شواهد قوی از وجود آب در قمر زحل
انسلادوس یکی از ۶۲ قمر شناخته‌شده سیاره طوق بر گردن زحل است. قمری به قطر ۵۰۰ کیلومتر که هر ۳۸.۱ روز زمینی یک بار به دور زحل می‌چرخد.
سطح انسلادوس با لایه‌های ضخیمی از یخ پوشیده شده است. به علاوه وجود آبفشان‌ها و یخ فشان‌هایی که شل‌آبه‌هایی از یخ و آب را از لایه‌های زیرین انسلادوس به سطح آن می‌رسانند در برخی تصاویر فضاپیمای کاسینی مشاهده شده است. از این رو پیش از این دانشمندان احتمالاتی مبنی بر وجود اقیانوسی از آب در زیر لایه‌های یخزده انسلادوس را مطرح کرده بودند. بتازگی پژوهش‌های انجام شده روی داده‌های به دست آمده از فضاپیمای کاسینی شواهد قوی از وجود اقیانوسی از آب مایع به ضخامت ۱۰ کیلومتر زیر پوسته یخی انسلادوس را در اختیار دانشمندان قرار داده است. این مطالعات نشان می‌دهد این اقیانوس باید در عمقی پایین‌تر از ۳۰ تا ۴۰ کیلومتر از سطح یخی انسلادوس قرار گرفته باشد.
دمای سطحی انسلادوس حدود منفی ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد است؛ اقیانوس آب مایع، زیر این لایه سطحی بسیار سرد قرار گرفته است. نتیجه کلی مطالعات نشان می‌دهد نیروی گرانش بسیار قوی زحل و فعل و انفعالات کشندی لپو فعل و انفعالات کشندی لپبین انسلادوس و قمر دیون موجب کشیده و فشرده‌شدن انسلادوس می‌شود و همین موجب شد یک اقیانوس زیر سطحی بتواند در اعماق انسلادوس شکل بگیرد.
اخترشناسان تا امروز فقط می‌توانستند با حدس و گمان درباره این اقیانوس اظهارنظر کنند، اما حالا گروهی بین‌المللی به سرپرستی لوسیانو لس از دانشگاه ساپیئنزا در رم با تجزیه و تحلیل داده‌های جدید فضاپیمای کاسینی توانسته‌اند جرم و ویژگی‌های ژئومتری اقیانوس زیرسطحی انسلادوس را در عمق ۳۰ تا ۴۰ کیلومتری این قمر شناسایی کنند. بدون شک اثبات وجود مقادیر عظیمی از آب مایع در بخش‌های بیرونی منظومه شمسی بر برنامه‌ریزی پروژه‌های اکتشاف منظومه شمسی که برای شناخت بهتر سیاره خودمان انجام خواهد شد اثرگذار خواهد بود.
دانشمندان چطور به وجود آب در انسلادوس پی بردند؟
لوسیانا لس، مدیر تیمی که کاشف اثرات وجود آب در زیر لایه‌های سطحی انسلادوس است، می‌گوید؛ آنها پیش فرضشان این بود که نیروی گرانش در هر سیاره‌ای به صورت ثابتی عمل کند. اما در حقیقت، نیروی گرانش بسته به موقعیت و ترکیب سیاره مورد نظر می‌تواند اثرات متفاوت اعمال کند. گرانش به ما اجازه می‌دهد پنجره‌ای به داخل یک قمر باز کنیم. تغییرات نیروی گرانش که بر فضاپیما وارد می‌شد، طی سه پرواز از نزدیک که فضاپیمای کاسینی به دور انسلادوس انجام داد به دقت اندازه‌گیری شد. این تغییرات بسیاری از ویژگی‌های سطحی و درونی قمر انسلادوس را برای دانشمندان آشکار کرد. در آخرین پرواز کاسینی بر فراز قطب جنوب انسلادوس یک مورد غیرعادی مشاهده شده که شبیه گودشدگی در پوسته یخی قمر به نظر می‌رسید. وقتی فضاپیما بر فراز کاسینی پرواز می‌کرد، سرعتش توسط عواملی که وابسته به تغییرات میدان گرانشی بود دچار اختلال شد. اخترشناسان سعی کردند این مقادیر را اندازه‌گیری کنند. علاوه بر مشاهده تغییرات سرعت، تغییراتی در فرکانس رادیویی نیز مشاهده شد که دانشمندان آن را در ایستگاه‌های زمینی از منظومه شمسی همواره دریافت می‌کنند. محققان معتقدند جرم اضافی موجود در زیر لایه‌های سطحی باید علت بروز این رخداد بوده باشد. زیرا یک اقیانوس زیر سطحی از آب مایع که از آب چگال‌تر است تنها کاندیدای منطقی برای توضیح این مشاهده است. برای نگهداشتن این آب در حالت مایع، گرما لازم است که انسلادوس آن را در فعل و انفعالات کشندی با قمر دیگری از زحل به نام دیون تولید می‌کند.
اقیانوسی از آب در زیر لایه‌های سطحی انسلادوس و اروپا
به طور عجیبی قرارگرفتن یک اقیانوس زیرسطحی در انسلادوس انطباق دارد با آنچه پیش‌تر در سطوح زیرین قطب جنوب قمر اروپا مطالعه‌شده که از اقمار سیاره مشتری است. قطب‌ها در هر دو قمر بهخاطر کشیده و فشرده‌شدن ناشی از نیروهای کشندی نسبت به استوا گرم‌تر می‌شوند و این گرما موجب ذوب یخ‌ها می‌شود. وقتی یخ شروع به ذوب‌شدن می‌کند، آب مثل یک ماده روان‌کننده عمل و کمک می‌کند تا یخ درچرخه‌ای با بازخورد مثبت هر چه بیشتر ذوب شود. این کمک می‌کند تا بتوان توضیح داد چرا یک اقیانوس زیرسطحی می‌تواند در یکی از قطب‌های قمر وجود داشته باشد، اما در قطب دیگر وجود نداشته باشد.
نکته جالب توجه در این تحقیق این است که این اولین بار است که دانشمندان با استفاده از اندازه‌گیری‌های گرانشی موفق به کشف اقیانوسی در دنیایی دیگر شده‌اند. در مورد قمر اروپا که از اقمار سیاره مشتری است، محققان از داده‌های به دست آمده از میدان مغناطیسی به وجود لایه‌های رسانای زیرسطحی پی برده بودند که قاعدتا می‌توانست نشانه‌ای از وجود آب شور باشد.
اندازه‌گیری‌های گرانشی پیشنهاد می‌دهد انسلادوس باید از لایه‌های متفاوتی از مواد مختلف تشکیل شده باشد. محققان معتقدند هسته انسلادوس از مواد کم‌چگالی مثل صخره‌های سیلیکاتی در زیر اقیانوس آب مایع تشکیل شده است. به علاوه به نظر می‌رسد اقیانوس در قطب جنوب قرار گرفته و تا عرض‌های میانی به سوی استوا گسترش یافته است.
ماموریت فضاپیمای کاسینی در سپتامبر ۲۰۱۷ پایان خواهد یافت. تا آن زمان سه پرواز دیگر بر فراز انسلادوس انجام خواهد شد. کاسینی دوباره از فراز قطب جنوب خواهد گذشت و تصاویر با تفکیک‌پذیری زیادی از ناحیه قطب شمال به دست خواهد آورد و شار حرارتی از قطب جنوب را اندازه‌گیری خواهد کرد.
آیا باید منتظر مشاهده علائمی از حیات در انسلادوس باشیم؟
سازمان‌های فضایی معتبری همچون ناسا و اسا در حال طراحی ماموریت بیشتر قمر اروپا متعلق به سیاره مشتری و قمر تیتان متعلق به سیاره زحل هستند. اروپا به دلیل ویژگی‌های جالب توجهی از قبیل داشتن اقیانوس‌های زیرسطحی و تیتان به واسطه داشتن جوی آکنده از هیدروکربن‌ها و دریاهایی از ترکیبات کربن‌دار مایع مثل متان در سطح خود همواره هدف جالب توجهی برای مأموریت‌های بلندپروازانه فضایی بوده است. اختر زیست‌شناسان احتمال زیادی برای یافتن نخستین نشانه‌های حیات از قبیل درشت مولکول‌های زیستی اولیه شبیه دی.ان.ای را در این محیط‌ها قائل هستند. وجود آب و محیط‌هایی که درشت مولکول‌های کربنی بتوانند زنجیره‌های پلیمری را در اتصال با یکدیگر بسازند، در این دنیاهای دور از زمین بخت یافتن نخستین نشانه‌ها از شکل‌گیری نوعی از حیات در دنیایی ماورای زمین را بالا می‌برد.
همین جاهاست که دانشمندان را در پاسخ به سوال بزرگ بودن یا نبودن حیات در دنیایی بجز زمین تواناتر می‌کند. ماموریت سطح نشین هویگنس که همراه با کاسینی به سوی زحل پرتاب شده بود و در ژانویه ۲۰۰۵ بر سطح تیتان نشست در این راستا انجام شده بود.
حالا با تقویت احتمال وجود اقیانوسی از آب در زیر لایه‌های سطحی انسلادوس باید منتظر خبرهایی مبنی بر طراحی ماموریت‌هایی برای کاوش این قمر دوردست منظومه شمسی باشیم. ربات‌های دست‌ساز ما باید قادر باشند ۳۰ تا ۴۰ کیلومتر در پوسته دنیایی در ۱.۵ میلیارد کیلومتری زمین پیشروی کنند تا شاید خبر از وجود نوعی از حیات برایمان مخابره کنند!
حجم احتمالی آب در انسلادوس چقدر است؟
محاسبات نشان می‌دهد حجم آب اقیانوس موجود در زیر لایه‌های سطحی تیتان، دست‌کم برای پرکردن ناحیه‌ای به بزرگی دریاچه سوپریور که دومین دریاچه بزرگ زمین است، کافی است (حجم آب دریاچه سوپریور حدود یک‌ششم دریای خزر است). با این حال باید در نظر داشته باشیم عمق اقیانوسی که زیر لایه‌های سطحی تیتان وجود دارد، از عمق دریاچه سوپریور بیشتر و قاعدتا حجم آب بسیار بیشتری در خود نگه داشته است. احتمالا همین اقیانوس زیرسطحی است که آبفشان‌های انسلادوس را تغذیه می‌کند و شاید ترکیبات آلی سازنده حیات در چنین فضایی بتوانند شکل بگیرند.
کاظم کوکرم
مدرس نجوم رصدی
