یافتههای جدید از مأموریت کاسینی ناسا نشان میدهد که انسلادوس، یکی از ماههای زحل و یکی از نامزدهای اصلی وجود حیات فرازمینی، از هر دو قطب خود گرما از دست میدهد که نشاندهنده پایداری بلندمدت لازم برای توسعه حیات است. این یافتهها در تاریخ ۱۶ آبان در نشریه Science Advances منتشر شده است.
یک مطالعه جدید به رهبری محققان دانشگاه آکسفورد، مؤسسه تحقیقات جنوب غربی و مؤسسه علوم سیارهای در توسان، آریزونا، اولین شواهد از جریان گرمای قابل توجه در قطب شمال انسلادوس را ارائه کرده است که فرضیات قبلی مبنی بر اینکه از دست دادن گرما محدود به قطب جنوبی فعال آن است را نقض میکند. این یافته تأیید میکند که این ماه یخی گرمای بیشتری نسبت به آنچه که انتظار میرفت، ساطع میکند و این امر استدلال را تقویت میکند که ممکن است حیات را پشتیبانی کند.
انسلادوس یک جهان بسیار فعال است که دارای یک اقیانوس زیرسطحی شور جهانی است و اعتقاد بر این است که منبع گرمای آن است. وجود آب مایع، گرما و مواد شیمیایی مناسب (مانند فسفر و هیدروکربنهای پیچیده) به این معنی است که اقیانوس زیرسطحی آن یکی از بهترین مکانها در منظومه شمسی برای تکامل حیات خارج از زمین به شمار میرود.
اما این اقیانوس زیرسطحی تنها در صورتی میتواند حیات را پشتیبانی کند که محیط پایدار باشد و توازن بین از دست دادن و دریافت انرژی برقرار باشد. این توازن توسط گرمایش جزر و مدی حفظ میشود: جاذبه زحل ماه را در حین گردش خود کشیده و فشرده میکند و گرما را درون آن تولید میکند. اگر انسلادوس انرژی کافی دریافت نکند، فعالیت سطحی آن کاهش یا متوقف میشود و اقیانوس ممکن است در نهایت یخ بزند. از سوی دیگر، اگر انرژی بیش از حدی دریافت کند، ممکن است فعالیت اقیانوس افزایش یابد و محیط آن تغییر کند.
دکتر جورجینا مایلز (مؤسسه تحقیقات جنوب غربی و دانشمند مهمان در دپارتمان فیزیک دانشگاه آکسفورد)، نویسنده اصلی این مقاله گفت: “انسلادوس هدف کلیدی در جستجوی حیات خارج از زمین است و درک در دسترس بودن بلندمدت انرژی آن برای تعیین اینکه آیا میتواند حیات را پشتیبانی کند، حیاتی است.”
تا کنون، اندازهگیریهای مستقیم از دست دادن گرما از انسلادوس تنها در قطب جنوبی انجام شده بود، جایی که ستونهای دراماتیک یخ آب و بخار از شکافهای عمیق در سطح فوران میکنند. در مقابل، قطب شمال به عنوان یک ناحیه زمینشناسی غیرفعال در نظر گرفته میشد.
با استفاده از دادههای مأموریت کاسینی ناسا، محققان مشاهدات منطقه قطب شمال را در زمستان عمیق (۲۰۰۵) و تابستان (۲۰۱۵) مقایسه کردند. این مشاهدات برای اندازهگیری میزان انرژی که انسلادوس از اقیانوس زیرسطحی “گرم” خود (۰ درجه سانتیگراد) به عنوان گرما به سطح سرد ماه (منفی ۲۲۳ درجه سانتیگراد) منتقل میکند و سپس به فضا تابش میشود، استفاده شد.
با مدلسازی دماهای سطحی مورد انتظار در طول شب قطبی و مقایسه آنها با مشاهدات مادون قرمز از طیفسنج مادون قرمز کاسینی (CIRS)، تیم دریافت که دمای سطح در قطب شمال حدود ۷ کلوین گرمتر از آنچه پیشبینی شده بود، است. این اختلاف تنها میتواند با نشت گرما از اقیانوس زیر آن توضیح داده شود. جریان گرمای اندازهگیری شده (۴۶ ± ۴ میلیوات بر متر مربع) ممکن است کوچک به نظر برسد، اما این مقدار تقریباً دو سوم از دست دادن گرما (به ازای واحد سطح) از طریق پوستههای قارهای زمین است. در کل انسلادوس، این از دست دادن گرما به حدود ۳۵ گیگاوات میرسد: معادل خروجی بیش از ۶۶ میلیون پنل خورشیدی (با خروجی ۵۳۰ وات) یا ۱۰۵۰۰ توربین بادی (با خروجی ۳.۴ مگاوات).
زمانی که این مقدار با گرمای تخمینی که از قطب جنوبی فعال انسلادوس فرار میکند ترکیب شود، مجموع از دست دادن گرما به ۵۴ گیگاوات میرسد: عددی که بهطور نزدیک با ورودی گرما از نیروهای جزر و مدی مطابقت دارد. این توازن بین تولید و از دست دادن گرما بهطور قوی نشان میدهد که اقیانوس انسلادوس میتواند در مقیاسهای زمانی زمینشناسی مایع باقی بماند و محیط پایداری را فراهم کند که ممکن است حیات در آن پدیدار شود.
دکتر کارلی هاوت (دپارتمان فیزیک دانشگاه آکسفورد و مؤسسه علوم سیارهای در توسان، آریزونا)، نویسنده مسئول این مقاله گفت: “درک میزان گرمایی که انسلادوس در سطح جهانی از دست میدهد، برای دانستن اینکه آیا میتواند حیات را پشتیبانی کند، حیاتی است. این واقعیت که این نتیجه جدید از پایداری بلندمدت انسلادوس حمایت میکند، یک مؤلفه حیاتی برای توسعه حیات است.”
بر اساس گفتههای محققان، مرحله کلیدی بعدی تعیین این است که آیا اقیانوس انسلادوس به اندازه کافی طولانی وجود داشته است تا حیات توسعه یابد. در حال حاضر، سن آن هنوز نامشخص است.
این مطالعه همچنین نشان داد که دادههای حرارتی میتوانند برای تخمین مستقل ضخامت پوسته یخی استفاده شوند، که یک معیار مهم برای برنامهریزی مأموریتهای آینده برای کاوش اقیانوس انسلادوس است، به عنوان مثال با استفاده از فرودگرهای رباتیک یا زیرسطحی. یافتهها نشان میدهند که یخ در قطب شمال بین ۲۰ تا ۲۳ کیلومتر عمق دارد و بهطور متوسط در سطح جهانی بین ۲۵ تا ۲۸ کیلومتر است که کمی عمیقتر از برآوردهای قبلی بهدستآمده با استفاده از سایر تکنیکهای سنجش از دور و مدلسازی است.
دکتر مایلز افزود: “کشف تغییرات دما در سطح که ناشی از جریان گرمای هدایتی انسلادوس از تغییرات دمای روزانه و فصلی آن بود، چالشی بود و تنها با مأموریتهای طولانیمدت کاسینی ممکن شد. مطالعه ما نیاز به مأموریتهای بلندمدت به سوی جهانهای اقیانوسی که ممکن است حیات را در خود جای دهند، و این واقعیت که دادهها ممکن است تا دههها پس از جمعآوری تمام اسرار خود را فاش نکنند، را برجسته میکند.”
گزارش تحقیق:گرمای درونی در قطب شمال انسلادوس
