پژوهش تازه‌ای بر روی ذرات بسیار ریز سیارک ریوگو که توسط مأموریت هایابوسا۲ آژانس فضایی ژاپن (JAXA) به زمین آورده شد، نشان می‌دهد که آب مایع بیش از یک میلیارد سال پس از تشکیل این جرم آسمانی در آن جریان داشته است. این یافته تازه نگاه پیشین دانشمندان را که تصور می‌کردند سیارک‌ها تنها در مراحل ابتدایی شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی دارای فعالیت آبی بوده‌اند، به کلی دگرگون می‌کند.
زمانی که مأموریت هایابوسا۲ نمونه‌هایی از ریوگو را به زمین بازگرداند، دانشمندان سراسر جهان مشتاق بودند به آن‌ها دسترسی پیدا کنند. پس از آنکه خود آژانس فضایی ژاپن نخستین بررسی‌های مقدماتی را روی این نمونه‌ها انجام داد، بخش‌هایی از آن در اختیار پژوهشگران بین‌المللی قرار گرفت. اکنون حاصل آن، مقالات علمی متعددی است که یکی پس از دیگری در ژورنال‌های معتبر منتشر می‌شوند و دریچه‌ای نوین به درک ما از تاریخ منظومه شمسی می‌گشایند.
ریوگو از نوع سیارک‌های موسوم به «توده‌ی آوار» یا rubble pile است. در این گونه از اجرام آسمانی، حداکثر تا ۵۰ درصد حجم داخلی می‌تواند فضای خالی باشد. پژوهشی که در مجله Nature منتشر شده نشان می‌دهد که مایعات بیش از یک میلیارد سال پس از شکل‌گیری، درون این سیارک کربنی جریان داشته‌اند. به احتمال زیاد برخوردی کیهانی باعث ذوب شدن یخ‌های زیرسطحی و باز شدن کانال‌هایی برای حرکت آب مایع شده است. عنوان این پژوهش «جریان دیرهنگام مایعات در یک سیارک نخستین آشکارشده با ایزوتوپ‌های Lu–Hf در ریوگو» است و نویسنده‌ی اصلی آن تسویوشی ایزوکا، دانشیار گروه علوم زمین و سیاره‌ای دانشگاه توکیو به شمار می‌رود.
تصویری از سیارک ریگو که توسط فضاپیمای هایابوسا۲ سازمان فضایی ژاپن (JAXA) ثبت شده است. بررسی نمونه‌های ریگو نشان داده که آب بیش از یک میلیارد سال پس از شکل‌گیری درون این سیارک جریان داشته است. این یافته تضاد چشمگیری با تصور پیشین دارد که فعالیت آب در سیارک‌ها بسیار زودتر پایان یافته بود. منبع تصویر: ۲۰۲۵ JAXA، دانشگاه توکیو و همکاران – CC-BY-ND
از دید اخترشناسان، سیارک‌ها نشانه‌های حیاتی از چگونگی شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی را در خود دارند. این اجرام همان بلوک‌های سازنده‌ای هستند که بعدها سیارات از دل آن‌ها پدید آمدند. برخلاف سیاراتی مانند زمین یا مریخ که به‌مرور زمان دگرگونی‌های زمین‌شناسی، فرآیندهای حرارتی و لایه‌بندی داخلی آن‌ها را تغییر داده است، سیارک‌ها تا حد زیادی بکر باقی مانده‌اند. بنابراین مطالعه‌ی آن‌ها به منزله‌ی نگاه کردن به مصالح اولیه‌ی منظومه‌ی شمسی است.
این تصویر هنری سیاره‌ای گداخته را نشان می‌دهد که در نزدیکی آن سیارک‌هایی قرار دارند. زمین احتمالاً آب خود را از دو منبع به دست آورده است: آزاد شدن گازها در مرحله اقیانوس ماگمایی، و انتقال توسط سیارک‌ها و دنباله‌دارها. منبع تصویر: دانشگاه شفیلد / مارک گارلیک.
یکی از پرسش‌های کلیدی که سیارک‌ها در پاسخ به آن نقش داشته‌اند، موضوع منبع آب زمین است. سیارک‌های کربنی مانند ریوگو حاوی ترکیبات آلی و کانی‌های آبدار هستند که احتمالاً در همان روزهای نخست شکل‌گیری زمین، همراه با برخوردها، به سیاره‌ی ما منتقل شده‌اند. بدین ترتیب، آن‌ها نه‌تنها آب بلکه اجزای سازنده‌ی حیات را به زمین آوردند. با وجود این، همچنان درک ما از چگونگی و زمان دقیق این انتقال ناقص است.
پژوهشگران سال‌هاست تلاش می‌کنند بفهمند آب زمین از کجا آمده است. دو مسیر کلی در این زمینه مطرح است: نخست، انتشار بخار اکسیژن از ماگما در دوران «اقیانوس ماگمایی زمین» که با هیدروژن موجود در جو ترکیب و آب تولید کرده است؛ دوم، انتقال توسط دنباله‌دارها و سیارک‌ها که هم آب و هم مواد آلی را به زمین رسانده‌اند. اما یکی از مشکلات نظریه‌ی دوم این بود که شواهد نشان می‌داد این انتقال باید بسیار سریع و در اوایل عمر منظومه شمسی رخ داده باشد؛ سریع‌تر از آنچه بتواند توضیح کاملی برای منبع آب زمین بدهد.
این شکل نشان می‌دهد که چگونه آب در ریوگو جریان داشته است. (۱) جرم والد ریوگو از یخ و گرد و غبار در دیسک پروتوسولاری خارجی، حدود ۲ میلیون سال پس از شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی، تجمع یافته است. (۲) ذوب یخ ناشی از گرمایش رادیواکتیو کوتاه‌مدت، باعث دگرگونی آبی اولیه تحت شرایط اشباع‌شده از آب و با ترکیب شیمیایی ثابت (ایزوکمیک) در کمتر از ۷ میلیون سال شد. (۳) آب اشباع‌شده هنگام سرد شدن دوباره یخ زد و یخ میان‌بافتی شکل گرفت. (۴) بیش از یک میلیارد سال بعد، برخوردی گرما تولید کرد که یخ میان‌بافتی را ذوب و شکستگی‌هایی در سنگ ایجاد کرد تا مسیرهایی برای جریان مایعات فراهم شود و در نتیجه، بخشی از مایعات محدوداً خارج شد. (۵) ریوگو حدود ۵ میلیون سال پیش از کمربند اصلی به مدار نزدیک زمین مهاجرت کرد و از آن زمان تا کنون، آب خود را از طریق تصعید یخ و نفوذ بخار به میزان قابل توجهی آزاد کرده است. منبع تصویر: ایزوکا و همکاران، ۲۰۲۵، مجله Nature
اکنون پژوهش تازه درباره‌ی ریوگو این شکاف را پر کرده است. اینکه آب در این سیارک بیش از یک میلیارد سال پس از شکل‌گیری منظومه شمسی جریان داشته، بدین معناست که سیارک‌ها می‌توانسته‌اند مدت بسیار طولانی‌تری از تصور پیشین آب را در خود نگه دارند و آن را به زمین منتقل کنند. ایزوکا در بیانیه‌ای مطبوعاتی گفت:
«ما دریافتیم که ریوگو رکورد دست‌نخورده‌ای از فعالیت آبی را در خود حفظ کرده است. شواهد نشان می‌دهد مایعات بسیار دیرتر از آنچه انتظار داشتیم درون سنگ‌های آن جریان داشته‌اند. این یافته درک ما از سرنوشت بلندمدت آب در سیارک‌ها را تغییر می‌دهد. آب خیلی زود تمام نشده بود، بلکه مدت‌ها باقی مانده بود.»
یافته‌های این پژوهش بر اساس روش تاریخ‌گذاری لوتسیوم–هافنیوم به دست آمده است. این روش بر پایه‌ی فروپاشی پرتوزای ^176Lu به ^176Hf است و در زمین‌شناسی کاربرد فراوان دارد. نیمه‌عمر بسیار طولانی این ایزوتوپ‌ها – طولانی‌تر از عمر جهان – سبب می‌شود نسبت آن‌ها حتی در سنگ‌هایی با قدمت میلیاردها سال تغییرپذیر باشد. پژوهشگران انتظار داشتند نسبت این دو ایزوتوپ در نمونه‌های ریوگو مشابه سیارک‌های دیگر باشد، اما نتیجه متفاوت بود: نسبت ^176Lu به ^176Hf بسیار بیشتر از حد انتظار بود.
هرچند این دو عنصر در بیشتر فرآیندهای زمین‌شناسی چندان متحرک نیستند، اما ویژگی‌های یونی متفاوت دارند. هافنیوم با چگالی بار بالاتر، در محلول‌های آبی کمتر محلول است، در حالی که لوتسیوم راحت‌تر شسته می‌شود. این نتیجه نشان داد که مایعاتی در سنگ‌ها جریان یافته و لوتسیوم را خارج کرده‌اند. ایزوکا می‌گوید:
«ما انتظار داشتیم ترکیب شیمیایی ریوگو شبیه شهاب‌سنگ‌های مطالعه‌شده‌ی روی زمین باشد، اما نتایج کاملاً متفاوت بود. این ما را وادار کرد تا سناریوهای دیگر را کنار بگذاریم و در نهایت به این نتیجه برسیم که سیستم Lu–Hf توسط جریان دیرهنگام مایعات مختل شده است. محتمل‌ترین علت، برخوردی بزرگ با جرم والد ریوگو بود که یخ‌های مدفون را ذوب و سنگ‌ها را شکاف داد و اجازه داد آب مایع در بدنه نفوذ کند. این واقعاً شگفتی بزرگی بود! احتمالاً همین رویداد برخوردی سبب شد تا جرم مادر تجزیه و ریوگو شکل بگیرد.»
بر پایه‌ی این یافته‌ها، سیارک‌های کربنی احتمالاً مدت طولانی‌تری نسبت به تصور پیشین آب را با خود حمل کرده‌اند. اگر جرم والد ریوگو توانسته بود بیش از یک میلیارد سال یخ را نگه دارد، پس اجرام مشابه دیگری هم می‌توانسته‌اند در همان بازه‌ی زمانی به زمین برخورد کرده و آب بیشتری منتقل کنند. این موضوع بدین معناست که فرآیند انتقال آب به زمین نه‌تنها در مراحل اولیه، بلکه در یک یا دو میلیارد سال نخست عمر سیاره هم ادامه داشته است.
ایزوکا در ادامه می‌افزاید:
«اینکه اجرام مشابه ریوگو توانسته‌اند این‌همه مدت یخ را حفظ کنند، واقعاً شگفت‌انگیز است. این نشان می‌دهد بلوک‌های سازنده‌ی زمین از آنچه تصور می‌کردیم بسیار مرطوب‌تر بوده‌اند. این ما را مجبور می‌کند شرایط اولیه‌ی سیستم آبی زمین را بازنگری کنیم. شاید هنوز زود باشد، اما تیم من و گروه‌های دیگر می‌توانند بر اساس این یافته‌ها پژوهش‌های بیشتری انجام دهند تا روشن شود زمین دقیقاً چگونه و چه زمانی سکونت‌پذیر شد.»
این شکل نشان می‌دهد که چه نسبت از لوتسیوم از دست رفته (p) برای توضیح مازاد ظاهری ^176Hf در نمونه‌ی دست‌نخورده‌ی ریوگو (پس از تصحیح اثرات هسته‌زایی) لازم است، بسته به بازه‌ی زمانی بین تجمع جرم والد تا از دست رفتن لوتسیوم (Δt). خط توپر و نوار خاکستری به‌ترتیب میانگین و بازه‌ی اطمینان ۹۵٪ را نشان می‌دهند. ناحیه‌ی آبی روشن دوره‌ی دگرگونی آبی اولیه را مشخص می‌کند و خط افقی چین‌دار حد بالای p برای نمونه را نشان می‌دهد. منبع تصویر: ایزوکا و همکاران، ۲۰۲۵، مجله Nature
جالب آنکه زمانی که هایابوسا۲ در ریوگو فرود آمد و نخستین داده‌ها را ارسال کرد، نشان داد سطح سیارک بسیار خشک است. همین موضوع ارزش مأموریت‌های بازگشت نمونه را برجسته می‌کند؛ زیرا نمونه‌های واقعی را می‌توان با دقت و ابزارهای پیشرفته در آزمایشگاه بررسی کرد. حتی اگر حجم نمونه‌ها کوچک باشد، باز هم می‌توان با روش‌های نوین به اطلاعاتی دست یافت که در رصد از راه دور قابل مشاهده نیست. ایزوکا یادآور می‌شود:
«اندازه‌ی بسیار کوچک نمونه‌ها چالش بزرگی برای ما بود. مجبور شدیم روش‌های شیمیایی تازه‌ای طراحی کنیم تا ضمن جلوگیری از هدررفت عناصر، بتوانیم چندین عنصر را از یک قطعه جدا کنیم. بدون این کار، هرگز نمی‌توانستیم این نشانه‌های ظریف از فعالیت آبی دیرهنگام را شناسایی کنیم.»
در این پژوهش، رگه‌های فسفاتی نیز نقش مهمی ایفا کردند. این رگه‌ها که پس از رویدادهای برخوردی و دگرسانی اولیه تشکیل شده‌اند، نشان می‌دهند جریان آب پس از آن رویدادها رخ داده است. بخارشدگی هنگام تشکیل می‌تواند در رگه‌ها حفره‌هایی به وجود آورد و فسفات‌های رسوب‌کرده در آن‌ها معمولاً نشانه‌های غنی‌شدگی لوتسیوم و کمبود هافنیوم دارند؛ دقیقاً همان چیزی که پژوهشگران در نمونه‌ها مشاهده کردند.
دانشمندان همچنین قصد دارند یافته‌های خود را با نتایج بررسی سیارک بنو مقایسه کنند؛ همان سیارکی که ناسا با مأموریت OSIRIS-REx در سال ۲۰۲۳ نمونه‌هایی از آن را به زمین بازگرداند. اگر نمونه‌های بنو نیز نشانه‌های مشابهی از فعالیت آبی دیرهنگام نشان دهند، اهمیت مأموریت‌های بازگشت نمونه بیش از پیش روشن خواهد شد. این مأموریت‌ها می‌توانند نه‌تنها تاریخ منظومه شمسی، بلکه داستان آب و حتی حیات در زمین را بازنویسی کنند.
دانشجوی دکتری ژئوفیزیک گرایش لرزه شناسی هستم. ژئوفیزیک به بررسی ابعاد زمین و اتفاقاتی مانند زلزله و لرزه هایی که توسط فعالیت انسان به‌وجود می‌آید، می پردازد. فعالیت در حوزه زمین و فضا از علاقه مندی ام است.
