قمر یخی زحل، انسلادوس، مدت‌هاست که به‌عنوان یکی از گزینه‌های احتمالی برای وجود حیات در منظومه شمسی مورد توجه قرار گرفته است. در سال ۱۳۸۳، فضاپیمای کاسینی ناسا برای نخستین بار ستون‌های عظیمی از بخار آب را مشاهده کرد که از سطح یخ‌زده‌ی این قمر فوران می‌کردند. بعدها، این فرضیه مطرح شد که این فوران‌ها از یک اقیانوس وسیع زیرزمینی – که ممکن است شرایط مناسبی برای حیات داشته باشد – سرچشمه می‌گیرند. دانشمندان بر این باور بودند که مایع این اقیانوس می‌تواند از طریق شکاف‌های پوسته‌ی یخی قمر به سطح راه یابد.
اکنون، پژوهشگران کالج دارتموث برای بررسی دقیق‌تر چگونگی شکل‌گیری این آب‌فشان‌ها دست به تحقیق زده‌اند و در نهایت، به این نتیجه رسیده‌اند که این ستون‌های بخار ممکن است اصلاً از یک اقیانوس پنهان در زیر سطح قمر سرچشمه نگیرند. آن‌ها پیشنهاد می‌کنند که آب این فوران‌ها ممکن است از ذوب شدن یخ سطحی انسلادوس تأمین شود و این نظریه را به چالش می‌کشند که فوران‌ها مستقیماً به اقیانوس زیرسطحی مرتبط هستند. این یافته‌ها همچنین فرضیه‌ی قابلیت میزبانی حیات توسط انسلادوس را زیر سؤال می‌برند (البته حداقل بر اساس شناخت ما از حیات).
این تیم تحقیقاتی معتقد است که دو مشکل اساسی در نظریه‌ی منشأ فوران‌ها از اقیانوس زیرزمینی وجود دارد. نخست، ایجاد شکافی که بتواند کل پوسته‌ی ضخیم یخی قمر را بشکافد، بسیار دشوار است. دوم، حتی اگر چنین شکافی ایجاد شود، مشخص نیست که آب از عمق چگونه می‌تواند از طریق آن به سطح برسد.
احتمال دیگری که این پژوهشگران در مقاله‌ی خود مطرح کرده‌اند، این است که پدیده‌ای به نام “گرمایش برشی” – که ناشی از اصطکاک یخ‌هایی است که به یکدیگر ساییده می‌شوند – در امتداد شکاف‌های معروف به “شکستگی‌های ببر” در پوسته‌ی یخی انسلادوس رخ می‌دهد.
آن‌ها در مقاله‌ی خود نوشته‌اند: “ما این فرضیه را مطرح می‌کنیم که منبع این فوران‌ها الزاماً یک اقیانوس زیرسطحی نیست، بلکه می‌تواند یک ناحیه‌ی نرم و خمیری درون پوسته‌ی یخی باشد. همچنان یک مسیر ارتباطی از سطح به این مخزن لازم است، اما این مسیر لزوماً نیازی ندارد که تا عمق پوسته ادامه داشته باشد.”
وجود نمک در پوسته‌ی یخی این قمر، نقطه‌ی ذوب یخ را کاهش می‌دهد – درست مانند نمکی که در زمستان برای جلوگیری از یخ‌زدگی جاده‌ها استفاده می‌شود. این پدیده، در ترکیب با گرمای ناشی از اصطکاک در امتداد شکستگی‌ها، باعث ایجاد مخلوط نیمه‌ذوبی از یخ و آب شور می‌شود. بر اساس یافته‌های محققان، این ناحیه‌ی نرم و خمیری می‌تواند منبع مناسبی برای فوران‌های مشاهده‌شده در قطب جنوب انسلادوس باشد.
همچنین، وجود برجستگی‌های دوتایی اطراف شکاف‌های معروف به “نوارهای ببر” می‌تواند شواهد بیشتری از گرمایش برشی ارائه دهد. نویسندگان مقاله نوشته‌اند: “[مطالعات پیشین] شکل‌گیری برجستگی‌های دوتایی در ماهواره‌های یخی را با شواهدی از فرآیند انجماد مجدد در سطح یخی گرینلند مقایسه کرده‌اند. زمانی که آب مایع در یک مخزن نزدیک به سطح یخ می‌زند، منبسط می‌شود و طرفین شکاف را به سمت بالا هل می‌دهد. ناحیه‌ی نرم و خمیری که ما پیشنهاد می‌کنیم می‌تواند یک منبع آب نزدیک به سطح باشد و این برجستگی‌های دوتایی می‌توانند نشانه‌ای از فوران‌های دوره‌ای آب‌فشان‌ها باشند که پس از آن با دوره‌های انجماد و غیرفعال شدن همراه است.”
این تیم همچنین استدلال می‌کند که نسبت گازهای شناسایی‌شده در فوران‌ها توسط کاوشگر کاسینی، به‌ویژه هیدروژن، می‌تواند به‌خوبی با فرضیه‌ی ذوب جزئی کلاتریت‌ها (ساختارهای بلوری موجود در یخ و سنگ که می‌توانند گازها را به دام بیندازند) توضیح داده شود. آن‌ها نوشته‌اند: “هیدروژن مولکولی می‌تواند درون کلاتریت‌هایی به دام افتاده باشد که با متان و دی‌اکسید کربن پایدار شده‌اند، یا می‌تواند مانند حباب‌های گازی محبوس در پوسته‌ی یخی زمین، درون یخ باقی بماند.”
از آنجا که هیدروژن عنصری فرّار است، ذوب جزئی می‌تواند باعث آزاد شدن بخشی از آن شود، در حالی که دی‌اکسید کربن و متان درون یخ باقی می‌مانند، و این امر منجر به نسبت بالاتر هیدروژن در فوران‌ها می‌شود. همان‌طور که یخ در طول زمان جریان می‌یابد، مجدداً یخ می‌زند و تحت تغییرات تکتونیکی قرار می‌گیرد، یخ شور و کلاتریت‌ها به این “ناحیه‌ی خمیری” بازمی‌گردند و ترکیب فوران‌ها را حفظ می‌کنند.
آن‌ها در نتیجه‌گیری مقاله‌ی خود آورده‌اند: “در صورتی که این ناحیه‌ی نرم و خمیری منبع مواد فوران‌ها باشد، نمک، نانوذرات و کلاتریت‌های گازی باید به‌مرورزمان تأمین شوند تا ترکیب مشاهده‌شده توسط کاوشگر کاسینی حفظ شود. اگرچه در این پژوهش فرآیندهای تأمین مجدد را مدل‌سازی نکرده‌ایم، اما این موضوع می‌تواند در مطالعات آینده بررسی شود.”
این مطالعه در تاریخ ۱۷ بهمن در ژورنال Geophysical Research Letters منتشر شده است.
