9 دقیقه
یافته‌های اصلی و اهمیت آنها
بازتحلیل جدید دادههای مأموریت کاسینی نشان میدهد که مجموعه‌ای متنوع از مولکولهای آلی پیچیده در ماده‌ای که تازه از شکاف‌های قمر زحل، انسلادوس، بیرون زده یافت شده است. پژوهشگرانی به رهبری نوذیر خواجه (دانشگاه اشتوتگارت) مجدداً طیفهای گذر از میان فوارهها را که با سرعت بالا ثبت شده بودند بررسی کردند و چندین خانواده شیمیایی را شناسایی نمودند — از جمله آروماتیک‌ها، آلدهیدها، استرها، اترها و آلکن‌ها — که برخی از آنها برای نخستین‌بار در دانههای تازه‌تولیدشدهٔ فواره مشاهده میشوند. این کشفیات نشاندهندهٔ شیمی فعال و پیچیده‌ای در اقیانوس زیرسطحی انسلادوس است و زمینهٔ جدیدی برای ارزیابی قابلیت سکونت آن قمر فراهم می‌آورد.
برخلاف مطالعات قبلی که عمدتاً بر روی دانههای یخ کهن‌تر و تحت تأثیر فضای بیرونی در حلقهٔ E زحل تکیه داشتند، این مطالعه تمرکز خود را بر ذرات فواره‌ای تازه‌پرتاب‌شده گذاشت. این تمایز اهمیت دارد: دانههای تازهٔ خارج‌شده، امضای شیمیایی روشن‌تری از اقیانوس داخلی و فرآیندهای کف‌دریا دارند، در حالی که ذرات حلقهٔ E بر اثر بمباران میکرومقیاس، تابش و دیگر اثرات فضای بیرونی دچار تغییر میشوند و اطلاعات داخلی را مخدوش میکنند. بنابراین دادههای مستقیم فواره دید به‌مراتب قابل‌اعتمادتری نسبت به ترکیب داخلی فراهم میکنند.
زمینهٔ علمی و دادههای مأموریت کاسینی
کاسینی در فاصلهٔ سال‌های 2005 تا 2015 چندین بار از فوارههای انسلادوس نمونهبرداری کرد. ابزار تحلیل گردوغبار کیهانی (CDA) روی فضاپیمای کاسینی صدها هزار طیف از دانههای یخ را در این عبورها ثبت نمود. با این حال، دادههای به‌دست‌آمده از گذرهای مستقیم فواره اغلب پرنویز و دشوار برای تفسیر بودند. یک مجموعهٔ دادهٔ به‌ویژه باارزش مربوط به گذر سریع در سال 2008 است که کاسینی با سرعتی برابر 17.7 کیلومتر بر ثانیه از میان یکی از فوارهها عبور کرد. این سرعت‌های برخورد بسیار بالا امضای طیفی ویژه‌ای ایجاد کردند که در شرایط معمولی قابل دسترسی نیستند و همین امر فرصتی منحصربه‌فرد برای آشکارسازی ترکیبات کوچک و بزرگ فراهم آورد.
نموداری از نحوه‌ای که دانشمندان معتقدند فعالیت هیدروترمال در انسلادوس رخ میدهد. (ESA)
خواجه و همکارانش روشهای تحلیلی به‌روزتری به کار بردند — از جمله تطبیق طیف با کتابخانههای آزمایشگاهی گسترشیافته و دسترسی‌آزاد — تا صدای پس‌زمینهٔ نویز را از سیگنالهای آلی جدا کنند. در برخوردهای با سرعت‌های پایین‌تر، مولکولهای آب و یخ به‌گونه‌ای خرد و خوشه‌ای میشوند که میتوانند امضای آلی را مخفی کنند. اما در سرعت‌های بالا، خوشهبندی مولکولهای آب کاهش می‌یابد و قلههای طیفی ارگانیكی آشکارتر میشوند؛ این پیشرفت روش‌شناختی امکان شناسایی چندین کلاس آلی را فراهم ساخت و شواهد قوی‌تری ارائه کرد که این مولکولها ریشه در درون انسلادوس دارند، نه در تغییرات حاصل از باقی‌ماندن در فضا.
چرا مجموعهٔ آلی اهمیت دارد
فهرست مولکولهای کشف‌شده مکمل یافته‌های قبلی کاسینی دربارهٔ نمکها، هیدروژن مولکولی و فسفات‌ها در فواره‌هاست. کنار هم، این نتایج وجود پنج عنصر از شش عنصر کلیدی CHNOPS (کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، فسفر، گوگرد) که برای شیمی زیستی زمینی حیاتی‌اند را تأیید میکنند؛ تا کنون گوگرد تنها عنصر بزرگ عمده‌ای است که هنوز با قطعیت مشخص نشده است. اگرچه بسیاری از ترکیبات آلی جدید میتوانند بهصورت غیرزیستی تولید شوند، اما بسیاری از آنها پیش‌ماده‌ها یا واسطه‌هایی در مسیرهایی هستند که در شیمی مرتبط با زیست‌شناسی اهمیت دارند؛ به بیان دیگر، وجود آنها شرایطی را فراهم می‌کند که واکنشهای پیشزیستی و پیچیده‌سازی مولکولی ممکن شود.
تصویر کاسینی از انسلادوس در حلقهٔ E که فوارههای درخشان را نشان میدهد. (NASA/JPL/Space Science Institute)
نکتهٔ مهم این است که ترکیب شیمیایی مشاهده‌شده شباهت قابل‌توجهی با ترکیباتی دارد که در سیستمهای هیدروترمال اعماق اقیانوس‌های زمین تولید میشوند. روی زمین، ته‌چاه‌های هیدروترمال میزبان اکوسیستم‌های غنی‌ای‌اند که بدون نور خورشید زندگی میکنند و به‌جای فتوسنتز از انرژی شیمیایی و سنتز آلی در مرزهای داغ کف دریا تغذیه میکنند. دادههای انسلادوس اکنون قوی‌ترین شواهد مشاهده‌ای را ارائه میدهند که فرآیندهای مشابه هیدروترمال ممکن است همین حالا نیز در کف دریای زیر یخ این قمر در حال وقوع باشند.
پیامدها برای زیستپذیری و اخترزیست‌شناسی
انسلادوس همچنان یکی از امیدوارکننده‌ترین مکان‌ها در سامانهٔ خورشیدی برای جستجوی نشانه‌های زندگی است، زیرا ترکیبی از یک اقیانوس زیرسطحی جهانی، تولید گرمای داخلی ناشی از انعطاف جزر و مدی و مکانیزمی اثبات‌شده — فوارهها — که مادهٔ اقیانوس را به فضا منتقل میکنند و نمونهبرداری از دور را ممکن می‌سازند، را داراست. آشکارسازی انواع متنوعی از ترکیبات آلی بخش مهمی از معمای زیستپذیری را پر می‌کند؛ این یافته نشان میدهد که نه تنها مصالح اولیهٔ شیمیایی موجودند، بلکه فرآیندهای شیمیایی فعالی نیز مولکولهای پیچیده تولید میکنند.
تصویر کاسینی از فواره‌هایی که از انسلادوس فوران میکنند. (NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)
تیم تحقیق تأکید می‌کند که همهٔ مسیرهای شناسایی‌شده قابلیت تولید بهصورت غیرزیستی را دارند؛ یعنی برای تشکیل آنها لزوماً وجود حیات لازم نیست. با این حال، حضور این ترکیبات احتمال اینکه انسلادوس بتواند زیست را پشتیبانی کند یا دست‌کم شیمی پیشزیستی پیچیده‌ای در آن جریان داشته باشد را افزایش میدهد. خواجه در شرح نتایج نوشت: «مسیرهای شیمیایی متعددی وجود دارد که می‌تواند از ترکیبات آلی کشف‌شده ما به سوی مولکولهای مرتبط‌تر با زندگی منتهی شود، که این احتمال را بالا می‌برد که شرایط مناسب برای زندگی در دل این قمر وجود داشته باشد.» این نوع تبیین‌ها نشان میدهد که داده‌ها نه تنها از لحاظ کشف مولکولی ارزشمندند، بلکه مسیرهایی را نیز برای پژوهش‌های تجربی و تئوریک آینده ارائه میکنند.
زمینهٔ مأمورتی و تکنولوژیک
مجموعهٔ منحصربه‌فرد ابزارهای کاسینی، به‌ویژه CDA و طیفسنجهای جرمی، امکان این کشف بازنگری‌شده را فراهم آوردند. پیشرفت در پایگاه‌های دادهٔ طیفی، آزمایش‌های آنالوگ در آزمایشگاه و الگوریتم‌های پردازش سیگنال نقشی هم‌ارز داشتند. توانایی کاوش در دادههای آرشیوی با استفاده از روشهای نوین، ارزش علمی بلندمدت مأموریت‌های پرچم‌دار را نشان میدهد و دلیل محکمی برای برنامه‌ریزی مأموریت‌های اختصاصی آینده به انسلادوس فراهم می‌آورد.
مفاهیم مأموریتی پیشنهادی آینده شامل نمونهبرداری از فوارهها در ارتفاعهای پایین‌تر با طیفسنجهای جرمی بهبودیافته، سیستمهای جمعآوری سرمایی برای حفظ ترکیبات آلی شکننده و در نهایت بررسی‌های سطحی یا نفوذی به پوستهٔ یخی و نواحی گرم نزدیک شکافها است. هر گام تکنولوژیک این فهرست می‌تواند فهم ما را دربارهٔ اینکه آیا شیمی پیچیده در انسلادوس به سمت فرآیندهای واقعاً زیستی پیش می‌رود یا نه، دقیق‌تر کند. به‌عنوان مثال، جمعآوری نمونهٔ کرایوژنیک می‌تواند از تجزیهٔ ترکیبات فرار جلوگیری کند و طیفسنجهای جرمی با تفکیک بالاتر توانایی شناسایی ایزومرها و ترکیبات سنگین‌تر را فراهم می‌آورند که برای تشخیص مسیرهای شیمیایی حیاتی اهمیت دارند.
دیدگاه کارشناسان
«این یافته‌ها نشان میدهد که چه مقدار اطلاعات می‌توان از مواد فواره‌ای خوب‌حفظ‌شده بازیابی کرد»، دکتر لاریسا مورنو، اقیانوس‌شناس و اخترزیست‌شناس که در این مطالعه مشارکت نداشت، می‌گوید. «مجموعهٔ ترکیبات آلی که اکنون از طیفهای کاسینی آشکار شده با شیمی فعال کف دریا سازگار است؛ این امر اثبات‌کنندهٔ وجود حیات نیست، اما انسلادوس را به هدفی جذاب‌تر برای کاوش متمرکز تبدیل می‌کند.»
«حتی اگر مأموریت‌های آینده هیچ موجود زنده‌ای نیابند»، دکتر مورنو اضافه می‌کند، «این نتیجه نیز از نظر علمی عمیق خواهد بود: زیرا فهم ما را از گذار از شیمی پیچیده به زیست‌شناسی به چالش خواهد کشید، در شرایطی که به‌نظر می‌رسد بقیهٔ پارامترها برای شکلگیری حیات مناسب باشند.» این نظر نشان میدهد که نتایج منفی هم میتوانند پیامدهای بنیادی برای نظریه‌های منشأ حیات داشته باشند و انگیزهٔ علمی برای طراحی مأموریت‌های آینده را تقویت میکنند.
نتیجه‌گیری
بازتحلیل دادههای فوارهٔ کاسینی شواهد را تقویت می‌کند که انسلادوس میزبان شیمی آلی فعال و پیچیده‌ای است که توسط فرآیندهایی مشابه سامانه‌های هیدروترمال زمینی هدایت می‌شود. اگرچه مولکولهای کشف‌شده احتمالاً منشأ غیرزیستی دارند، اما شامل تعداد زیادی پیش‌ماده هستند که برای شکلگیری ترکیبات مرتبط با حیات اهمیت دارند و پیوند مستقیمی بین داخل قمر و موادی که در فضا نمونهبرداری شدهاند را تأیید میکنند. این نتایج اولویت علمی بازگشت به انسلادوس را با ابزارهای نسل آینده که برای بررسی دقیق‌تر اقیانوس و کف دریا طراحی شدهاند، تقویت می‌کند و یکی از پرسش‌های جذاب‌تر در علوم سیاره‌ای را تیزتر می‌سازد: اگر شرایط لازم برای زندگی در آنجا فراهم است، چرا زندگی نباشد؟
هنوز چیزهای بیشتری برای اکتشاف در مجموعهٔ دادههای موجود وجود دارد و بازتحلیل‌های پیوسته ممکن است ترکیبات و سرنخ‌های بیشتری را آشکار سازند. ترکیب بازبینی دادههای آرشیوی، طیف‌سنجی آزمایشگاهی و مأموریت‌های هدفمند آینده تصویر ما از انسلادوس را به‌عنوان یکی از آزمایشگاه‌های اصلی سامانهٔ خورشیدی برای مطالعهٔ جهان‌های اقیانوسی و شیمی پیشزیستی روشن‌تر و کامل‌تر خواهد کرد. علاوه بر این، ایجاد همکاری‌های بین‌رشته‌ای میان شیمی‌دانان، اقیانوس‌شناسان، اخترزیست‌شناسان و مهندسان فضایی برای طراحی آزمایش‌ها و ابزارهای مناسب جهت نمونهبرداری از محیط‌های کم‌نوری و پرفشار زیرسطحی اهمیت فزاینده‌ای دارد.
منبع: sciencealert
ارسال نظر