اروپای مشتری!

با جستجو در عکس های ارسالی از فضاپیمای گالیله در حدود بیست سال پیش سوالی مطرح شد : آیا این قمر مشتری با قطری تقریبا برابر با ماه خودمان ! میتواند دارای حیات باشد؟!

در ظاهر ، اروپا چندان قابل توجه به نظر نمی رسد ، جهانی خاکستری و سفید با آثاری از وصله های قرمز کنجکاو کننده. اما کل این قمر پوشیده از یخ است ، و یک اقیانوس را در زیر خود پنهان کرده. اثر متقابل اقیانوس با لایه های سنگی در زیر آن می تواند بهشتی برای تکامل حیات فراهم کند ، خصوصاً اگر اقیانوس ها دارای منافذی باشند که از داخل گرما را بیرون می اورند.

اروپا کلیپر”یکی از پروژه‌های جدید ناسا است که قرار است در بین سال‌های 2023 یا 2030 پرتاب شود و 45 بار از اروپا عبور کند. در طی این مدت، این کاوشگر اتمسفر نازک، سطح یخی، فرضیه اقیانوس‌های عمقی و میدان مغناطیسی داخلی اروپا را مورد مطالعه قرار خواهد داد. مأموریت Europa Clipper برای بلوک های روی قمر آمادگی بهتری دارد. این فضاپیما طیف سنج جرمی برای کاوش سیاره / اروپا (MASPEX) را حمل خواهد کرد ، تا گازهای اطراف ماه را جمع آوری و هرگونه مواد بلوک که ممکن است در فضا آزاد شود را تجزیه و تحلیل کند.

اروپا

اول از همه، این قمر به طرز عجیبی جوان است، یعنی فقط 40 تا 90 میلیون سال سن دارد و لذا، یکی از تازه‌ترین سطوح در کل منظومه‌شمسی به حساب می‌آید. (اقماری مانند ماه زمین و بقیه اقمار منظومه شمسی حدود 4.6 میلیارد سال قدمت دارند).

اروپا صاف ترین سطح در منظومه شمسی را دارد ، برای همین هم دانشمندان را به این فرضیه سوق داد که دارای آب مایع در یک اقیانوس زیرسطحی است که با انعطاف پذیری جزر و مدی مشتری از انجماد خارج می شود. سطح یخی اروپا بسیار فعال است و دارای شیارهای پهن و عریضی می‌باشد که در آنها یخ در بین بلوک‌ها شکل گرفته و صخره‌هایی با صدها متر بلندی وجود دارد که در آنها یخ‌ها به طور مکرر به هم برخورد کرده و از هم جدا می‌شوند، متلاشی می‌شوند و تکه‌های آنها چنان زیاد و نامرتب است که دانشمندان به آنها لقب “ناحیه پر هرج و مرج " یا آشوب را داده‌اند. طبق این فرضیه ، این انعطاف پذیری جزر و مد نه تنها آب را به شکل مایع نگه می دارد ، بلکه باعث ایجاد حرکت صفحات یخ ،مانند صفحات تکتونیکی زمین می شود .

عکس های رنگی می توانند جزئیات مهم دیگری از داستان یخی را برای دانشمندان بیان کنند ، به ویژه هنگامی که کارشناسان پردازش تصویر بر تفاوت های کوچک قابل مشاهده در رنگ تأکید دارند. این تفاوت رنگ در عکس ها ترکیب شیمیایی را منعکس می کند: مناطق سفید یا آبی دارای سطح بالاتری از یخ آب خالص هستند ، در حالی که نواحی قرمزتر حاوی ترکیبات دیگری مانند نمک است که به طور بالقوه از فرضیه اقیانوس های ماه منشا می گیرند. دانشمندان فرض کردند که اینها مواد شیمیایی هستند که از اقیانوس زیرسطحی به سطح اروپا راه یافته اند. این نشان می دهد که کف دریا ممکن است با سطح ان تعامل داشته باشد ، و این یک نکته مهم هنگام تفکر در مورد وجود حیات است. گردش مواد بین اقیانوس و پوسته یخی ان می تواند به طور بالقوه منابع انرژی شیمیایی را فراهم کند که می تواند اشکال ساده حیات را حفظ کند."

کوین هاند یک ستاره شناس در آزمایشگاه پیشران جت ناسا میگوید،اروپا "تغییر دهنده بازی" برای مأموریت های جستجوی زندگی است زیرا منبع اصلی انرژی این قمرمشتری است - نه خورشید. وقتی ماه به دور غول عظیم گازی مانند مشتری می چرخد ، گرانش بسیار زیاد آن باعث انعطاف پذیری اروپا می شود.
محاسبات انعطاف پذیری جزر و مد باعث می شود که قمرها و سیارات بتوانند میزبان آب مایع باشند حتی اگر از منطقه مرسوم به "گلدیلاک Goldilocks " یا محدوده قابل سکونت یک ستاره فاصله زیادی داشته باشد - جایی اطراف یک ستاره که گرما و انرژی باعث می شود آب روی یک سیاره مایع بماند.
این انعطاف پذیری نه تنها انرژی ایجاد می کند ، بلکه می تواند آب ماه را از میان سنگها بیرون بکشد. افزایش دما و فشار در اثر تجزیه رادیواکتیو یا حرکت جزر و مدی زیرسطحی می‌تواند فروپاشی و تجزیه مواد معدنی آبزا را به همراه داشته باشد و به آزادسازیِ آب محبوس کمک کند. دانشمندان گفته اند این تعاملات می توانند به طور بالقوه انرژی لازم برای زندگی را ایجاد كنند ، البته به شرطی كه عناصر سازنده مانند اسیدهای آمینه در دسترس باشند.

آنان تشخیص داده اند که قمرهای گالیله به لطف "تشدید جزر و مدی" شدیدا بروی هم تأثیر می گذارند - در واقع ، یک همگام سازی مستحکم بین کشش گرانشی و طبیعت نوسانی اقیانوس ها در اقمار. ماه ها بطور کشندی(جزر و مدی) بیشتر از مشتری بر یکدیگر تشدید دارند ، و این توضیح می دهد که چرا کشش بسیار قوی این سیاره به اثرات جزر و مدی بزرگتر تبدیل نمی شود.به عنوان مثال : آقای هی و تیم وی محاسبه کردند که اگر اقیانوس مدفون اروپا عمقی در حدود 660 فوت (200 متر) داشته باشد ، کشش مشتری می تواند موجی جزر و مدی در ان ایجاد کند. برعکس ، قمر آی او کوچک! می تواند در اقیانوسی به عمق 50 مایل (80 کیلومتر) در قمر اروپا موجی قوی ایجاد کند. رزونانس جزر و مدی در میان قمرهای گالیله می تواند به آنها کمک کند تا محدوده عددی عمق مورد نیاز را کاهش دهند. اعضای تیم تحقیق میگویند ، اگر جزر و مد ماه به اندازه کافی قوی باشد ، سطح یخ زده اروپا ، کالیستو و گانیمد ممکن است تورفته یا بیرون زده باشد.
آقای هی ، که اکنون در آزمایشگاه پیشران جت ناسا در کالیفرنیای جنوبی است ، گفت: "اگر بتوانید سرعت حرکت سطح قمر به سمت بالا و پایین را اندازه گیری کنید ، این راهی برای تعیین ضخامت اقیانوس خواهد بود."

بلوک ها در اروپا

با استفاده از داده های جمع آوری شده توسط سه مأموریت هابل ، گالیله و ویجر ، پاول شنک ، محقق در موسسه ی قمری و سیاره ای در هوستون ، توانست نشانه هایی از تغییراتی را که می تواند نشان دهد مواد فوران شده دوباره به سطح آن ریخته شده است را بدست آورد. خود این رگه ها و بلوکها می توانند به کشف اطلاعاتی مربوط به اقیانوس پنهان شده در اعماق زیر یخ ها کمک کنند.

همانطور که لایه زیرین یخ های سطحی بر اثر فعل و انفعالات جزر و مدی بین مشتری و اروپا گرم می شود ، سطح به خودی خود کمانه می کند و شکستگی ایجاد می شود. یخ رویی ضعیف و پوسته ها سست می شوند و یخ های بزرگتر مانند یخچال تشکیل می دهند.شنک میگوید که این وقایع خشونت آمیز می تواند آب مایع را برای مدت کوتاهی روی سطح قرار دهد. این آب می تواند بجوشد تا توده های موضعی بلورهای بخار آب منجمد تولید شود. در این نواحی نشانه های ضعیفی وجود دارد که می تواند اثر این بلوک ها باشد.

شنک گفت: "ما ممکن است این را در مقیاس چند کیلومتری به شکل هاله های تاریک در اطراف "هرج و مرج " سطح قمر مشاهده کنیم ، اما مطمئن نیستیم."احتمال دیگر این است که شکافهای گسترده ای که بیش از 600 مایل (1000 کیلومتر) در سراسر سطح اروپا امتداد دارند می توانند مواد را بیرون بریزند. گاهی اوقات چاله ها شامل لبه های دوتایی میشوند که دارای مواد مایل به قرمز تیره هستند که سطح آنها را تا 10 کیلومتری اطراف ان می پوشانند. تحقیقات قبلی حاکی از آن بود که مواد قرمز سوخت شده ممکن است ازمواد منفجره ای حاصل شوند که از شکاف ها خارج می شوند ، درست مانند فواره های بخار آب از شکاف های مرکزی در "نوار ببر" قطب جنوب انسلادوس.در طول فوران ها ، شیار ها مواد را در طول خود آزاد کرده و پرده ای از گاز و ذرات با ارتفاع چندین کیلومتر را در فضای بالای هر شیار ایجاد می کنند، هرچند بعید است همه باهم منفجر شوند..

شنک از طریق ایمیل به سایت اسپیس گفت: "بلوک های موجود در اجسام یخی معمولاً طیف وسیعی از اندازه ذرات را تولید می کنند." گرانش بزرگترین و عظیمترین ذرات را به سطح می کشاند. وی گفت: "این ذرات همیشه به نوعی از سطح متفاوت هستند ، یا از نظر ترکیب و رنگ و یا از نظر اندازه ذرات و در نتیجه از نظر روشنایی ظاهری." "بنابراین ما انتظار داشتیم که نوعی روشنایی ناهنجار یا اثررنگی در نزدیکی منابع در هر جایی که ممکن است مشاهده کنیم."اما شنک هیچ تغییری در میزان روشنایی یا ترکیبات که ممکن است نشان دهد مواد اقیانوس در سطح قمر تمام شده، نیافت.کمبود شگفت آور تغییرات می تواند به این معنی باشد که فعالیت بلوک ها و رگه ها در طی سه دهه نقشه برداری نسبتاً مداوم بوده است ، ذرات تراوش یافته با گذشت زمان با هم مخلوط شده و تفاوت آشکاری ندارند. گزینه دیگر این است که

شنك در مقاله خود كه در 24 مارس در مجله نجومی Astrophysical Journal Letters منتشر شد ، نوشت: "ممكن است ستونها در تصويرسازي موجود، رسوبات قابل مشاهده اي ایجاد نکنند.این در صورتی امکان پذیر است که بلوک های رادارگریز اروپا فقط بخار باشند ، اما توضیح عدم کریستالی شدن بخار آب و تبدیل شدن به ذرات معلق پس از تخلیه در فضا دشوار است". اختلاف اندازه بین ذرات منفذ و ذرات سطح باید به اندازه ای متفاوت باشد که توسط فضاپیما مشاهده شود . با این حال ، اگر ستونهای رادارگریز به اندازه عادی باشند ، برای تشخیص آنها می توان از طیف سنج و نقشه بردار مادون قرمز یا ماورا بنفش استفاده کرد. Clipper یک دوربین دیجیتال حساس به طول موج های ماورای بنفش را حمل می کند و ممکن است بتواند ردیابی ها را تشخیص دهد.

بخار آب در اروپا

لوکاس پاگانینی ، دانشمند سیاره ای در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در گرینبلت ، مریلند و دانشگاه واشنگتن دی سی گفت:"عناصر شیمیایی اصلی (کربن ، هیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن ، فسفر و گوگرد) و منابع انرژی ، دو مورد از سه مورد لازم برای زندگی در سراسر منظومه شمسی وجود دارد. اما سومین مورد - آب مایع –است که یافتن ان تا حدی سخت است. در حالی که دانشمندان هنوز مستقیماً آب مایع را تشخیص نداده اند ، ما چیزخوب دیگری پیدا كرده ایم: آب به صورت بخار."

پاگانینی و همکارانش از W.M. رصدخانه کک (Keck) در هاوایی 1900مایل (3100 کیلومتری) از مساحت اروپا را مورد مطالعه قرار داده اند ، که به گفته اخترشناسان یکی از بهترین شرط های منظومه شمسی برای میزبانی حیات بیگانه را دارد.آنها از فوریه 2016 تا مه 2017 اروپا را به مدت 17 شب رصد کردند. در یکی از آن شب ها - 26 آوریل 2016 - آنها سیگنال شدیدی از بخار آب ، که به شکل یک طول موج مشخص از نور مادون قرمز ساطع شده است ، دریافت کردندکه مقدار زیادی داشت - طبق محاسبات محققان ، حدود 2300 تن (2095 تن متریک. این تقریباً برای پر کردن یک استخر شنا در اندازه المپیک کافی است (که حاوی حدود 2750 تن یا 2500 تن آب).

محققان فکر می کنند منبع این آب، بلوکی است که می تواند از اقیانوس مدفون یا از مخزن یخ ذوب شده درون پوسته اروپا فوران کرده باشد. حجم مشاهده شده بسیار بیشتر از آن بود که پیش بینی می شد نتیجه فرآیندهای "برون زا" باشد ، مانند جداکردن مولکول های آب از سطح اروپا توسط کمربند تشعشعاتی قدرتمند مشتری.

علاوه بر نتایج جدید و تشخیص هیدروژن اتمی و اکسیژن توسط هابل (که احتمالاً از مولکولهای آب جدا شده بدلیل تابش حاصل می شوند) ، کاوشگر گالیله ناسا در پرواز سال 1997 ، افزایش زیادی از چگالی پلاسما یا گاز یونیزه را اندازه گیری کرده است. و به طور فزاینده ای مشخص می شود که بلوک ها در اروپا پراکنده هستند. از این لحاظ ، آنها با ستون های ثابت در قطب جنوب قمر یخی واقیانوسی انسلادوس ، که توسط بیش از 100 آبفشان قدرتمند درحال تولیدند ، بسیار متفاوت هستند.

تشعشعات داخلی اروپا

مویت ملوانی داسوانی(Mohit Melwani Daswani) دانشمند سیاره ای در آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا در کالیفرنیا ، تیمی را هدایت کرده است که داده های جمع آوری شده توسط مأموریت گالیله را تجزیه و تحلیل کنند.

تیم داسوانی شواهدی امیدوار کننده پیدا کردند: اقیانوس اروپا می تواند از تجزیه مواد معدنی آبزا که در داخل اروپا وجود دارد نشات گرفته باشد. داسوانی گفته است که این فرایند ممکن است در هنگام تفکیک که در طی آن اروپا "به لایه های مشخص شبیه پیاز" از هم جدا شده است، رخ داده باشد.

"فضای داخلی اروپا بسیار متراکم تر از لایه های بیرونی است." در حال حاضراین یکی از ویژگیهای مهم تاریخی و زمین شناسی اروپا است: برای اینکه فرآیند تفکیک رخ دهد ، باید گرمای زیادی را تجربه کرده باشد." گرمای زیاد قدیم این احتمال را نیز ایجاد میکند که اروپا در حال حاضر گرمای کافی برای پنهان کردن یک اقیانوس مایع را داشته باشد. منبع این گرما می تواند دراثر رادیواکتیو داخلی قمر باشد ، یا پدیده ای به نام پراکندگی جزر و مد ناشی از فعل و انفعالات با مشتری و قمرهای بزرگ اطراف آن یا هر دو اینها.

این روند تفکیک کلید اصلی جهان های قابل سکونت مانند زمین است که همچنین در مریخ نیز اتفاق افتاده است. داسوانی گفت: "اروپا به اندازه کافی بزرگ بوده است تا این را نیز تجربه کند."
اگرچه ارتباط مستقیمی بین تفکیک و قابلیت سکونت وجود ندارد ، اما داسوانی گفت که فرآیند تجزیه مواد معدنی از طریق گرما برای تولید اقیانوس ها شاید فقط مربوط به اروپا نباشد. " اقیانوس های بزرگ که این گرما را در داخل تجربه می کنند ممکن است مکانیکی برای ساخت اقیانوس ها داشته باشند."

دانشمندان با بررسی فرآیندهایی که مواد معدنی منجر به تولید آب در اروپا شده اند ، می توانند دریابند که آیا یک سیاره فراخورشیدی می تواند میزبان یک اقیانوس مایع باشد ، زیرا این ممکن است یک روش معمول برای تشکیل اقیانوس ها در جهان و در منظومه شمسی ما و فراتر از آن باشد.
داسوانی گفت:"استثنا در این مورد [ماه سیاره زحل] انسلادوس است ... جسمی بسیار کوچکتر از اروپا که نمی توانسته چنین گرمای زیادی را تجربه کند ، ما این را می دانیم زیرا چگالی انسلادوس بسیار کمتر از اروپا است. بنابراین اقیانوس ان باید توسط فرایند دیگری ایجاد شده باشد. "
اما گانیمد همسایه اروپا نیز می تواند فضای داخلی متفاوتی داشته باشد و از این نظر ممکن است شبیه اروپا باشد.

مطمئناً برای داشتن حیات به بیش از آب نیاز داریم. استیو موجسیس ، یک زمین شناس از دانشگاه کلرادو، در مصاحبه ای با سایت اسپیس گفت: "زندگی شیمی است. حیات ازشیمی ، که همه چیز ان جریان الکترون است ، قدرت میگیرد." تبادل الکترون باعث تولید انرژی می شود و این نوع انرژی است که برای متابولیسم و سوخت و ساز مورد استفاده قرار می گیرد. ماباید این نکته را شفاف‌سازی کنیم که آیا جریان الکترون در اروپا وجود دارد یا خیر؛ چرا که می‌تواند انرژی لازم برای پیدایش و پشتیبانی از حیات را فراهم نماید.

این موضوع هم کماکان در هاله‌ای از ابهام است که آیا این گونه قمرهای یخی می‌توانند گرمای کافی برای ذوب سنگ را ایجاد کنند یا خیر. یقیناً فرایندهای شیمیایی جالبی در این اجرام به وقوع می‌پیوندد، اما این حیات بیگانه از چه نوع جریان الکترونی می‌تواند برای تامین انرژی خود در بخش‌های سرد و تاریک و عمیق استفاده کند؟!

منابع:

[1]https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2020/05/New_evidence_of_watery_plumes_on_Jupiter_s_moon_Europa

[2]https://www.space.com/europea-plumes-stealth-particles-mystery.html

[3]https://www.space.com/jupiter-moon-europa-chaos-terrain-detailed-photos.htm

[4]https://www.scientificamerican.com/article/jupiters-ocean-moons-raise-one-anothers-tides/

[5]https://eos.org/research-spotlights/jupiters-ocean-moons-raise-tidal-waves-on-one-another

[6]https://www.nasa.gov/feature/jpl/newly-reprocessed-images-of-europa-show-chaos-terrain-in-crisp-detail

[7]https://www.nasa.gov/feature/jpl/europa-s-ocean-ascending