاوه بر این، این مدلسازی نشان می‌دهد که گرمایش گسترده آب در سطح قمر انسلادوس در نواحی قطبی آن قوی‌تر است؛ جایی که آب گرم و املاح معدنی از پوسته یخی نیز بالاتر می‌آیند. با گذشت زمان، این مکانیزم گرمایی که در زیر سطح در حال وقوع است، پوسته یخی انسلادوس را نازک می‌کند، به ویژه در ناحیه قطب جنوب، اندازه این پوسته فقط به چند مایل میرسد.

همچنین در قطب جنوب ششمین ماه زحل، حفراتی، به نوعی که در بالا توضیح داده شد، وجود دارند. پوسته یخی انسلادوس در دیگر نواحی چیزی بین ۲۰ تا ۲۵ کیلومتر ضخامت دارد.

برعکس نیمکره جنوبی و بالاخص قطب جنوب قمر انسلادوس که عاری از هرگونه حفره است، وفور حفرات در نیمکره شمالی این قمر نمایی نقطه‌نقطه به آن داده است. در عوض، این ناحیه با تخته سنگ هایی یخی با اندازه‌ای در حدود یک خانه مسکونی، مفروش شده‌اند که در مجموع طرحی شبیه به “پوست ببر” را تداعی می‌کنند.

در میان این خطوط نسبتا داغ، پیدایش و ناپدید شدن حفراتی را شاهد هستیم که منشاء جریان‌های سریعی بخار آب از اعماق اقیانوس‌های درونی به سطح ششمین قمر بزرگ سیاره زحل هستند.

تصویر زیر نمایی از سطح قمر انسلادوس را نشان می‌دهد که در فهم بهتر توضیحات بالا موثر است.

گابریل تابی، از نویسندگاه این مقاله و از دانشگاه نانت فرانسه، می‌گوید:

شبیه‌سازی‌ ما قادر است به طور همزمان با تکیه بر مشاهدات انجام شده توسط کاوشگر کاسنی، وجود اقیانوسی درونی و با وسعت زیاد، تبادلات گرمایی شدید میان عمق اقیانوس و پوسته یخی انسلادوس و نیز تمرکز این فعالیت‌ها در منطقه محدودی از قطب جنوب آن را توجیه کند

با توجه بر مکانی که بر اساس گمانه‌زنی‌ها، حیات را بر روی سیاره زمین شکل داده است؛ یکی از سوالات اساسی‌ای که پیرامون این مطالعات در ذهن تداعی می‌شود این است که آیا جریان‌های هیدروترمال داغ و غنی از مواد معدنی در انسلادوس پتانسیل تشکیل حیات در این جرم سماوی را دارند؟ و اگر پاسخ مثبت است، چگونه می‌توان این محل‌ها را مورد مطالعه قرار داد؟

نیکلاس آلتوبلی، یکی از دانشمندان پروژه کاسینی اینگونه معتقد است:

ماموریت‌های آیند این قابلیت را خواهند داشت تا ملکول‌های آلی موجود در حفرات قمر انسلادوس را با دقت بیشتری نسبت به کاسینی، مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند تا بدین وسیله بررسی کند، آیا شرایط هیدروترمال پایدار این قمر اجازه تشکیل حیات را می‌دهند یا خیر.

داشنمندان خوش شانس هستند، چرا که ناسا اخیرا اعلام کرده است که در حال برنامه ریزی برای ساخت “ابزار مطالعاتی فرومیلیمتری حیات بنیادی در انسلادوس” (SELFI) است. این ابزار قادر خواهد بود تا ترکیبات بخار آب خارج شده از حفرات سطح پوسته و ذرات یخ موجود در قطب شمال این جرم را مورد مطالعه قرار دهد.

باور داریم با تجزیه و تحلیل شیمیایی آب، دانشمندان بتواند به ترکیبات موجود در اقیانوس‌های درونی، و پتانسیل بالقوه انسلادوس برای میزبانی از یک حیات فرازمینی پی ببرند.

تانی کال

برگرفته از Astronomy

تکراتو