فوران‌های اقیانوسی انکلادوس قوی‌ترین نشانه‌های حیات را تاکنون آشکار کرده‌اند
بررسی عمیق داده‌های فضاپیمای کاسینی ناسا، غنی‌ترین مجموعۀ ترکیبات آلی را که تاکنون از انکلادوس فوران کرده، آشکار ساخته است. انکلادوس، قمر کوچکی پوشیده از یخ است که اقیانوسی جهانی را زیر پوستۀ خود پنهان کرده است.
متخصصان در نشریۀ Nature Astronomy گزارش داده‌اند که ترکیبات آلی جدیدی را در دانه‌های یخ شناسایی کرده‌اند. فضاپیمای کاسینی این دانه‌ها را طی یک عبور بسیار سریع از میان یک فوران فعال، تنها در فاصله ۱۳ مایلی (حدود ۲۱ کیلومتری) از سطح قمر جمع‌آوری کرده بود.
این یافته گام بزرگی در جهت تأیید وجود شیمی آلی فعال در اقیانوس زیرسطحی این قمر است؛ همان نوع شیمی که روی زمین، زیربنای حیات محسوب می‌شود.
دانه‌های یخ تازه همه چیز را تغییر می‌دهند
سال‌هاست که دانشمندان می‌دانند انکلادوس با موادی که از آبفشان‌های قطب جنوب آن به فضا پرتاب می‌شود، حلقه E پراکنده زحل را تغذیه می‌کند.
تحلیل‌های پیشین از دانه‌های حلقه E، وجود ترکیبات آلی حاوی نیتروژن و اکسیژن را نشان داده بود. با این حال، آن ذرات سال‌ها در فضا سرگردان بودند و در اثر تابش‌های فضایی آسیب دیده و شیمی اصلی آن‌ها احتمالاً تغییر کرده بود.
این بار، تیم تحقیقاتی بر روی دانه‌های «تازه» تمرکز کرد که مستقیماً از منافذ به مسیر کاسینی پرتاب شده بودند. این دانه‌ها تنها چند دقیقه پیش از اقیانوس سرچشمه گرفته بودند.
نویسنده اصلی این مقاله، نوذر خواجه از دانشگاه آزاد برلین، می‌گوید: «پیش از این، ما ترکیبات آلی را در دانه‌های یخی شناسایی کرده بودیم که سال‌ها قدمت داشتند و به‌طور بالقوه تحت تأثیر محیط پرتوی شدید اطراف خود تغییر کرده بودند.»
او افزود: «این ترکیبات آلی جدید تنها چند دقیقه عمر داشتند و در یخی یافت شدند که به‌تازگی از اقیانوس زیر سطح انکلادوس فوران کرده بود.»
عبور سریع کاسینی از میان فوران‌ها
مجموعه داده‌های کلیدی این پژوهش به سال ۲۰۰۸ بازمی‌گردد، زمانی که کاسینی با سرعتی حدود ۱۱ مایل بر ثانیه (تقریباً ۱۸ کیلومتر بر ثانیه) از میان فوران‌ها عبور کرد. با چنین سرعتی، هر دانه یخ میکروسکوپی به تحلیلگر غبار کیهانی فضاپیما برخورد کرده و بلافاصله تبخیر شد.
این انفجار، قطعات یونیزه‌شده‌ای ایجاد کرد که یک طیف‌سنج جرمی کوچک می‌توانست آن‌ها را بر اساس جرم و بار تفکیک کند.
مشخص شد که این برخورد شدید یک مزیت بود، نه یک نقص. این فرآیند دانه‌ها را به قطعات مولکولی شاخصی خرد کرد (برخی کوچک‌تر از یک‌هزارم میلی‌متر) که اثر انگشت شیمیایی آن‌ها را آشکار ساخت.
کشف ترکیبات آلی جدید
این تیم علاوه بر تأیید مجدد وجود ترکیبات آروماتیک و گونه‌های حاوی نیتروژن و اکسیژن که قبلاً مشاهده شده بود، خانواده‌های جدیدی از ترکیبات را شناسایی کرد که پیش از این در ذرات تازه فوران‌ها ثبت نشده بودند.
این ترکیبات شامل استرها و اترهای آلیفاتیک و حلقوی، از جمله نمونه‌هایی با پیوندهای دوگانه هستند.
این ترکیب در کنار هم، مسیر محتملی را برای تشکیل شبکه‌های آلی پیچیده‌تر ترسیم می‌کند. استرها و اترها پیوندهای شیمیایی همه‌کاره‌ای هستند.
اگر آن‌ها را با ترکیبات آروماتیک و ترکیبات آلی حاوی هترواتم ترکیب کنید، ابزاری برای واکنش‌هایی خواهید داشت که مولکول‌های پیچیده‌تری تولید می‌کنند.
فرانک پستبرگ، یکی دیگر از نویسندگان این مقاله، می‌گوید: «این مولکول‌هایی که ما در مواد تازه‌پرتاب‌شده پیدا کردیم، ثابت می‌کند که مولکول‌های آلی پیچیده‌ای که کاسینی در حلقه E زحل شناسایی کرده بود، صرفاً محصول قرار گرفتن طولانی‌مدت در فضا نیستند، بلکه به‌راحتی در اقیانوس انکلادوس وجود دارند.»
شیمی درون اقیانوس
گمان می‌رود اقیانوس انکلادوس با بستری صخره‌ای در تماس است، جایی که واکنش‌های گرمابی می‌توانند گرما، مواد معدنی و شیب‌های اکسایش-کاهش را فراهم کنند.
این فهرست گسترده‌تر از ترکیبات آلی، وجود حیات را اثبات نمی‌کند، اما این فرضیه را تقویت می‌کند که اقیانوس از نظر شیمیایی فعال و برای مسیرهای پیش‌زیستی آماده است.
در زمین، محیط‌های مشابهی مانند منافذ گرمابی، میزبان اکوسیستم‌های پررونقی هستند که انرژی خود را به جای نور خورشید، از منابع شیمیایی تأمین می‌کنند.
تازگی دانه‌های نمونه‌برداری‌شده اهمیت زیادی دارد. ترکیبات آلی که سال‌ها در حلقه E در حال چرخش بوده‌اند، در معرض تابش‌های مغناطیس‌سپهر و فرآیندهای فوتوشیمیایی قرار می‌گیرند. این فرآیندها می‌توانند ساختار آن‌ها را تغییر داده یا آن‌ها را تخریب کنند.
در مقابل، ترکیباتی که در دانه‌هایی با عمر چند لحظه شناسایی شده‌اند، تصویری بسیار واضح‌تر از شرایط زیرسطحی ارائه می‌دهند. و این تصویر، بسیار پویا به نظر می‌رسد.
فوران اقیانوسی از انکلادوس
مزیت دیگر این مجموعه داده، نزدیکی آن است. نمونه‌برداری در فاصله ۱۳ مایلی از منافذ، زمان لازم برای فرآیندهای جوی یا آب‌وهوای فضایی را به حداقل می‌رساند و ترکیب شدن با مواد قدیمی و بازیافتی را کاهش می‌دهد.
در علوم سیاره‌ای، تحلیل چیزی به این نزدیکی به منبع خود بدون فرود آمدن بر سطح، به ندرت اتفاق می‌افتد. در اینجا، کاسینی به بهترین گزینۀ ممکن دست یافت: بلعیدن مستقیم فوران‌های اقیانوسی.
روش شناسایی نیز اطمینان‌بخش است. طیف‌سنجی جرمی یونش-برخوردی در تفکیک مخلوط‌های پیچیده به قطعات قابل شناسایی عملکردی عالی دارد.
در چندین دانه و چندین عبور، این الگو تکرار می‌شود: مجموعۀ متنوعی از ترکیبات آلی که با وجود اقیانوسی سازگار است که نه تنها عناصر خام حیات، بلکه چارچوب‌های شیمیایی لازم برای پشتیبانی از واکنش‌های پیچیده‌تر را نیز در خود دارد.
جستجو برای حیات فرازمینی
هیچ ترکیب یا خانواده‌ای از ترکیبات به تنهایی وجود حیات را اثبات نمی‌کند. اما هر دسته جدید از ترکیبات آلی که از اقیانوس سرچشمه می‌گیرد، این فرضیه را تقویت می‌کند که انکلادوس یک اولویت در اخترزیست‌شناسی است.
اگر استرها، اترها، آروماتیک‌ها و ترکیبات آلی حاوی هترواتم همگی با هم وجود داشته باشند، پس شیمی این قمر ممکن است پویا بوده و دارای منابع انرژی و شبکه‌های واکنشی پیچیده‌ای باشد.
مأموریت‌های آینده که بتوانند حتی در ارتفاع پایین‌تری پرواز کنند، به‌طور مکرر نمونه‌برداری کنند یا نمونه‌ها را به زمین بازگردانند، می‌توانند سرنخ‌های ایزوتوپی، کایرالیته و دیگر نشانگرهای زیستی را که کاسینی، به دلیل طراحی‌اش، قادر به شناسایی آن‌ها نبود، دنبال کنند.
اکتشافات ماندگار کاسینی
پس از آن شیرجه در میان فوران‌ها در سال ۲۰۰۸، کاسینی نزدیک به یک دهه به کاوش منظومه زحل ادامه داد. این فضاپیما گنجینه‌ای از داده‌های مربوط به غبار، میدان‌های مغناطیسی و پلاسما جمع‌آوری کرد که دانشمندان هنوز در حال استخراج اطلاعات از آن هستند.
این تحلیل اخیر نشان می‌دهد که وقتی تکنیک‌های جدید و پرسش‌های تازه با مجموعه داده‌های مناسب ترکیب شوند، چه اکتشافات بزرگی در داده‌های قدیمی نهفته است.
این مطالعه با نزدیک‌تر شدن به منافذ، جداسازی تازه‌ترین دانه‌ها و گسترش فهرست ترکیبات آلی شناخته‌شده، جایگاه انکلادوس را در فهرست جهان‌هایی که در آن شیمی اقیانوسی می‌تواند با زیست‌شناسی تلاقی داشته باشد، بالاتر می‌برد.
اینکه آیا حیات هرگز از این شرایط بهره برده است یا نه، هنوز ناشناخته باقی مانده است، اما به نظر می‌رسد شیمی این قمر بیش از هر زمان دیگری برای آن آماده است.