11 دقیقه
دانشمندان با بازتحلیل دادههای آرشیوی فضاپیمای کاسینی سازمان فضایی آمریکا (ناسا) شواهد تازه و قانعکنندهای یافتند که نشان میدهد قمر کوچک زحل، انسلادوس، مولکولهای آلی پیچیده تولید میکند. دستاوردهای جدید که بر پایه ذرات یخی جمعآوریشده مستقیم از فوارههای نزدیک قطب جنوب این قمر صورت گرفته، ایده وجود شیمی فعال در اقیانوس مخفی زیرسطحی انسلادوس را تقویت میکند — شیمیای که میتواند مسیر پیدایش ساختارهای پیشزیستی و مواد سازنده حیات را هموار کند.
این تصویر هنری نمایی از قمر یخی زحل، انسلادوس، را نشان میدهد. با وجود سطح منجمدی که اقیانوسی عمیق را میپوشاند، انسلادوس هدفی جذاب برای جستجوی نشانههای زیستپذیری در منظومه شمسی ما است. جتهای آب از ترکهایی نزدیک قطب جنوب فوران میکنند و ذرات یخ را به فضا پرتاب مینمایند. این ذرات یخ حامل مولکولهای آلی از اقیانوس زیرسطحی انسلادوس هستند، برخی از این مولکولها به اندازهای پیچیدهاند که نشاندهنده وقوع واکنشهای شیمیایی پیشرفته درون این جهان یخیاند. اعتبار: ترکیب گرافیکی: آژانس فضایی اروپا (ESA); سطح: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Lunar and Planetary Institute
A hidden ocean and a plume that speaks
انسلادوس قمری کوچک و یخی است اما از نظر وعدهها برای اخترزیستشناسی نقش بزرگی ایفا میکند. از زمانیکه کاسینی در سال 2005 برای نخستینبار فوارههای بخار آب و یخ را که از شکستگیهایی نزدیک قطب جنوب فوران میکردند فاش ساخت، پژوهشگران این جتها را به عنوان یک پنجره نمونهبرداری مستقیم از اقیانوس زیرسطحی قمر در نظر گرفتهاند. ذرات آزادشده در این فوارهها، حلقه E زحل را تغذیه میکنند و نمکهای حلشده، ترکیبات آلی ساده و ردیابهای دیگر را از زیر پوسته یخی به فضا منتقل میسازند.
مجموعه ابزارهای کاسینی طی عبورهای متعدد این ماده را در محل نمونهبرداری کرد. کارهای اولیه ترکیبهای غنی از مولکولها و نمکها را نشان داد که با وجود یک اقیانوس در تماس با کف صخرهای سازگار است — وضعیتی که میتواند فعالیتهای هیدروترمال و شیمی فعال را فراهم کند، منابعی که میتوانند انرژی و گرادیانهای شیمیایی موردنیاز برای فرآیندهای پیشزیستی را تامین نمایند. با این حال، یک پرسش همواره باقی ماند: چه مقدار از ذخیره آلی مشاهدهشده در حلقه E نتیجه تغییرات ناشی از تابش و نور خورشید در طول زمان است و چه بخش از آن واقعاً بهتازگی از خود اقیانوس منشأ گرفته است؟
تصویر کاسینی که در 30 نوامبر 2010 از روی قطب جنوب انسلادوس گرفته شده است. جتهای آب از اقیانوس زیرسطحی قمر از طریق ترکهای درون یخ بیرون میزنند. اعتبار: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Catching fresh ice: why speed mattered
برای پاسخ به این پرسش، پژوهشگران یک رویارویی دراماتیک ثبتشده در سال 2008 را دوباره بررسی کردند. در آن عبور نزدیک، کاسینی عملاً از داخل فواره فعال عبور کرد و ابزارهای آن با ذرات یخی برخورد کردند که تنها چند دقیقه پیش از فواره بیرون آمده بودند. آن ذرات با سرعتی در حدود 18 کیلومتر بر ثانیه به تحلیلگر گردوغبار کیهانی (Cosmic Dust Analyzer یا CDA) برخورد کردند — سریعترین و تازهترین نمونههای ثبتشده توسط مأموریت.
این تصویر هنری نشاندهنده جتهای حرارتی است که از سطح یخی منطقه قطب جنوبی انسلادوس بیرون میزنند. اعتبار: ESA/Science Office
سرعت برخورد جزئیات بیاهمیتی نیست. در سرعتهای کمتر، یخ تمایل به تکهتکهشدن و خوشهای شدن مولکولهای آب دارد که امضای برخی از ترکیبات آلی ضعیفتر را پنهان میکند. هنگامی که ذرات با سرعت بالا برخورد میکنند، این خوشهها به شکل متفاوتی میشکنند و ابزار میتواند قطعات مولکولیای را تشخیص دهد که در شرایط آرامتر پنهان میماند. به بیان دیگر، رویارویی سال 2008 عکس شیمیایی تمیزتری از مادهای ارائه داد که تقریباً هیچ زمان در معرض فرسایش فضایی نبوده است، بنابراین احتمالاً نشاندهنده ترکیب اصلی نزدیک به منبع اقیانوس است.
Instrument note: Cosmic Dust Analyzer (CDA)
CDA برای ثبت جرم و ترکیب ذرات منفرد گردوغبار و یخ طراحی شده بود. با اندازهگیری محصولات یونیزاسیون ناشی از برخورد و زمانبندی، این ابزار اثرانگشت شیمیایی ذرات مواجهشده در فضا را فراهم میآورد. مطالعه جدید با بهرهگیری از تکنیکهای نوین تحلیل و درک بهتر از چگونگی تأثیر سرعت برخورد بر سیگنالهای ثبتشده، سوابق CDA را دوباره بررسی کرده است. این بازتحلیل شامل کالیبراسیونهای بهروز و مدلهای تبدیل سیگنال به ترکیب مولکولی بود که حساسیت به شاخصهای آلی را افزایش داد.
New molecules from a familiar ocean
با اعمال آن تکنیکهای پالایششده، تیم تحقیقاتی نتایج هم منتظره و هم شگفتآور را شناسایی کرد. مولکولهایی که پیشتر در سراسر حلقه E پراکنده دیده شده بودند در ذرات تازه فواره نیز حضور داشتند — این امر تایید میکند که این ترکیبات در اقیانوس انسلادوس تولید و تأمین میشوند، نه اینکه پس از خروج و در حلقه شکل گرفته باشند. به طور قابل توجهیتر، تیم قطعات مولکولیای را کشف کرد که تا پیش از این هرگز در یخ انسلادوس مشاهده نشده بودند.
در میان قطعات جدید شناساییشده، نشانههایی منطبق با زنجیرههای آلیفاتیک، ساختارهای هتروسیکلیک یا استری/الکن، و اتِرها یا گروههای اتیل مشاهده شد. تحلیل همچنین به طور موقتی حضور ترکیبات حامل نیتروژن و اکسیژن را پیشنهاد میدهد. برای شیمیدانان این موضوع اهمیت ویژهای دارد: این گروههای عاملی واسطههای رایجی در مسیرهایی هستند که میتوانند پیشسازهای اسیدهای آمینه و سایر مولکولهای مهم زیستی را تشکیل دهند. بهعلاوه، ترکیباتی مانند هیدروژن مولکولی (H2) و نمکهای حلشده (برای مثال NaCl و کربناتها) که در دیگر دادههای کاسینی ثبت شدهاند، با وجود این مولکولهای آلی همخوانی دارند و سناریوی یک اقیانوس هیدروترمال را تقویت میکنند.
تصویر هنری فضاپیمای کاسینی در کنار زحل (به مقیاس نیست)، که ابزار تحلیل گردوغبار کیهانی (CDA) برجسته شده است. اعتبار: ESA; نمای ذره گردوغبار: NASA/JPL; تصویر زحل: NASA/JPL/Space Science Institute
روی زمین بسیاری از همین کلاسهای مولکولی در واکنشهای پلهبهپله شرکت میکنند که به ساختارهای آلی پیچیدهتر منجر میشود. حضور آنها در یخ فواره انسلادوس احتمال اینکه اقیانوس قمر میزبان شیمی آلی پیشروندهای باشد که به سوی ترکیبات پیشزیستی سوق دهد را افزایش میدهد. همانطور که تحلیلگر اصلی مطالعه اشاره میکند، مسیرهای شیمیایی متعددی وجود دارند که میتوانند از قطعات کشفشده به مولکولهای بزرگتر و مرتبط با حیات منتهی شوند؛ از واکنشهای کاتالیزوری در سطوح معدنی گرفته تا فرایندهای گرمازا در منافذ هیدروترمال.
Evidence for active chemistry, not just space weathering
فرانک پوستبِرگ، همنویسنده مقاله، و تیم گستردهتر تأکید میکنند که یافتن این ترکیبات آلی در مواد تازه پرتابشده ثابت میکند آنها محصول فرسایش طولانیمدت در حلقه E زحل نیستند. در عوض، این ترکیبات به نظر میرسد که در خود اقیانوس تولید و موجود باشند و قابلیت قرار گرفتن در قطعات یخی فواره و پرتاب به فضا را دارند. این تمایز برای اخترزیستشناسی اهمیت دارد: نشان میدهد فرآیندهای درونی فعال و جاری در عمق قمر وجود دارد، نه صرفاً تغییرات غیرفعال و سطحی ناشی از تابش یا اکسیداسیون در فضا.
ترکیبات آلی در ذرات یخی انسلادوس. این تصویر فرایند حرکت ترکیبات آلی سبک، قابل حل و واکنشپذیر را بر روی ذرات یخی که در جتهای آب از قمر انسلادوس آزاد میشوند نشان میدهد؛ ترکیباتی که توسط فضاپیمای کاسینی شناسایی شدند. اعتبار: NASA/JPL-Caltech
تفسیر حاضر با مشاهدات دیگر دوره کاسینی — شامل نمکها، هیدروژن مولکولی و اندازهگیریهای حرارتی — همراستا است که همگی به یک کف دریاچه هیدروترمال فعال اشاره دارند. منافذ هیدروترمال میتوانند هم انرژی شیمیایی و هم سطوح کاتالیتیک لازم برای پیشبرد واکنشهای آلی پیچیده را فراهم کنند. اگر چنین فرآیندهایی در حال رخدادن باشند، انسلادوس ترکیب کلاسیک نیازمندیهای زیستپذیری را دارد: آب مایع، منبع انرژی، موجودی از عناصر ضروری (کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن و عناصر معدنی)، و شیمی آلی متنوع.
Returning to Enceladus: mission plans and scientific priorities
این نتایج در زمانی مناسب برای برنامهریزی مأموریتها منتشر میشوند. آژانس فضایی اروپا (ESA) و گروههای دیگر انسلادوس را به عنوان یک هدف با اولویت بالا برای اکتشافات آینده شناسایی کردهاند. مطالعات اولیه برای یک مأموریت کلاس-بزرگ پیشنهادی ESA در جریان است، با مفاهیمی که از عبورهای متعدد از داخل فواره تا فرودگری که میتواند رسوبات سطحی نزدیک قطب جنوب را نمونهبرداری کند، متنوعاند. ابزارهای مأموریت نسل بعدی باید طوری انتخاب شوند که بر کشفیات کاسینی بیفزایند؛ برای مثال طیفسنجی جرمی با دقت بالا، آنالایزرهای میکروفلوئیدیک، سامانههای نمونهبرداری با کنترل آلودگی و تجهیزات سنجش چیرالیته و ترکیبات ماکرومولکولی.
تصویر شرحی از چگونگی میاندیشیم فعالیت هیدروترمال بر روی انسلادوس عمل میکند، بر اساس دادههای مأموریت کاسینی-هویگنز ناسا/ESA. اعتبار: ESA
مقایسه شیمی ذرات تازه فواره با موجودی طولانیمدت حلقه E برای ترسیم نحوه ترجمه فرآیندهای اقیانوسی به سیگنالهای قابل رصد در فضا حیاتی خواهد بود. یک فرودگر یا نمونهبردار کمارتفاع میتواند، به عنوان نمونه، به دنبال استخراجگریهای حلالی از آلیها در برف سطحی باشد، نسبتهای ایزوتوپی را اندازهگیری کند که نشانگر پردازشهای زیستی احتمالیاند و به جستجوی امضاهای ماکرومولکولی یا چیرالیتی بپردازد که از راه دور تشخیص آنها دشوار است. این اندازهگیریها شامل نسبتهای کربن-13/12، نیتروژن-15/14 و ایزوتوپهای اکسیژن و هیدروژن خواهند بود که میتوانند منشا و فرایندهای سازنده ترکیبات آلی را روشن کنند.
کمیتهای از دانشمندان سیارهای قمر انسلادوس زحل را به عنوان جذابترین هدف برای مأموریت علمی کلاس-بزرگ بعدی ESA شناسایی کردند، که در ادامه مسیر مأموریتهایی مانند Juice، LISA و NewAthena خواهد بود (ماموریتهای بزرگ جدید ESA). اعتبار: ESA
Expert Insight
«آرشیو کاسینی همچنان گنجینهای ارزشمند است،» دکتر لیلا مارتینز، شیمیدان سیارهای در مؤسسه علوم فضایی، میگوید. «بازتحلیل برخوردهای پرسرعت فواره با کالیبراسیونهای بهروز شده پنجرهای واضحتر به شیمی اقیانوس میدهد. این مولکولها خود اثبات زندگی نیستند، اما دقیقاً همان مواد اولیهای هستند که هنگام ارزیابی زیستپذیری میخواهید ببینید.» او اضافه میکند: «مأموریتهای آینده باید بر آشکارسازی آلیهای با حساسیت بالا و کنترل آلودگی تمرکز کنند — این ترکیب به ما خواهد گفت که آیا انسلادوس صرفاً از نظر شیمیایی فعال است یا از نظر شیمیایی زنده.»
What this means for the search for life
کشف آلیهای تازه و پیچیده در یخ فواره دلیلی علمی قویتر برای بازگشت به انسلادوس فراهم میآورد. اگر مأموریتهای آتی شیمی پیشزیستی پیشرونده را تایید کنند یا نشانههای بیوشیمیایی غیرقابلتردید بیابند، پیامدها میتواند تصویر ما از چگونگی پیدایش زندگی در جهانهای یخی با اقیانوس را بازتعریف کند. حتی نتیجه منفی نیز آموزنده خواهد بود: محیط شیمیایی شبیه زیست با عدم وجود زندگی میتواند مفروضات ما درباره شرایط و گامهای نادر لازم برای ظهور زیست را به چالش بکشد و به بازنگری نظریهها منجر شود.
فعلاً، دادههای چنددههای کاسینی همچنان شگفتیآفرینند. همانطور که دانشمندان پروژه اشاره میکنند، استفاده مجدد و تفسیر دادههای مأموریتهای پیشین با مدلهای نوین و کالیبراسیون بهتر میتواند به اندازه فرستادن یک کاوشگر جدید روشنگر باشد. اما دهه پیشرو وعده میدهد که از استنتاجهای دوربرد به نمونهبرداری مستقیم و متمرکز گذار کنیم — و آن موقع است که پاسخ به عمیقترین پرسشها درباره زندگی فرازمینی آغاز خواهد شد.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر