این پرسشی کلیدی است که یک پژوهش تازه، منتشرشده در Journal of Geophysical Research: Planets، تلاش دارد به آن بپردازد. در این مطالعه، گروهی از دانشمندان به بررسی ارتفاع بالقوهٔ ستون‌های آتشفشانی ناشی از فوران‌های انفجاری زهره پرداخته‌اند. این پژوهش می‌تواند نقش مهمی در درک بهتر فعالیت آتشفشانی کنونی زهره داشته باشد و همچنین چشم‌اندازی تازه دربارهٔ شکل‌گیری و فرگشت این سیاره و حتی دیگر اجرام منظومهٔ شمسی و فراسوی آن ارائه کند.
اهمیت موضوع: چرا آتشفشان‌های زهره مهم‌اند؟
سیارهٔ زهره از بسیاری جهات شبیه زمین است: اندازه، چگالی، جرم، ساختار درونی و احتمالاً تاریخچهٔ اولیهٔ مشابه. با این حال، امروز زهره سیاره‌ای است غرق در دوزخی از ابرهای اسیدی، با دمای سطحی ۴۶۵ درجهٔ سانتی‌گراد، فشار جوی ۹۰ برابر زمین و جوّی آکنده از دی‌اکسیدکربن که باعث به‌وجود آمدن قوی‌ترین حالت شناخته‌شدهٔ «اثر گلخانه‌ای فرّار» شده است.
یکی از پرسش‌های بزرگ علوم سیاره‌ای این است: چه شد که سیارهٔ دوقلوی زمین به چنین وضعیت افراطی و مرگ‌باری دچار شد؟
برای پاسخ به این پرسش، باید تاریخچهٔ زمین‌شناسی زهره را درک کنیم؛ و یکی از مهم‌ترین مؤلفه‌های این تاریخچه، فعالیت آتشفشانی آن است. آتشفشان‌ها می‌توانند:
- ترکیب جوّ را تغییر دهند،
- گازهای گلخانه‌ای آزاد کنند،
- سطح سیاره را بازسازی کنند،
- و سرنخ‌هایی دربارهٔ فعالیت‌های درونی سیاره ارائه کنند.
بنابراین، شناخت اینکه ستون‌های آتشفشانی زهره تا چه ارتفاعی صعود می‌کنند، می‌تواند اطلاعات بسیار مهمی دربارهٔ چگونگی انتقال مواد از سطح سیاره به جوّ و تأثیر آن‌ها بر آب‌وهوا و تحول بلندمدت زهره به ما بدهد.
روش مطالعه: استفاده از مدل کامپیوتری FPLUME
در این پژوهش، دانشمندان از یک برنامهٔ مدل‌سازی کامپیوتری به نام FPLUME استفاده کردند. FPLUME یک مدل یک‌بعدی (۱-D) برای شبیه‌سازی ستون‌های فوران آتشفشانی است که نخستین‌بار در سال ۲۰۱۶ برای برآورد ارتفاع ستون‌های آتشفشانی زمین توسعه داده شد. این مدل معمولاً برای ارزیابی خطرات ناشی از انتشار خاکستر‌های آتشفشانی به کار می‌رود.
اما برای استفاده از این مدل در محیط زهره، نیاز به تطبیق پارامترهای آن بود. دانشمندان مجبور بودند موارد زیر را تغییر دهند:
۱. گرانش سیاره‌ای
گرانش زهره حدود ۹۰ تا ۹۱ درصد گرانش زمین است. این مقدار کمتر باعث می‌شود مواد فورانی بتوانند کمی بیشتر بالا بروند، ولی جو بسیار چگال زهره مانع بزرگی ایجاد می‌کند.
۲. تفاوت‌های جوّی و دمایی
- فشار جوّ: ۹۰ تا ۹۲ برابر زمین
- دمای سطح: ۴۶۵ درجهٔ سانتی‌گراد (حدود ۸۷۰ درجهٔ فارنهایت)
این شرایط افراطی باعث تغییر رفتار ستون‌های آتشفشانی نسبت به زمین می‌شوند.
۳. ویسکوزیتهٔ جوّی
جوّ زهره سرشار از دی‌اکسیدکربن است، و این تراکم بالا سبب افزایش ویسکوزیته می‌شود. همین امر نیز بر ارتفاع ستون‌های آتشفشانی تأثیر می‌گذارد.
۴. پژوهش روی ویژگی‌های ستون‌های آتشفشانی
دانشمندان همچنین موارد زیر را بررسی کردند:
- برش باد (Wind Shear)
- پراکندگی عمودی (Vertical Dispersion)
- محتوای ستون فوران (Plume Content)
با تحلیل دقیق این عوامل، آن‌ها توانستند ارتفاع واقعی ستون‌های آتشفشانی احتمالی زهره را تخمین بزنند.
نتایج: ستون‌های آتشفشانی زهره چقدر بالا می‌روند؟
مطالعه نشان داد که ستون‌های ناشی از فوران‌های انفجاری می‌توانند:
- در حالت معمول: به ارتفاع ۱۵ کیلومتری (۹.۳ مایل) برسند
- در شرایط ویژه: تا ارتفاع ۴۵ کیلومتری (۲۸ مایل) صعود کنند
عدد دوم بسیار مهم است، زیرا تقریباً به پایهٔ لایهٔ ابری زهره می‌رسد؛ همان جایی که ساختار ابرهای سولفوریک اسید آغاز می‌شود.
اهمیت این ارتفاع چیست؟
اگر ستون‌های آتشفشانی بتوانند به سطح زیرین ابرهای زهره برسند، این فرآیند می‌تواند:
- ترکیبات شیمیایی جوّ را تغییر دهد،
- پتانسیل تشخیص از فضا را افزایش دهد،
- و اثراتی اقلیمی به‌جای بگذارد.
در جوّ چگال زهره، رسیدن ستون‌ها به چنین ارتفاعی نشان‌دهندهٔ فوران‌های انفجاریِ بسیار نیرومند است.
بیان پژوهشگران در مقاله
در مقاله آمده است:
«تزریق مواد آتشفشانی به جوّ احتمالاً در فرآیندهای اقلیمی زهره نقش دارد. درحالی‌که بخش زیادی از آتشفشان‌خیزی زهره ممکن است به‌صورت آرام و غیرانفجاری باشد، نتایج این مطالعه نشان می‌دهد فوران‌های انفجاری می‌توانند تا ارتفاع ۱۵ کیلومتر بالاتر از دهانهٔ خروجی صعود کنند. بیشتر ستون‌ها به لایهٔ خنثای شناوری (NBL) می‌رسند، اما تنها بخشی از آن‌ها پایدار باقی می‌مانند. ستون‌های آتشفشانی در عرض‌های جغرافیایی بالا و مناطق مرتفع می‌توانند به ارتفاعات بیشتری برسند. در شرایطی خاص، مانند دما و سرعت بسیار زیاد و شار جرمی بالا در دهانه، ستون‌ها می‌توانند به نواحی قابل مشاهدهٔ چندمولکولی VenSpec-H و حتی به داخل ابرها برسند، اما هیچ ستونی در ناحیهٔ استوایی نمی‌تواند به قلهٔ ابرها دست یابد.»
چرا درک آتشفشان‌خیزی زهره برای اقلیم سیاره مهم است؟
یکی از اهداف مهم این پژوهش، فهم بهتر تاریخ اقلیمی زهره است. زهره نمونه‌ای بی‌نظیر از سیاره‌ای است که دچار «اثر گلخانه‌ای فرّار» شده است.
اثر گلخانه‌ای فرّار چیست؟
در این حالت:
- افزایش دی‌اکسیدکربن و بخار آب
- باعث افزایش دما
- و افزایش دما باعث آزاد شدن گازهای بیشتر
- و این چرخه تقویت‌کننده، سیاره را وارد حالت گرمایش افسارگسیخته می‌کند
در مراحل ابتدایی عمر منظومه شمسی، هنگامی که خورشید جوان‌تر بود و به‌تدریج روشن‌تر می‌شد، چنین فرآیندی روی زهره رخ داد و آن را به سیاره‌ای سوزان تبدیل کرد.
کمک این مطالعه به آینده اقلیم زمین
دانشمندان امیدوارند با بررسی چنین مکانیزم‌هایی در زهره بتوانند بهتر درک کنند:
- آیا زمین نیز ممکن است در آینده دچار روند مشابه شود؟
- مرزهای پایداری اقلیم زمین کجاست؟
- نقش آتشفشان‌ها در چرخهٔ اقلیمی چگونه است؟
این پژوهش می‌تواند هشداردهنده یا امیدوارکننده باشد؛ بستگی به اینکه یافته‌ها با مدل‌های زمین چه نسبتی داشته باشد.
مطالعهٔ زهره و ارتباط آن با سیارات فراخورشیدی
درک بهتر تاریخ اقلیمی و زمین‌شناسی زهره می‌تواند به ما کمک کند تا مدل‌های دقیق‌تری از شرایط سیارات فراخورشیدی بسازیم.
سیارات فرازهره‌ای (Exo-Venuses)
به چنین سیاراتی که از نظر دما، فشار یا ترکیب جوّ مشابه زهره‌اند، «اگزوزهره» گفته می‌شود.
یکی از نمونه‌های آن Gliese 12 b است:
- فاصله از زمین: حدود ۴۰ سال نوری
- اندازه: تقریباً مشابه زمین
- دمای تعادلی: حدود ۴۲ درجهٔ سانتی‌گراد
دمای تعادلی یعنی حالتی که در آن ورودی و خروجی انرژی برابر است؛
دمای تعادلی زمین: ۱۸- درجهٔ سانتی‌گراد
این مقایسه نشان می‌دهد که بسیاری از سیاراتی که ما «قابل سکونت» تصور می‌کنیم، ممکن است درواقع بیشتر شبیه زهره باشند تا زمین.
نقش مأموریت‌های آیندهٔ ناسا: DAVINCI و VERITAS
این پژوهش در زمانی انجام می‌شود که ناسا در حال آماده‌سازی دو مأموریت بزرگ به مقصد زهره در دههٔ ۲۰۳۰ است:
۱. مأموریت DAVINCI
- یک کاوشگر جوّی است
- وارد جوّ زهره می‌شود
- ترکیب شیمیایی آن را اندازه‌گیری می‌کند
- نخستین تصاویر با وضوح بالا از سطح زهره را ثبت خواهد کرد
۲. مأموریت VERITAS
- یک مدارگرد نقشه‌بردار است
- با رادار پیشرفته از سطح زهره تصویربرداری می‌کند
- هدف: بررسی تغییرات سطح، مخصوصاً فعالیت‌های آتشفشانی
آخرین‌بار در دههٔ ۱۹۸۰ فضاپیمای ماژلان چنین کاری انجام داده بود.
از آن زمان تاکنون، پژوهشگران مجبور بوده‌اند به همان داده‌های قدیمی اتکا کنند.
VERITAS مجموعه‌ای جدید، گسترده و باکیفیت از تصاویر سطح فراهم خواهد کرد.
این تصاویر می‌توانند:
- تغییرات سطحی در چند دههٔ گذشته را آشکار کنند،
- وجود آتشفشان‌های فعال را تأیید یا رد کنند،
- یا حتی مکان‌های تازه‌ای برای جستجوی فعالیت آتشفشانی معرفی کنند.
آیا در آینده چیزهای بیشتری دربارهٔ فوران‌های انفجاری زهره خواهیم آموخت؟
بی‌تردید، با مأموریت‌های جدید و مدل‌های پیشرفته‌تر، در دهه‌های آینده پاسخ‌های دقیق‌تری خواهیم یافت.
اما فعلاً تنها می‌توانیم منتظر بمانیم و از طریق علم پیش برویم.
و این است دلیل اینکه ما علم انجام می‌دهیم!
همیشه علم را ادامه دهید و همیشه به آسمان نگاه کنید!
