آیا اقیانوس زیرسطحی اروپا امروز توان پشتیبانی حیات را دارد؟

اروپا، یکی از قمرهای جذاب سیارهٔ مشتری، سال‌هاست که امیدها را دربارهٔ وجود یک اقیانوس پهناور زیر پوستهٔ یخی برای میزبانی حیات برانگیخته است. با این حال، پژوهش‌های تازه نشان می‌دهد که کف دریاچهٔ زیرسطحیِ زیر پوستهٔ یخی اروپا ممکن است از نظر زمین‌شناختی نسبتاً ساکت و غیرفعال باشد — و همین سکون می‌تواند ظرفیت این قمر را برای پشتیبانی از حیات شناخته‌شده محدود کند.

تصویر برش‌خوردهٔ پوستهٔ یخی اروپا، اقیانوس زیرسطحی و دهانه‌های احتمالی که مواد را به سطح می‌رسانند.

کفی آرام‌تر از آنچه بسیاری انتظار داشتند

گروهی به سرپرستی پال بیرن (Paul Byrne)، دانشیار زمین‌شناسی، علوم زیست‌محیطی و سیاره‌ای، مقاله‌ای در نشریهٔ Nature Communications منتشر کردند که نشان می‌دهد کف اقیانوس عمیق اروپا ممکن است از نظر فعالیت زمین‌شناختی «مرده» باشد. پژوهشگران با استفاده از مدل‌هایی که با اندازهٔ اروپا، ترکیب صخره‌ای مستدل‌شده و نیروی گرانشی ناشی از مشتری محدود شده‌اند، نتیجه گرفته‌اند که این قمر احتمالاً فاقد هم‌چرخش‌های تکتونیکی فعال، دهانه‌های هیدروترمال و دیگر فعالیت‌های کف دریا است که معمولاً به عنوان منابع انرژی برای حیات مطرح می‌شوند.

در زمین، دهانه‌های هیدروترمال و تکتونیک فعال باعث ایجاد گرادیان‌های شیمیایی و جریان گرما می‌شوند که جوامع زیستی غنی‌ای را مستقل از نور خورشید پشتیبانی می‌کنند. مطالعهٔ تازه استدلال می‌کند که اروپا ممکن است امروز فرآیندهای مشابهی نداشته باشد. بیرن می‌گوید: «اگر می‌توانستیم آن اقیانوس را با زیردریایی کنترلی از راه دور کاوش کنیم، پیش‌بینی می‌کنیم هیچ شکستگی نو، آتشفشان فعال یا فوران آب داغ را روی کف اقیانوس نبینیم. از لحاظ زمین‌شناختی، چیز زیادی آنجا رخ نمی‌دهد. همه‌چیز آرام خواهد بود.» این نتیجه‌گیری، در تقابل با انتظارات قبلی دربارهٔ وجود منابع انرژی دینامیک در کف اقیانوس قرار می‌گیرد.

چگونه دانشمندان به این نتیجه رسیدند

پژوهشگران چندین خط شواهد را ترکیب کردند تا فعالیت درونی اروپا را ارزیابی کنند. نخست، ضخامت پوستهٔ یخی اروپا تقریباً ۱۵ تا ۲۵ کیلومتر برآورد شده است که روی اقیانوسی قرار دارد که عمق آن ممکن است تا حدود ۱۰۰ کیلومتر برسد. در زیر آن اقیانوس، هستهٔ سنگی قرار دارد که احتمالاً در طول میلیاردها سال سرد شده است. این ساختار لایه‌ای — پوستهٔ یخی، اقیانوس عمیق و هستهٔ سنگی — نقش کلیدی در انتقال گرما و نحوهٔ پویش‌های زمین‌شناختی بازی می‌کند.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

شواهد جدید از گرمایش جهانی انسلادوس و قابلیت زیستی

تحلیل تازه‌ای از داده‌های مأموریت ناسا کاسینی نشان می‌دهد که ماه یخی زحل، انسلادوس، گرمای بیشتری...

دوم، پژوهشگران گرمایش کشندی (tidal heating) را مد نظر قرار دادند؛ فرآیندی که در آن نیروی گرانشی مشتری باعث خم‌شدن و انعطاف قمر شده و گرمای داخلی تولید می‌کند. گرمایش کشندی در قمر داخلی مشتری، آیُو (Io)، فوق‌العاده قوی است و آتشفشان‌های شدید تولید می‌کند. با این وجود، اروپا در مدار دورتری قرار دارد و مسیر منظمی‌تر دارد که به معنای نیروهای کشندی ضعیف‌تر است. نتیجه این است که این نیروها ممکن است برای حفظ حالت مایع اقیانوس کافی باشند، اما برای به حرکت درآوردن آتشفشان‌های کف‌دریا یا فعالیت پایدار هیدروترمال به اندازهٔ کافی قوی نیستند.

بیرن و همکارانش همچنین اروپا را با سایر اجسام سیاره‌ای از جمله زمین و ماه مقایسه کردند و از مدل‌های حرارتی شناخته‌شده استفاده کردند تا برآورد کنند گرمای نخستین (primordial heat) چقدر سریع از بین رفته است. محاسبات آن‌ها نشان می‌دهد بخش قابل‌توجهی از گرمایش داخلی اروپا ممکن است میلیاردها سال پیش نشت کرده و هستهٔ نسبتاً سرد و غیرفعالی را به‌جا گذاشته باشد. در چنین شرایطی، نیروی لازم برای پشتیبانی از جریان‌های گرمایی قوی یا واکنش‌های شیمیایی وابسته به گرما در کف اقیانوس به میزان زیادی کاهش یافته است.

پیامدها برای جستجوی حیات فرازمینی

از دیدگاه زیست‌شناسی فرازمینی (astrobiology)، در دسترس‌بودن انرژی یک عامل حیاتی است. آنچه ما به عنوان «حیات» می‌شناسیم، نه تنها نیازمند آب مایع و بلوک‌های شیمیایی است بلکه به یک منبع انرژی آزاد نیز نیاز دارد تا متابولیسم را تغذیه کند. در جهان‌های یخی، سیستم‌های هیدروترمال کف دریا یکی از نامزدهای اصلی برای فراهم‌آوردن این انرژی هستند. اگر اروپا فاقد دهانه‌های هیدروترمال مدرن یا تکتونیک فعال باشد، بازهٔ زمانی و فضاهای مناسب برای ظهور یا تداوم حیات ممکن است باریک‌تر از آن باشد که قبلاً تصور می‌شد.

این نتیجه‌گیری به‌معنای رد کامل احتمال وجود حیات نیست. ناسازگاری‌های شیمیایی (chemical disequilibria) ممکن است از فعالیت‌های باستانی باقی مانده باشند و حیات می‌تواند در جایگاه‌های کم‌انرژی یا در ریزمناطق ویژه زنده بماند یا اینکه در گذشته از فراوانی بیشتری برخوردار بوده باشد. بیرن تأکید می‌کند که تحت شرایط کنونی، بودجهٔ انرژی در کف اقیانوس اروپا محدود به نظر می‌رسد. او می‌گوید: «به‌نظر نمی‌رسد انرژی لازم برای پشتیبانی از حیات، دست‌کم امروز، آنجا وجود داشته باشد.» این دیدگاه به برنامه‌ریزان ماموریت‌ها و زیست‌شناسان فرازمینی کمک می‌کند تا انتظارات واقع‌بینانه‌تری تنظیم کنند.

ماموریت‌ها و اندازه‌گیری‌هایی که می‌توانند این ایده را آزمون کنند

پاسخ‌های قاطع باید تا زمان دریافت داده‌های بیشتر منتظر بمانند. مأموریت ناسا، Europa Clipper، که پروازهای نزدیک آن از بهار ۲۰۳۱ آغاز خواهد شد، سطح اروپا را با جزئیاتی بی‌سابقه نقشه‌برداری خواهد کرد و اندازه‌گیری‌هایی از پوستهٔ یخی و اقیانوس جمع‌آوری می‌کند که می‌تواند مدل‌های ساختار درونی و گرمایش کشندی را آزمون کند. تصویربرداری با وضوح بالا ممکن است نشانه‌هایی از اخلال‌های سطحی اخیر یا فعالیت‌های فورانی (plume activity) را نشان دهد که دلالت بر تبادل بین اقیانوس و سطح یخ دارد. داده‌های میدان مغناطیسی و گرانشی کمک می‌کنند تا ضخامت یخ، عمق و رسانایی الکتریکی اقیانوس بهتر محدود شوند؛ پارامترهایی که برای مدل‌سازی انتقال گرما و جریان‌های درونی ضروری‌اند.

با این حال، سنجش از دور محدودیت‌هایی دارد. نمونه‌برداری مستقیم از مواد فوران‌شده یا از خود کف اقیانوس — که نیازمند جهشی تکنولوژیکی و لجستیکی است — قطعی‌ترین روش برای تعیین وجود یا عدم وجود دهانه‌های هیدروترمال یا زمین‌شناسی فعال در پایهٔ اروپا خواهد بود. ابزارهایی مانند رادار نفوذگر در یخ (ice-penetrating radar)، مغناطیس‌سنج‌ها، طیف‌سنج‌های جرمی برای شناسایی ترکیبات ارگانیک و حسگرهای گرمایی برای شناسایی نقاط داغ سطحی جزو ابزارهایی هستند که کلایپر با خود خواهد داشت. نمونه‌برداری از فوران‌ها یا فرستادن یک لندر یا ربات ذوب‌کنندهٔ یخ (cryobot) و زیرآبی (hydrobot) مستلزم توسعهٔ فناوری‌های جدید و برنامه‌ریزی بلندمدت است، اما نتایج آن می‌تواند به‌سرعت پرسش‌های کلیدی دربارهٔ habitability اروپا را پاسخ دهد.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

آیا قمرهای یخی کوچک اقیانوس هایی دارند که گهگاه می جوشند؟

پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد که برخی قمرهای کوچک و یخی — که مدت‌ها فکر می‌شد از...

پژوهش‌های مبتنی بر مدل، مانند کار بیرن، چارچوبی ضروری برای برنامه‌ریزی مأموریت و تعدیل انتظارات دربارهٔ قابل‌زندگی بودن اروپا فراهم می‌کنند؛ آن‌ها اولویت‌بندی ابزارها و اهداف علمی را امکان‌پذیر می‌سازند تا مأموریت‌هایی مانند Europa Clipper و طرح‌های آیندهٔ فرود و نمونه‌برداری بیشترین بازده علمی را داشته باشند.

زمینهٔ علمی گسترده‌تر

اروپا در میان چندین قمر یخی قرار دارد که مورد توجه زیست‌شناسان فرازمینی هستند، از جمله انسلادوس و تایتان در منظومهٔ زحل. انسلادوس به‌عنوان نمونه، برجستگی‌هایی از فوران فعال و شواهدی از شیمی هیدروترمال را نشان می‌دهد که آن را به رقیبی قوی برای محیط‌های قابل‌پشتیبانی حیات تبدیل می‌کند. تایتان هم با ترکیب شیمیایی غنی و اتمسفر متراکم خود شرایط متفاوتی ارائه می‌دهد که در آن روش‌های جستجوی زیست‌نشانگر باید مشخصاً طراحی شوند. این تضادها نشان می‌دهد که همهٔ جهان‌های آبی یکسان نیستند: تعامل ترکیب، اندازه، پویش‌های مداری و تاریخچهٔ حرارتی، طیف گسترده‌ای از حالت‌های درونی ممکن را پدید می‌آورد.

درک این تنوع به دانشمندان کمک می‌کند تا اهداف را اولویت‌بندی کنند و ابزارهایی طراحی کنند که قادر به تشخیص ناسازگاری‌های شیمیایی، ترکیبات آلی و نشانه‌های احتمالی زیستی باشند. واژه‌های کلیدی در این حوزهٔ پژوهشی شامل گرمایش کشندی (گرمایش ناشی از کشش گرانشی)، دهانه‌های هیدروترمال، Europa Clipper، زیست‌شناسی فرازمینی و قمرهای یخی هستند که باید در طراحی مأموریت‌ها و تحلیل داده‌ها لحاظ شوند.

دیدگاه یک کارشناس

دکتر لینا اورتگا، زیست‌شناس فرازمینی و برنامه‌ریز مأموریت که در این مطالعه مشارکت نداشته است، دیدگاهی متعادل ارائه می‌دهد: «این مقاله یک بازبینی مهمِ خوشبینیِ جداشده از فیزیک است. یادآوری می‌کند که وجود یک اقیانوس به‌تنهایی تضمین‌کنندهٔ زیست‌پذیری نیست. اما کفه‌های آرام کف دریا ارزش علمی را حذف نمی‌کنند — آن‌ها دربارهٔ تکامل سیاره‌ای به ما می‌آموزند. داده‌های Europa Clipper در تصحیح و ظریف‌تر کردن این مدل‌ها تعیین‌کننده خواهند بود.» نظر متخصصان مستقل نشان می‌دهد که حتی نتایج منفی یا نشان‌دهندهٔ سکون زمین‌شناختی نیز می‌توانند اطلاعات مهمی دربارهٔ تاریخچهٔ ترمودینامیکی و شیمیایی این قمرها فراهم آورند.

نتیجه‌گیری

بیرن و همکارانش گفت‌وگو دربارهٔ اروپا را از پرسش سادهٔ وجود یک اقیانوس جهانی — که خود یافته‌ای شگفت‌انگیز است — به پرسش دقیق‌تری در مورد اینکه آیا آن اقیانوس جریان انرژی کافی برای پشتیبانی از حیات امروز را داراست یا نه، منتقل کرده‌اند. تحلیل آن‌ها پروندهٔ اروپا را نمی‌بندد؛ بلکه روشن می‌سازد مأموریت‌های آینده باید چه پارامترهایی را اندازه‌گیری کنند تا این پرسش را پاسخ دهند. چه اروپا در نهایت یک اقیانوس آرام و خالی از حیات باشد و چه یک اکوسیستم مخفی، کاوش عمق‌های آن فهم ما را از اینکه زندگی چگونه و کجا ممکن است پدیدار شود در جهان‌های یخی عمیق‌تر خواهد کرد. تأکید بر سنجش‌هایی مانند گرمایش کشندی، ترکیب شیمیایی آب اقیانوس، نشانه‌های فورانی و نقشه‌برداری دقیق پوستهٔ یخی از اهمیت بالایی برخوردار است تا تصویر کامل‌تری از قابلیت زیست‌پذیری اروپا به‌دست آید.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

تایتان: بزرگ ترین قمر زحل و مقصد اصلی برای مطالعات زیست شناسی فرازمینی

تایتان؛ بزرگ‌ترین قمر زحل و یکی از بهترین اهداف زیست‌شناسی فرازمینی تایتان، بزرگ‌ترین قمر زحل، مدت‌هاست...