علاقه به قمرهای یخی در سال‌های اخیر پیوسته رو به افزایش بوده است، چرا که این قمرها هرچه بیشتر توجه اخترزیست‌شناسان را به خود جلب می‌کنند. برخی از آن‌ها، مانند انسلادوس با فواره‌های شگفت‌انگیزش، بیشترین سهم توجهات را به خود اختصاص داده‌اند. اما قمرهای دیگری هم وجود دارند که شاید در پس پوسته‌های یخی بسیار ضخیم‌تر، اسرار جالب‌تری را پنهان کرده باشند؛ قمرهایی در سامانه‌ی اورانوس که تاکنون کمتر شناخته شده‌اند.
در مقاله‌ای تازه که در مجله‌ی Icarus منتشر شده و توسط پژوهشگرانی از مؤسسه‌ی علوم سیاره‌ای، دانشگاه جانز هاپکینز، و دانشگاه داکوتای شمالی تهیه گردیده است، به بررسی یکی از این قمرها پرداخته‌اند: آریل، چهارمین قمر بزرگ اورانوس. موضوع اصلی مقاله این است که آریل در زیر سطح یخی خود چه ویژگی‌هایی ممکن است داشته باشد.
کمبود داده‌های باکیفیت از سامانه‌ی اورانوس
متأسفانه، ما داده‌های چندان دقیقی از قمرهای اورانوسی در اختیار نداریم. نخستین و تنها باری که یک کاوشگر به این سامانه سفر کرده، در سال ۱۹۸۶ و با مأموریت ویجر ۲ بوده است. در آن بازدید تاریخی، ویجر تنها تصاویر نزدیک از آریل و بسیاری دیگر از قمرهای اورانوس را ثبت کرد. با این حال، حتی در همان زمان نیز توانست فقط نیمکره‌ی جنوبی آریل را ثبت کند و نیمکره‌ی شمالی آن همچنان ناشناخته باقی ماند.
با وجود این مجموعه داده‌ی نسبتاً محدود و نزدیک به ۴۰ ساله، همچنان امکان کشف‌های تازه وجود دارد. نرم‌افزارهای مدرن امروزی در این زمینه کمک بزرگی هستند. تیم پژوهشی از دو نرم‌افزار مختلف استفاده کرد: یکی برای نقشه‌برداری زمین‌شناسی و دیگری برای مدل‌سازی تنش‌های پوسته‌ای.
نقشه‌برداری سطح آریل
برای نقشه‌برداری سطح آریل، پژوهشگران از نرم‌افزار ArcGIS Pro بهره گرفتند. این نرم‌افزار معمولاً برای ساخت نقشه‌های جغرافیایی استفاده می‌شود، نه برای تحلیل داده‌های ۴۰ ساله‌ی سیاره‌ای! با این وجود، آن‌ها توانستند ویژگی‌های عمده‌ی سطح آریل مانند گسل‌ها، رشته‌کوه‌ها، و فرورفتگی‌های عمیق (Grabens) را مشخص کنند.
فرورفتگی‌های گربن زمانی شکل می‌گیرند که پوسته‌ی یک جرم آسمانی نسبت به نواحی اطرافش به‌طور قابل‌توجهی فرو می‌افتد و منظره‌ای شبیه دره پدید می‌آورد. آریل از این نظر بسیار غنی است و در مقایسه با اندازه‌ی کوچک خود، چنین ساختارهایی را در مقیاسی دارد که کمتر جای دیگری در منظومه‌ی شمسی دیده می‌شود.
از همه جالب‌تر، سطح آریل ترکیبی از ویژگی‌های باستانی و تازه است. دهانه‌های برخوردی کهن در همه‌جا پراکنده‌اند، اما درست در کنار آن‌ها، دشت‌های صاف و یخی دیده می‌شوند که شاید به‌تازگی از درون قمر به سطح راه یافته باشند.
نقش فرآیندهای زمین‌ساختی و آتشفشان‌های یخی
هر یک از این ویژگی‌ها نتیجه‌ی نوعی فرآیند زمین‌شناختی است؛ بیشتر احتمال می‌رود که زمین‌ساخت (تکتونیک) یا آتشفشان یخی (کریوولکانیسم) عامل آن باشند. برای درک بهتر ترکیب عواملی که چنین سطحی را به وجود آورده‌اند، تیم پژوهشی از نرم‌افزار مدل‌سازی تنش SatStressGUI استفاده کرد؛ نرم‌افزاری که به‌طور ویژه برای بررسی قمرها طراحی شده است.
این نرم‌افزار ساختار قمر را در چهار لایه تعریف می‌کند:
- یک هسته‌ی سنگی
- یک اقیانوس مایع
- یک لایه‌ی یخ انعطاف‌پذیر (نه چندان شکننده)
- یک لایه‌ی بیرونی یخ شکننده
پژوهشگران با تغییر متغیرهایی مانند خروج از مرکز مداری (بیضوی بودن مدار)، انحراف محوری (زاویه‌ی میل) و همچنین نرخ شکل‌گیری پوسته‌ی یخی، مجموعه‌ای از الگوهای تنش را شبیه‌سازی کردند. سپس این الگوها با تصاویر ویجر ۲ مقایسه شد.
مدار آریل و تأثیرات آن
نتیجه‌ی این مدل‌سازی نشان داد که محتمل‌ترین مقدار خروج از مرکز مدار آریل ۰٫۰۴ است. شاید این مقدار کوچک به نظر برسد، اما همین میزان می‌تواند تأثیر عظیمی بر ترکیب داخلی قمر داشته باشد. در واقع، این مقدار بیش از چهار برابر خروج از مرکز مدار اروپا (قمر مشتری) است که به خاطر سطح ترک‌خورده و دندانه‌دارش شهرت دارد.
احتمالاً میلیاردها سال پیش، آریل در یک رزونانس مداری میانگین (MMR) با دو قمر همسایه‌اش، یعنی امبریل و میراندا قرار داشته است. در چنین وضعیتی، دوره‌های مداری اجسام نسبت‌های صحیحی از هم هستند و به‌طور منظم بر یکدیگر نیروهای گرانشی وارد می‌کنند. همین تعامل می‌توانسته خروج از مرکز مدار آریل را تا این حد بالا ببرد.
احتمال وجود یک اقیانوس ژرف
با این درک از تحول مداری آریل، نویسندگان مقاله پیش‌بینی می‌کنند که در دوره‌ای از تاریخ خود، آریل ممکن است دارای اقیانوسی به عمق حدود ۱۷۰ کیلومتر بوده باشد. برای مقایسه، میانگین عمق اقیانوس آرام در زمین تنها حدود ۴ کیلومتر است! بنابراین، با وجود آنکه قطر آریل فقط ۱۱۵۹ کیلومتر است، چنین اقیانوسی یک مخزن عظیم آب مایع در دوردست‌های منظومه‌ی شمسی به شمار می‌رفته است.
محدودیت‌ها و آینده‌ی پژوهش‌ها
بدیهی است که این تحلیل تنها بر اساس داده‌های ۴۰ ساله از نیمکره‌ی جنوبی آریل انجام شده و جای پیشرفت زیادی دارد. با این حال، هنوز هیچ برنامه‌ی قطعی برای یک مأموریت تازه به سامانه‌ی اورانوس تأمین بودجه نشده است. در نظرسنجی دهه‌ای (Decadal Survey) اخیر، بالاترین اولویت به مأموریت «مدارگرد و کاوشگر اورانوس» داده شد. اما با توجه به مشکلات مالی اخیر ناسا، بعید است به این زودی‌ها مأموریتی جدید برای چنین مقصد دوری آغاز شود.
تا آن زمان، علاقه‌مندان به اورانوس ناچارند همچنان داده‌های قدیمی ویجر ۲ را بارها تحلیل و بازتحلیل کنند؛ داده‌هایی که حتی از بسیاری از پژوهشگران امروزی هم قدیمی‌تر هستند!
