تحقیقات تازه نشان میدهد که کوچکترین قمرهای یخی در نواحی دوردست منظومه شمسی ممکن است میزبان آب جوشانی باشند که در اعماق تاریک، زیر پوستهای ضخیم از یخ پنهان شده است. این یافتهها نگاه ما به دنیای اقیانوسهای زیرسطحی را تغییر میدهد و احتمالاً مسیر اکتشاف حیات فرازمینی را دگرگون میکند.
چرا آب در قمرهای یخی شروع به جوشیدن میکند؟
در بسیاری از قمرهای خارجی، یک اقیانوس زیرسطحی میان هسته سنگی و پوسته منجمد قرار دارد. این آب هرگز نور خورشید را نمیبیند و هر روز تحت فشار عظیم یخ بالایی قرار دارد. اما پژوهش جدید نشان میدهد که همین پوسته یخی میتواند نقش اصلی را در ایجاد شرایط جوشیدن ایفا کند.
این مطالعه را مکسول رودولف، استاد دانشگاه کالیفرنیا دیویس، رهبری کرده است. تمرکز او بر رفتار آب و یخ درون سیارات و قمرها، و تغییرات آنها طی میلیونها سال است.
نقش کاهش فشار در آغاز جوشیدن
تیم تحقیقاتی با شبیهسازیهای پیشرفته بررسی کرد که چگونه پوسته یخی با گذشت زمان نازک شده و تحت فشارهای جدید واکنش نشان میدهد. در این حالت، بخشی از یخ دوباره به آب تبدیل میشود و حجم جدید باعث کاهش فشار در قسمت بالایی اقیانوس میشود. اگر این افت فشار به اندازه کافی زیاد شود، آب به «نقطه سهگانه» میرسد؛ شرایطی که در آن یخ، آب و بخار همزمان وجود دارند. مشابه حالتی که آب بدون گرم شدن زیاد میتواند بجوشد، تنها به دلیل کاهش فشار.
اهمیت اندازه قمرها در آغاز فرایند جوشیدن
قمرهای کوچک در اطراف سیارات غولپیکر، مانند زحل و اورانوس، تحت تأثیر نیروهای جزرومدی بهطور مداوم کشیده و فشرده میشوند. این فرایند گرمای درونی ایجاد میکند و به مرور پوسته یخی را نازک میکند.
رفتار متفاوت قمرهای کوچک و بزرگ
- در قمرهای کوچکتر، پوسته یخی سفت و مقاوم میماند و اجازه نمیدهد فشاری ایجاد شود که مانع جوشیدن شود.
- در قمرهای بزرگتر، پوسته ضخیم دچار تکتونیک فشاری میشود و به جای اینکه اجازه جوشیدن بدهد، ساختار سطح را تغییر میدهد و چینخوردگیها، رگهها و صخرهها را بهوجود میآورد.
“ما میدانیم برخی از این قمرها اقیانوس دارند. آنچه برای ما مهم است، فهم این است که این اقیانوسها چگونه طی میلیونها سال تکامل پیدا میکنند.” — پروفسور رودولف
قمرهای زحل؛ از میماس تا انسلادوس
میماس؛ قمر کوچک با قلبی گرم
میماس کمتر از ۲۵۰ مایل قطر دارد و ظاهری شبیه یک گلوله یخی پر از گودال دارد. اما چرخش غیرعادی آن نشان میدهد که لایهای از آب مایع زیر پوسته پنهان کرده است. تحلیلهای جدید نشان میدهد که این اقیانوس پنهان احتمالاً زمانی شکل گرفته که پوسته یخی بهتدریج نازک شده است.
انسلادوس؛ قمر جذاب با فورانهای آب
انسلادوس یکی از معروفترین قمرهای زحل است. کاوشگر کاسینی فوارههای عظیم آب و یخ را از قطب جنوب آن مشاهده کرد. ذرات یخ در این فوارهها حاوی مواد آلی و مولکولهای سازنده حیات هستند. این موضوع انسلادوس را یکی از بهترین گزینهها برای پیدا کردن محیطهای قابل زیست در منظومه شمسی کرده است.
اقیانوسهای پنهان در قمرهای اورانوس
مدلسازیهای درونی نشان میدهد که دو قمر اورانوس، میراندا و آریل، ممکن است لایههایی از آب را در گذشته پنهان کرده باشند که نقش مهمی در شکلگیری تکتونیک داخلی بازی کرده است. تصاویر وویجر ۲ از میراندا نشان میدهد که این قمر دارای سه ناحیه عجیب به نام «کرونا» است که از درهها و برجستگیهای یخی تشکیل شدهاند.
تیم رودولف نشان داد که در قمرهای کوچکی مانند میماس، انسلادوس، و میراندا، فشار اقیانوس میتواند تا حدی کاهش یابد که قبل از شکستن پوسته، جوشیدن آب آغاز شود.
چگونه جوشیدن آب میتواند سطح قمرها را تغییر دهد؟
جوشیدن در اقیانوس زیرسطحی به معنای ذوب شدن یا انفجار قمر نیست. در عوض، حبابهای بخار و گازهای آزادشده، یک لایه سبکتر در بالای آب تشکیل میدهند.
حرکت رو به بالا و تغییر شکل پوسته
این مواد سبک میتوانند به آرامی به سمت بالا حرکت کنند و باعث جریان همرفتی شوند. این جریان میتواند مسیرهایی در پوسته باز کند و اجازه دهد آب یا بخار به سطح برسد. در قمرهای کوچک، این فرایند میتواند مناطق لکهای و ساختارهای ناهموار ایجاد کند. اما در قمرهای بزرگتر، شکست پوسته مانع ادامه این روند میشود.
اهمیت این کشف برای جستوجوی حیات
دانستن اینکه کدام قمرها ممکن است میزبان آب جوشان باشند، به دانشمندان کمک میکند تا مکانهایی را هدف قرار دهند که احتمال انرژی شیمیایی و آب مایع در آنها بالاست. این دو عامل از مهمترین پیشنیازهای وجود حیات هستند.
این یافتهها همچنین به برنامهریزان مأموریتهای فضایی یک نقشه راه میدهد؛ از مطالعه رگههای فشرده در قمرهای بزرگ گرفته تا بررسی نواحی نامنظم در قمرهای کوچک.
این مطالعه در نشریه Nature Astronomy منتشر شده است.
جمعبندی
اقیانوسهای پنهان در قمرهای یخی رفتارهایی کاملاً متفاوت از زمین دارند. افت فشار میتواند حتی بدون گرما باعث جوشیدن آب شود و ساختار پوسته را تغییر دهد. این کشف میتواند پنجرهای جدید برای فهم شکلگیری این جهانهای یخی و احتمال وجود حیات در آنها باز کند.
