8 دقیقه
آب مایع در ریوگو: یک ثبت شگفت‌آور و طولانی‌مدت
تیمی چندملیتی از پژوهشگران، از جمله دانشمندانی از دانشگاه توکیو، گزارش داده‌اند که بدنِ پدرِ سیارک نزدیک زمینِ ریوگو بیش از یک میلیارد سال پس از شکل‌گیری اولیه‌اش میزبان حرکت آب مایع بوده است. مدارک این ادعا از تحلیلهای ایزوتوپی با دقت بالا بر روی قطعات سنگی خرد و ریز بازگردانده شده توسط مأموریت Hayabusa2 آژانس فضایی ژاپن (JAXA) بهدست آمدهاند. این نتایج دیدگاه رایج را که تغییرات شیمیایی وابسته به آب بر روی سیارکهای کربندار محدود به نخستین دوران‌های سامانهٔ خورشیدی بوده است، زیر سؤال می‌برد و پیامدهای مهمی برای مدلهای چگونگی تأمین آب زمین دارد.
پیش‌زمینهٔ علمی: چرا این یافته برای شکل‌گیری سیارات اهمیت دارد
درک زمان و نحوهٔ حضور آب بر روی اجرام کوچک غنی از کربن (که معمولاً «سیارکهای کربندار» نامیده میشوند) از مسائل محوری در اخترسیاره‌شناسی است: چگونه مواد غنی از فرارپذیرها (volatiles) بین نواحی مختلف سامانهٔ خورشیدی اولیه جابهجا شدند و چگونه زمین به میزان کافی آب برای تشکیل اقیانوسها و پشتیبانی از شرایط قابل زیست دست یافت. برای دهه‌ها، مدل‌ها بر این فرض استوار بودند که آلودگی‌های آبی—یعنی تعامل شیمیایی بین سنگ و آب مایع—عمدتاً در چند ده میلیون سال نخست پس از شکل‌گیری رخ داده است، زمانی که ایزوتوپ‌های پرتوزا و کوتاه‌عمر، گرمای داخلی تولید می‌کردند.
ریوگو، که توسط هایابوسا۲ در سال ۲۰۱۸ نمونه‌برداری و به زمین بازگردانده شد، نمونه‌ای نمایان از این نوع سیارکهای کربندار است. با توجه به اینکه احتمالاً از یخ و گرد و غبار در نواحی بیرونی سامانهٔ خورشیدی شکل گرفته، ریوگو و جسم مادر آن هدف‌هایی کلیدی برای آزمون نظریه‌ها دربارهٔ انتقال آب به سیارات درونی به‌شمار می‌آیند.
روش و کشف: نشانه‌های ایزوتوپی جریان دیرهنگام سیال
هستهٔ مطالعه بر پایهٔ اندازه‌گیری‌های دقیق ایزوتوپی لوتهیوم (Lu) و هافنیم (Hf) استوار است. در سنگ‌ها، فروپاشی رادیواکتیو 176Lu به 176Hf هم به‌عنوان یک کرونومتر زمین‌شناختی عمل میکند و هم به‌عنوان ردیابی برای بازپردازی شیمیایی. تیم پژوهشی در چندین قطعه نمونه نسبتهای غیرمنتظره بالایی از 176Hf نسبت به 176Lu را شناسایی کردند. این بی‌قاعدگی بهترین توجیهش آن است که فازی سیال لوتهیوم را از مواد میزبان جابهجا و به‌طور انتخابی حذف کرده، درحالی‌که هافنیم در مادهٔ جامد باقیمانده غنا یافته است.
پژوهشگران از روش‌های شیمیایی آزمایشگاهیِ بسیار تمیز و طیف‌سنجی جرمی فوق‌حساس استفاده کردند تا این سیگنال را از تنها چند ده میلی‌گرم ماده در هر تحلیل استخراج کنند. از آنجا که هایابوسا۲ تنها چند گرم نمونهٔ کل به زمین بازگردانده بود، تیم تکنیک‌های جداسازی ویژه‌ای طراحی و اجرا کرد تا بیشینهٔ بازیابی عناصر و دقت ایزوتوپی حاصل شود.
«ما یک ثبت بکر از فعالیت آبی را کشف کردیم که بسیار دیرتر از آنچه مدلهای مرسوم پیش‌بینی می‌کردند رخ داده است،» گفت استادیار تسویوشی اییزوکا (دپارتمان زمین و علوم سیاره‌ای، دانشگاه توکیو). «سامانهٔ Lu–Hf در این دانه‌ها توسط یک رویداد سیال دیرهنگام مختل شده است—رویدادی که احتمالاً پس از یک برخورد که جسم مادر را شکافت و یخ دفن‌شدهٔ پیشین را ذوب کرد، صورت گرفته است.»
ذوب ناشی از برخورد: محرک محتمل
محققان بیان می‌کنند که یک برخورد قابل‌توجه بر روی جسم بزرگ‌ترِ مادرِ ریوگو، سنگ را شکست و یخ زیرسطحی را ذوب کرده است. یخ ذوب‌شده به آب مایع تبدیل شد و از طریق شکاف‌ها و رگ‌ها نفوذ کرد، با مواد معدنی واکنش شیمیایی انجام داد و نسبتهای ایزوتوپی را دگرگون ساخت. این سناریو هم تناسب زمانی و هم اختلال ایزوتوپی را توضیح میدهد: فعالیت سیال زمانی رخ داده است که بسیار دیرتر از شکل‌گیری اولیه بوده و نشان میدهد یخ به مدت بیش از یک میلیارد سال حفظ و در دسترس برای ذوب شدن باقی مانده است.
نموداری که نشان میدهد پژوهشگران چگونه فکر می‌کنند تکامل ریوگو در طول دست‌کم یک میلیارد سال رخ داده است. اعتبار: 2025 Iizuka et al. CC-BY-ND
پیامدها برای بودجهٔ آب و فرارپذیرهای زمین
اگر جسم مادر ریوگو چنین بازهٔ زمانی طولانی‌ای را با یخ حفظ کرده باشد، سایر اجرام کربندار مشابه نیز ممکن است فرارپذیرها را بسیار طولانیتر از تصور پیشین نگه داشته باشند. تیم پژوهشی برآورد میکند که برخوردگرهای شبیه ریوگو می‌توانستند دو تا سه برابر آبِ بیشتری را به زمین اولیه تحویل دهند نسبت به آنچه در مدلهای سنتیِ تجمع سیارکی محاسبه شده است. این بازنگری در بودجهٔ آب بر برآورد حجم اولیهٔ اقیانوسها، تکامل جو و زمانبندی رسیدن شرایط سطحی قابل زیست تأثیر میگذارد.
«این یافته ما را مجبور میکند تا موجودی اولیهٔ فرارپذیرهای سیارات سنگی را از نو بیندیشیم،» اییزوکا افزود. «اگر بلوک‌های سازنده‌ی سیاره‌ها مرطوب‌تر بودند، شرایط مرزی مدلهای اقلیم اولیهٔ زمین و منشاء حیات تغییر خواهد کرد.»
جزئیات مأموریت و روش‌شناسی
هایابوسا۲ نخستین مأموریتی بود که نمونه‌هایی از یک سیارک اولیه و غنی از کربن نزدیک زمین بازگرداند و به‌همین‌دلیل فرصت‌های بی‌نظیری برای زمین‌شیمی آزمایشگاهی فراهم آورد. ازآنجاکه جرم کل نمونه‌ها کوچک بود، هر روش تحلیلی لازم بود تا به‌دقت بهینه‌سازی شود. نوآوری‌های تیم شامل جداسازی‌های شیمیایی کم‌اتلاف بود که امکان اندازه‌گیری چند سامانهٔ ایزوتوپی را روی همان قطعهٔ میکروسکوپی فراهم کرد؛ رویکردی که با حفظ بافت نمونه اجازهٔ بررسی‌های متقابل بین زمان‌سنج‌ها و ردیاب‌های مختلف را می‌داد.
تحقیقات آتی رگ‌ها و رگههای فسفات و دیگر میکروساختارها در مادهٔ ریوگو را هدف قرار خواهند داد تا اپیزودهای سیال دیرهنگام را با دقت بیشتری تاریخگذاری کنند و شرایطی مانند دما، پی‌اچ و ترکیب سیال را محدودسازی کنند. مطالعات مقایسه‌ای با نمونههای مأموریت OSIRIS-REx ناسا از سیارک بنو آزمایش خواهند کرد که آیا فعالیت آبی بلندمدت ویژگی رایجی میان سیارکهای کربندار نزدیک زمین است یا خصیصه‌ای متمایز از دودمان ریوگو.
ریوگو نامش را از یک کاخ افسانه‌ای زیرآبی در فولکلور ژاپنی گرفته است — و به نظر می‌رسد این کاخ در واقع قصر آب در جهان واقعی نیز باشد. اعتبار: Jaxa, UTokyo & collaborators CC-BY-ND
دیدگاه کارشناسی
دکتر مایا آلوارز، زمین‌شیمیدان سیاره‌ای (شخصیت فرضی)، اظهار داشت: «یافتن شواهدی از جریان آب مایع در دل یک سیارک بیش از یک میلیارد سال پس از شکل‌گیری یک کشف شگفت‌آور است. این امر نشان میدهد که نگهداری فرارپذیرها در اجرام کوچک تحت شرایط معینی میتواند مدت‌زمان بسیار طولانی‌تری داشته باشد. این نکته چگونگی فکر ما دربارهٔ انتقال فرارپذیرها به سیارات را دگرگون میکند و ارزش علمی نمونههای بازگرداندهشده را برجسته می‌سازد—دستگاه‌های آزمایشگاهی روی زمین هنوز از ابزارهایی که می‌توانیم به‌صورت درجا به فضا ببریم عملکرد بهتری دارند.»
گام‌های بعدی و چشم‌انداز آینده
آنالیزهای برنامه‌ریزی‌شده شامل تاریخگذاری با دقت بالا روی رگههای فسفات، پترولوژی میکروساختاری، مطالعات گنجینهٔ سیال (fluid-inclusion) و مقایسهٔ متقابل سامانههای ایزوتوپی (مانند Lu–Hf و U–Pb) خواهند بود تا زمانبندی و طبیعت رخدادهای سیالی را مخروطی‌تر کنند. ازآنجاکه مأموریت‌های بازگردانندهٔ نمونه مثل هایابوسا۲ و OSIRIS-REx مواد مرجعی فراهم می‌کنند، سرمایه‌گذاری مداوم در زمین‌شیمی آزمایشگاهی برای تصحیح و پالایش مدلهای تکامل سامانهٔ خورشیدی و موجودی فرارپذیرهای سیاره‌ای حیاتی است.
نتیجه‌گیری
شواهد ایزوتوپی Lu–Hf از نمونههای ریوگو بازگرداندهشده توسط هایابوسا۲ نشان میدهد که آب مایع دست‌کم در بخش‌هایی از جسم مادر این سیارک بیش از یک میلیارد سال پس از شکل‌گیری آن جریان داشته است. این کشف نیازمند بازبینی در برداشت‌های ما از نگهداری و ارسال فرارپذیرها در سامانهٔ خورشیدی اولیه است و پیشنهاد میکند که سیارکهای غنی از کربن ممکن است سهمی چشمگیرتر از آب را به زمین تحویل داده باشند تا آنچه پیشتر تصور می‌شد. بررسی‌های میکروسکوپی مداوم روی نمونههای بازگرداندهشده—و مقایسهٔ دقیق با مواد بنو—خط زمانی و مکانیزم‌هایی را که اجرام کوچک آب را ذخیره، جابهجا و به سیارات داخلی منتقل می‌کردند، با جزییات بیشتری روشن خواهد ساخت.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر