دانشمندان در سال ۲۰۲۴ با بررسی حرکات قمر میماس دریافتند که این جرم یخی، برخلاف ظاهر کاملاً خشک و مردهاش، احتمالاً یک اقیانوس سراسری در زیر سطح خود پنهان کرده است.
میماس تقریباً تمام ویژگیهایی را دارد که نباید از یک دنیای اقیانوسی انتظار داشت. سطح آن قدیمی، سخت و مملو از دهانههای برخوردی است. هیچ فوران تأییدشدهای در آن دیده نشده، خبری از میدانهای روشنِ شکافهای تازه نیست و برخلاف قمر انسلادوس زحل، نشانهای از بازسازی گسترده سطحی مشاهده نمیشود.
با این حال، یک تیم بینالمللی در سال ۲۰۲۴ اعلام کرد که این جرم ظاهراً یخزده، در زیر پوستهای به ضخامت ۲۰ تا ۳۰ کیلومتر، یک اقیانوس سراسری دارد. شواهد این کشف از تصاویر فضاپیمای کاسینی به دست آمد، اما نه به این دلیل که در تصاویر آب یا شکافی رو به اعماق دیده شده باشد. پژوهشگران جزئیات بسیار ظریفی را در حرکت میماس بررسی کردند و دریافتند وجود یک لایه مایع، بهترین توضیح برای هماهنگی میان نوسان چرخشی قمر و تغییرات آهسته مدار آن است.
به نظر میرسد این اقیانوس کمتر از ۲۵ میلیون سال پیش شکل گرفته باشد. این یعنی اقیانوس میماس از برخورد هند و اوراسیا که روند شکلگیری هیمالیا را آغاز کرد، جوانتر است. جوان بودن اقیانوس شاید توضیح دهد که چرا سطح بسیار قدیمی میماس هنوز فرصت چندانی برای آشکار کردن تغییرات رخداده در اعماق خود پیدا نکرده است.
قمری که ظاهرش دانشمندان را گمراه کرد
میماس حدود ۳۹۶ کیلومتر قطر دارد و چگالی پایین آن با جرمی سازگار است که بخش عمده آن از یخ آب تشکیل شده است. یک دهانه برخوردی تقریباً در تمام تصاویر معروف این قمر خودنمایی میکند. دهانه «هرشل» حدود ۱۳۰ کیلومتر عرض دارد؛ یعنی نزدیک به یکسوم قطر میماس. دیوارههای این دهانه چندین کیلومتر ارتفاع دارند و یک کوه مرکزی نیز از کف آن سر برآورده است.
شباهت میماس به «ستاره مرگ» در فیلمهای تخیلی کاملاً اتفاقی است. اما از دیدگاه علمی، این ظاهر برای مدتها پیام مهمتری داشت: جرمی که چنین آثار عظیم برخوردی را حفظ کرده و سطح آن همچنان مملو از دهانههای کوچکتر است، ظاهراً سرد و از نظر زمینشناسی غیرفعال به نظر میرسد.
در مقابل، انسلادوس دارای مناطق سطحی جوان، شکافهای طولانی و فوارههایی است که مواد موجود در اقیانوس زیرسطحی آن را به فضا پرتاب میکنند. سطح اروپا نیز با رشتهها و نوارهای گسترده پوشیده شده است. این دنیاها باعث شده بودند دانشمندان معمولاً وجود آب مایع در اعماق را با نشانههای آشکار فعالیت در سطح مرتبط بدانند. اما میماس تقریباً هیچ نشانهای از چنین فعالیتی نشان نمیداد.
ناسا همچنان در معرفی میماس بر سطح پوشیده از دهانههای برخوردی و این واقعیت تأکید میکند که تنها ماده شناساییشده در سطح آن، یخ آب است. بنابراین اقیانوس سراسری، نتیجهای درباره ساختار پنهان درون قمر است و نه مادهای که مستقیماً در سطح شناسایی شده باشد.
کاسینی تصاویر را به دادههای نجومی تبدیل کرد
فضاپیمای کاسینی ناسا از سال ۲۰۰۴ تا ۲۰۱۷ در مدار زحل قرار داشت و بارها از قمرهای این سیاره تصویربرداری کرد. دانشمندان توانستند از این تصاویر برای انجام اندازهگیریهای دقیق نجومی استفاده کنند. آنها با تعیین موقعیت ویژگیهای یکسان روی سطح میماس و مقایسه جایگاه این قمر نسبت به ستارگان و قمرهای دیگر، چرخش و مدار آن را با دقت بسیار بالایی بازسازی کردند.
یک مطالعه در سال ۲۰۱۴ نوسان چرخشی غیرمنتظرهای را در میماس اندازهگیری کرد؛ نوسانی جزئی که هنگام گردش یک قمر همقفلشده به دور سیاره خود قابل مشاهده است. یک جرم کاملاً یخزده و یکپارچه نمیتوانست این میزان نوسان را توضیح دهد.
در آن زمان دو احتمال مطرح بود: یا هسته سنگی میماس شکلی کشیده و نامنظم دارد، یا وجود یک لایه مایع باعث شده پوسته بیرونی از بخش داخلی قمر جداگانه حرکت کند.
تیم پژوهشی بعدی به دنبال نشانه دومی رفت که بتواند میان این دو ساختار تمایز ایجاد کند. دانشمندان پیشروی حضیض مداری میماس را نیز بررسی کردند؛ یعنی چرخش آهسته نقطهای از مدار که قمر در آن به نزدیکترین فاصله از زحل میرسد.
مدار میماس تحت تأثیر گرانشی زحل، حلقههای این سیاره و سایر قمرها قرار دارد. به همین دلیل پژوهشگران با استفاده از هزاران مشاهده کاسینی، یک مدل پیچیده گرانشی را بررسی کردند.
در مقالهای که در سال ۲۰۲۴ در مجله Nature منتشر شد، مدل دارای اقیانوس توانست هم تغییرات حضیض مداری و هم نوسان چرخشی میماس را توضیح دهد. مدل مربوط به یک هسته نامنظم نتوانست با هر دو مجموعه اندازهگیری مطابقت داشته باشد. به همین دلیل این نتیجه نسبت به فرضیهای که یک دهه قبل درباره وجود اقیانوس مطرح شده بود، شواهد بسیار قدرتمندتری ارائه کرد.
«کشف» به معنای مشاهده مستقیم نیست
هیچ ابزار علمی تاکنون از میان یخهای میماس عبور نکرده، آب اقیانوس را نمونهبرداری نکرده و شوری آن را اندازهگیری نکرده است. اقیانوس سراسری یک استنباط ژئوفیزیکی است؛ یعنی ساختاری درونی که میتواند دو ویژگی مستقل حرکت میماس را بر اساس قوانین گرانش و چرخش بهتر از مدلهای دیگر توضیح دهد.
این نوع کشف غیرمستقیم در علوم سیارهای کاملاً رایج است. برای مثال، ساختار لایههای عمیق زمین با استفاده از امواج لرزهای بررسی شده است، در حالی که انسان هرگز مستقیماً به این لایهها دسترسی نداشته است. سیارات فراخورشیدی نیز اغلب از طریق تغییرات نور ستاره یا حرکت آن شناسایی میشوند، نه با تصویربرداری مستقیم از سطحشان.
با این حال، اصطلاح «تأییدشده» به این معنا نیست که تمام ویژگیهای اقیانوس میماس مشخص شدهاند. ضخامت ۲۰ تا ۳۰ کیلومتری پوسته یخی حاصل مدلسازی است. دانشمندان هنوز ترکیب شیمیایی اقیانوس، عمق دقیق، حجم آن یا اینکه آیا آب مایع به بخش سنگی داخلی قمر میرسد یا نه را نمیدانند. مأموریتهای آینده به زحل میتوانند این تصویر را دقیقتر کنند یا حتی برخی بخشهای آن را تغییر دهند.
نکته مهم این است که کاسینی حرکت میماس را با دقت بسیار بالایی اندازهگیری کرد؛ اقیانوس مایع توضیحی است که میتواند این اندازهگیریها را با یکدیگر سازگار کند.
چرا سن اقیانوس کمتر از ۲۵ میلیون سال است؟
این سن از طریق تعیین مستقیم قدمت یک قطعه یخ به دست نیامده است. پژوهشگران در مقاله Nature بررسی کردند که چگونه اتلاف انرژی ناشی از نیروهای کشندی میتواند خروج از مرکز مدار میماس را کاهش دهد؛ یعنی میزان فاصله مدار آن از یک دایره کامل.
اگر اقیانوس برای مدت بسیار طولانی وجود داشت، تغییرات بیشتری در مدار قمر ایجاد میکرد. بنابراین مدلها نشان میدهند فرایند ذوب یخ نسبتاً اخیراً آغاز شده و سن اقیانوس کمتر از ۲۵ میلیون سال است.
برخی مدلهای دیگر بازه محدودتری را پیشنهاد میکنند. برای مثال، رصدخانه پاریس زمان شکلگیری اقیانوس را حدود ۵ تا ۱۵ میلیون سال پیش تخمین زده است. یک مطالعه دیگر نیز نشان داد که اگر فرایند ذوب زمانی آغاز شده باشد که مدار میماس خروج از مرکز بیشتری داشته، اقیانوس میتوانسته طی حدود ۱۰ تا ۱۵ میلیون سال رشد کند.
این اعداد لزوماً با یکدیگر تناقض ندارند؛ بلکه به فرضیات مختلف درباره گرانروی یخ، گرمایش کشندی، تغییرات مداری و سرعت واکنش پوسته یخی وابسته هستند.
بنابراین مقایسه با هیمالیا حتی محافظهکارانه است. سازمان زمینشناسی آمریکا آغاز برخورد هند و اوراسیا و شکلگیری هیمالیا را حدود ۴۰ تا ۵۰ میلیون سال پیش تخمین میزند. هم شکلگیری کوهستان و هم تحول اقیانوس میماس فرایندهایی ادامهدار هستند؛ بنابراین مقایسه به زمان آغاز این فرایندها مربوط میشود، نه سن تکتک سنگها یا تمام آب موجود در آنها.
میماس شاید فقط دو تا سه میلیون سال فرصت داشته باشد
مدلهای شبیهسازیشده پاسخ جالبی برای سکوت سطح میماس ارائه میکنند. اگرچه ذوب داخلی ممکن است میلیونها سال پیش آغاز شده باشد، به نظر میرسد مرز میان اقیانوس و یخ تنها طی ۲ تا ۳ میلیون سال گذشته به فاصله کمتر از ۳۰ کیلومتری سطح رسیده است.
پیش از آن، پوستهای بسیار ضخیمتر و سردتر میتوانست آثار برخوردهای باستانی را حفظ کند و در برابر تنشهای کشندی مقاومت بیشتری داشته باشد. در نتیجه، دهانه عظیم هرشل و دشتهای مملو از دهانههای برخوردی میتوانستند از دوران یخزده گذشته میماس باقی بمانند.
اما با گسترش اقیانوس به سمت سطح، این قمر احتمالاً زمان بسیار کمی برای ایجاد شکافهای گسترده یا رسوبات سطحی جوان و آشکار داشته است. به همین دلیل، میماس ممکن است یکی از عجیبترین دنیاهای اقیانوسی منظومه شمسی باشد: قمری که از بیرون کاملاً مرده و یخزده به نظر میرسد، اما در اعماق خود اقیانوسی نسبتاً جوان را پنهان کرده است.
