ماه یخی زحل، انسیلادوس، هدف جذابی در جستجوی حیات — تحقیقات جدید
نویسنده: فلین ایمز، The Conversation
ماه کوچکی یخی از زحل به نام انسیلادوس یکی از اهداف اصلی در جستجوی حیات در نقاط دیگر سامانه خورشیدی است. پژوهش جدیدی دلایل اینکه انسیلادوس میتواند دنیای قابل سکونت باشد را تقویت میکند.
دادههای این نتایج پژوهشی جدید از فضاپیمای کاسینی به دست آمدهاند که از سال ۲۰۰۴ تا ۲۰۱۷ به دور زحل میچرخید. در سال ۲۰۰۵، کاسینی پرتوهای شبیه به فوارههای بخار آب و دانههای یخی را کشف کرد که به طور مداوم از ترکهای پوستهٔ یخی انسیلادوس فوران میکردند.
در آخرین مطالعه، نوزیر خواجا از دانشگاه آزاد برلین و تیماش تصمیم گرفتند نمونهای از مواد جمعآوریشده توسط کاسینی از قطب جنوبی انسیلادوس را دوباره تحلیل کنند.
بیشتر تجزیه و تحلیلهای ذرات جامد حاصل از فورانهای انسیلادوس روی حلقهٔ E زحل انجام شده بود. حلقهٔ E حلقهای پراکندهٔ خارجی در سامانهٔ حلقههای باشکوه پیرامون سیاره است. این حلقه به طور مداوم با مواد فورانهای انسیلادوس پر میشود. اما این مواد تازه نیستند و برخورد با تشعشعات فضایی میتواند ویژگیهای آنها را تغییر دهد.
مادهٔ تازهتری که خواجا و همکارانش تجزیه کردند، توسط کاسینی در یک عبور سریع فوقالعاده از قطب جنوبی انسیلادوس نمونهبرداری شد. استفاده از مواد فورانی تازهتاب شده، اطمینان حاصل کرد که هر گونه تداخل ناشی از تشعشعات حذف شود.
پس این تجزیه و تحلیلها و دیگر بررسیهای نمونههای فوران چه چیزی دربارهٔ انسیلادوس به ما میگویند؟ نمونههای اولیهٔ کاسینی حاوی نمکهای سدیم بودند که نشان میدهد این فورانها توسط یک اقیانوس زیرزمینی مایع آب تغذیه میشوند که با بستر سنگی تماس دارد. مشاهدات بعدی از «لرزش» انسیلادوس (تغییرات جزئی در چرخش آن) نسبت به زحل نشان داد که پوستهٔ بیرونی یخی آن احتمالاً کاملاً از هستهٔ سنگی زیرین جدا شده است.
این به این معناست که اقیانوس زیرسطحی انسیلادوس (محصور بین یخ و سنگ) بهصورت جهانی بوده و تمام سطح ماه را پوشش میدهد. احتمالاً این اقیانوس توسط تغییرات جزرومداری حفظ میشود؛ نیروی گرانشی متغیر زحل بر انسیلادوس باعث کشش و فشار آن میشود که این گرمایش را ایجاد کرده و از یخزدگی اقیانوس جلوگیری میکند.
توانایی (اگرچه بهصورت غیرمستقیم) نمونهبرداری از اقیانوس، امکان بررسی جامعتری از قابلیت سکونتپذیری انسیلادوس را فراهم کرده است؛ یعنی اینکه آیا انسیلادوس دارای مواد لازم برای حیات به شکل که ما میشناسیم است (بهعبارت دیگر منبع انرژی مناسب و ترکیبی از عناصر شیمیایی).
نمونهبرداری از فورانها
تحلیل نمونههای فورانی کاسینی با بهرهگیری از تکنیکی به نام «طیفسنجی جرمی» امکانپذیر شد. این فرآیند با برخورد سرعتی بالای کاسینی (پرواز با سرعتی به اندازهٔ کیلومترها در ثانیه) با مادهٔ جامد فورانی که جمعآوری کرده بود، آغاز شد.
این کار باعث شکست قطعات کوچکتر و باردار شد. پس از برخورد، یک ابزار این قطعات را در معرض میدان الکتریکی قرار داد که آنها را به سمت آشکارساز هدایت کرد.
زمان برخورد قطعات شیمیایی با آشکارساز سپس برای تعیین جرم و بار آنها استفاده شد. دانشمندان توانستند «پازل» را دوباره سرهم کنند تا هویت مولکولهایی که این قطعات قبلاً تشکیل میدادند، شناسایی کنند.
هنگام تلاش برای تعیین قابلیت سکونتپذیری، برخی مولکولها در دادهها باید بررسی شوند. ترکیبات آلی به سادگی مولکولهایی هستند که حاوی کربن میباشند. از آنجا که حیات روی زمین به طور بنیادی بر پایه کربن است، شناسایی هر گونه مولکول حاوی کربن گامی مثبت است.
ترکیبات آلی با اطمینان در مواد فورانی شناسایی شدهاند، از جمله «آمینها» که میتوانند پیشساز اسیدهای آمینه (که به نوبهٔ خود پیشساز پروتئینها هستند) باشند. «ماکرومولکولهای» بزرگتر نیز مشاهده شدهاند. اما هویت دقیق آنها به دلیل محدودیتهای ابزارهای کاسینی هنوز نامطمئن است.
کربن یکی از عناصر «CHNOPS» (کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، فسفر و گوگرد) است که بیشترین سهم اتمها را در موجودات زندهٔ زمین تشکیل میدهند. به جز گوگرد، همه این عناصر با اطمینان در مواد فورانی شناسایی شدهاند.
طیفسنجی جرمی میتواند انواع منابع انرژی موجود در یک اقیانوس را نیز نشان دهد. فتوسنتز، منبع اصلی انرژی حیات بر روی زمین، به احتمال زیاد در انسیلادوس امکانپذیر نیست زیرا اقیانوس آن زیر کیلومترها از یخ دفن شده است. فتوسنتز برای نور نیاز دارد و اقیانوس تقریباً قطعا تاریک است.
خوشبختانه، راههای دیگری برای استخراج انرژی توسط حیات از محیط وجود دارد. در اواخر دههٔ ۱۹۷۰، اکوسیستمهای وسیعی در اعماق اقیانوسهای زمین کشف شدند که در اطراف منابع حرارتی زیرآبی (شکافهای کف اقیانوس که آب گرم غنی از مواد معدنی از آنها خارج میشود) موقعیت دارند.
میکروبهای زنده در اطراف این منابع حرارتی زیرآبی از نوع حیات شیمیسنتزی هستند. آنها با استفاده از مواد مختلف موجود در آبهای حرارتی، واکنشهای شیمیایی انجام میدهند تا انرژی مورد نیازشان را به دست آورند.
بهنظر میرسد مواد اولیه برای برخی مسیرهای شیمیسنتزی، همچون دیاکسید کربن و هیدروژن، در اقیانوس انسیلادوس به مقدار کافی وجود دارند تا نظریهوار این اقیانوس را به عنوان منبع انرژی قابلاستفاده تبدیل کنند.
در واقع، مقدار هیدروژن موجود در مواد فورانی آنقدر زیاد است که برای توضیح آن نیاز به منبعی فعال در اقیانوس انسیلادوس در زمان حاضر دارد که بهاحتمال زیاد منبع آبگرم است.
مطالعهٔ اخیر
البته، هنگام استفاده از مواد فورانی برای استنتاج وضعیت درون اقیانوس باید احتیاط کنیم. فرآیندهای شکلگیری فوران (در حین عبور آن از یخ به فضا) میتوانند برخی مواد را رقیق یا متمرکز کنند. تشعشعات سخت نیز میتوانند موجب واکنشهای شیمیایی درون فورانها شوند و باعث شوند که این مواد نمایانگر اقیانوس اصلی نباشند.
با تجزیه و تحلیل مواد فورانی تازهتاب شده، مطالعهٔ جدید این مشکل را برطرف میکند. بهدلیل سرعت بالاتر، نمونههای بهدستآمده در این عبور باید بهگونهای شکسته شده باشند که انواع بیشتری از مولکولها در دادهها قابل مشاهده شوند.
نمونههای جمعآوریشده شامل مواد جدید نیز بودند، بهعلاوه مواد شناختهشدهای که پیشتر شناخته شده بودند، که تأیید میکند این مواد از درون انسیلادوس آمدهاند، نه از تغییرات ناشی از تشعشعات. برخی از مواد جدید شناساییشده نیز بهنحو دیگری به منبع آبگرمی اشاره میکنند.
با داشتن اطلاعات دربارهٔ قابلیت سکونتپذیری بالقوهٔ انسیلادوس، سازمان فضایی اروپا (ESA) برنامهریزی برای مأموریتی در دههٔ ۲۰۴۰ دارد که عبورهای متعدد از انسیلادوس انجام میدهد و احتمالاً حتی به دور یا فرود بر سطح آن میپردازد.
با مجموعهای بهروز شده از ابزارها، این مأموریت قصد دارد شواهد حیات را در مواد فورانی جستجو کند. اگر حیات در اطراف سامانههای آبگرمی در عمق انسیلادوس حضور داشته باشد، مسیر آن برای رسیدن به سطح اقیانوس و سپس به فضا میتواند طولانی و دشوار باشد.
با این حال، مطالعات اخیر فابیان کلنر از دانشگاه واشنگتن و همکارانش نشان داد که حتی یک سلول باکتریال منفرد درون یک دانهٔ یخ میتواند با طیفسنجی جرمی قابل شناسایی باشد. بنابراین امید این است که اگر حیات در انسیلادوس وجود داشته باشد، شواهد آن ممکن است در فضا در حال شناور باشد و در انتظار این باشد که ما به سوی آن برویم و آن را ببینیم.