اروپا یکی از بهیادماندنیترین تصاویر در علم سیارهای را به خود اختصاص داد، بدون اینکه این تصویر هرگز به یک عکس قطعی و قابل اتکا تبدیل شود. تصاویر گرافیکی، فورانهای سفیدرنگی را نشان میدادند که از شکافهای موجود در پوسته یخی بالا میآمدند. دادههای هابل به تصاویری از یک فوران در قطب جنوب اروپا تبدیل شدند که گفته میشد تا حدود ۲۰۰ کیلومتر بالاتر از سطح این قمر میرسد. حتی در طرحهای اولیه مأموریتهای فضایی، صحبت از عبور فضاپیما از میان این مواد به میان آمد؛ بهجای اینکه برای رسیدن به اقیانوس زیرسطحی، سطح یخ را حفاری کنند.
اما شواهد اولیه بسیار کمتر از آنچه تصاویر منتشرشده نشان میدادند، بصری بودند. طیفنگار تصویربرداری فضایی هابل در دسامبر ۲۰۱۲ یک ناحیه کمنور از تابش فرابنفش را در نزدیکی لبه جنوبی اروپا ثبت کرد که با هیدروژن و اکسیژن مرتبط بود. لورنز روت و همکارانش این سیگنال را به مولکولهای آب نسبت دادند که در اثر برخورد الکترونهای پرانرژی تجزیه شده بودند و میزان اطمینان ۹۹٫۹ درصدی برای وجود این ویژگی موضعی اعلام کردند.
اکنون بسیاری از همان پژوهشگران این مشاهده را در مجموعه دادههای گستردهتری دوباره بررسی کردهاند. مقالهای که در سال ۲۰۲۶ منتشر شده، نشان میدهد در هیچیک از تصاویر مناسب هابل، از جمله همان تصویری که مبنای ادعای اولیه بود، انتشار موضعی بخار آب مشاهده نشده است. روت در توضیحی که مؤسسه تحقیقات جنوبغربی درباره این پژوهش منتشر کرده، گفت میزان اطمینان به این نتیجه به کمتر از ۹۰ درصد کاهش یافته است.
نتیجه درست این نیست که «اروپا هیچ آبفشانی ندارد». نتیجه محدودتر و دقیقتر این است که ویژگی ثبتشده در دادههای هابل دیگر با روش تحلیلی موردنظر این گروه، از نظر آماری متقاعدکننده نیست. فورانهای کوچکتر یا فورانهایی که بهصورت مقطعی رخ میدهند ممکن است از تمام مشاهدات دور مانده باشند. ابزارهای دیگر نیز سرنخهایی امیدوارکننده ارائه کردهاند، اما هیچکدام هنوز ثابت نکردهاند که یک جت آب واقعاً مشاهده شده است؛ چه رسد به اینکه ثابت کنند این آب از اقیانوس جهانی زیرسطحی اروپا آمده است.
هابل اتمهای فرابنفش را دید، نه یک فواره سفید
اروپا دارای جوی بسیار رقیق است که بر اثر تعامل نور خورشید و تابشهای مشتری با سطح یخی این قمر ایجاد میشود. هابل میتواند برخی از طول موجهای فرابنفش منتشرشده توسط اتمهای موجود در این محیط را تفکیک کند. اما این تلسکوپ نمیتواند اروپا را مانند یک منظره زمینی با جزئیاتی تصویربرداری کند که در آن یک آبفشان مانند آبفشان اولد فیتفول در افق دیده شود.
در مقاله اصلی Science در سال ۲۰۱۴، روت، یواخیم زاور، کورت رترفورد و همکارانشان مشاهدات مربوط به سالهای ۱۹۹۹ و ۲۰۱۲ را بررسی کردند. یکی از تصاویر ثبتشده در دسامبر ۲۰۱۲، افزایش انتشار هیدروژن در طول موج لایمن-آلفا و اکسیژن را در نزدیکی قطب جنوب نشان میداد. برخورد الکترونهای پرانرژی با بخار آب میتواند مولکولهای آب را تجزیه و تحریک کند و چنین شفق فرابنفشی ایجاد کند.
این گروه بر اساس دادهها وجود دو فوران احتمالی را مطرح کرد که بخار آب را تا ارتفاعی نزدیک به ۲۰۰ کیلومتر میفرستادند. این ویژگی زمانی مشاهده شد که اروپا به دورترین نقطه مدار نسبتاً بیضوی خود به دور مشتری نزدیک بود. این زمانبندی از نظر فیزیکی معنادار به نظر میرسید، زیرا نیروهای کشندی ممکن است با تغییر فاصله اروپا از مشتری، شکافهای سطحی را به شکل متفاوتی باز کنند.
حتی اطلاعیه ناسا درباره نتیجه هابل در آن زمان نیز از زبان قطعی استفاده نکرد. ناسا فوران آب را سادهترین توضیح برای این مشاهده دانست، اما تأکید کرد که این نتیجه نیازمند تأیید است و میان یک فوران احتمالی و اقیانوس زیرسطحی که شواهد دیگری از وجود آن به دست آمده، تفاوت قائل شد.
مشاهدات بعدی هابل که در اوایل سال ۲۰۱۴ و در موقعیتی مشابه از مدار اروپا انجام شدند، این ویژگی را دوباره ثبت نکردند. یک تحلیل بعدی در PNAS به این نتیجه رسید که موقعیت مداری بهتنهایی برای پیشبینی وقوع یک فوران کافی نیست. در نتیجه، فورانهای مقطعی همچنان یکی از توضیحات ممکن باقی ماندند، اما احتمال اینکه این ویژگی در مرز تواناییهای هابل قرار داشته باشد نیز مطرح شد.
وقتی قمر فقط یک پیکسل جابهجا میشود، همان مشاهده تغییر میکند
مقاله جدید Astronomy & Astrophysics به سرپرستی روت منتشر شده و رترفورد، زاور، دارل استروبل، ملیسا مکگراث و فرانسیس نیمو از اعضای تیم اصلی نیز در آن حضور دارند. علاوه بر آنها، ۱۰ پژوهشگر دیگر نیز در این مطالعه مشارکت کردهاند. این پژوهش مجموعه کامل مشاهدات قابل استفاده هابل و STIS را بررسی میکند که زمانی ثبت شدهاند که اروپا در معرض نور خورشید قرار داشته و از مقابل مشتری عبور نمیکرده است.
این مشاهدات در سال ۱۹۹۹ و طی کارزارهای رصدی بین سالهای ۲۰۱۲ تا ۲۰۲۰ انجام شدهاند. پژوهشگران این مجموعه را ۱۴ سال داده هابل توصیف میکنند، هرچند این دادهها یک فیلم پیوسته نیستند و از چندین دوره جداگانه رصدی تشکیل شدهاند. در مجموع، این تحلیل ۲۳ مشاهده را دربر میگیرد.
دو تغییر روششناختی در این مطالعه اهمیت زیادی دارند. نخست، موقعیت فرضشده دیسک اروپا روی آشکارساز هابل است. اروپا تنها تعداد محدودی از پیکسلهای آشکارساز را میپوشاند و ویژگی مورد جستوجو نیز در لبه آن قرار داشت. اگر مرکز تخمینی قمر تنها یک یا دو پیکسل جابهجا شود، شمارشهایی که پیشتر بهعنوان انتشار نور در خارج از لبه اروپا طبقهبندی شده بودند، ممکن است داخل دیسک قمر یا در بخش دیگری از پسزمینه قرار بگیرند.
دومین تغییر به مدل اگزوسفر گسترده هیدروژن اتمی اروپا مربوط میشود. هیدروژن اطراف این قمر نور لایمن-آلفای خورشید را پراکنده میکند. این درخشش پراکنده یک فوران موضعی بخار آب نیست، اما در همان طول موج مهم، فوتون تولید میکند. مدل جدید پیش از جستوجوی سیگنالهای موضعی، این تابش را در کنار منابع شناختهشده مربوط به ابزار، زمین و فضای میانسیارهای در نظر گرفت.
نتیجه در این مجموعه داده کاملاً روشن بود: اگزوسفر هیدروژن اروپا در تمام دورههای رصدی مشاهده شد، اما هیچ افزایش موضعی در هیچیک از تصاویر دیده نشد. این موضوع شامل تصویر دسامبر ۲۰۱۲ نیز میشود که پیشتر بهعنوان نشانهای از شفق ناشی از بخار آب در قطب جنوب تفسیر شده بود.
پژوهشگران یک بررسی متقابل جالب نیز انجام دادند. هنگامی که موقعیت قبلی دیسک اروپا را دوباره وارد مدل کردند و اگزوسفر هیدروژن را از مدل حذف کردند، ویژگی موضعی قدیمی دوباره ظاهر شد و تقریباً همان میزان اهمیت آماری قبلی را نشان داد. در واقع، دادهها به شکل مرموزی تغییر نکرده بودند؛ بلکه تفسیر ترجیحی درباره منشأ این نور تغییر کرده بود.
کاهش اطمینان از ۹۹٫۹ درصد به کمتر از ۹۰ درصد چه معنایی دارد؟
در اطلاعیه مؤسسه تحقیقات جنوبغربی، روت این تغییر را کاهش میزان اطمینان از ۹۹٫۹ درصد به کمتر از ۹۰ درصد توصیف کرد. رترفورد نیز گفت خطای یک یا دو پیکسلی در تعیین موقعیت اروپا میتواند تأثیر قابل توجهی بر تفسیر دادهها داشته باشد.
این درصدها بهراحتی ممکن است اشتباه تفسیر شوند. آنها مستقیماً نشاندهنده احتمال وجود آبفشانهای اروپا نیستند. این اعداد در واقع جایگاه آماری یک افزایش موضعی در نور را تحت مدلها و فرضیات مشخص توصیف میکنند. وقتی میزان اطمینان به کمتر از ۹۰ درصد کاهش مییابد، نوسانات تصادفی آنقدر محتمل هستند که این مشاهده دیگر نمیتواند سطح اطمینانی را که در سال ۲۰۱۴ به آن نسبت داده شده بود، پشتیبانی کند.
بنابراین، پژوهش جدید نه وجود یک فوران را تأیید میکند و نه نبود آن را ثابت میکند. این مطالعه میگوید وقتی موقعیت دیسک اروپا و سیگنال پراکنده هیدروژن به شکل متفاوتی در نظر گرفته شوند، شواهد اولیه با نویز آماری سازگار هستند. فورانی کوچکتر از توان تشخیص هابل، فورانی که فقط بهندرت فعال میشود یا فورانی که خارج از مناطق مورد رصد رخ میدهد، همچنان ممکن است وجود داشته باشد.
این تفاوت، یکی از مشکلات همیشگی در علم سیارهای از راه دور را نشان میدهد. ابزارهای علمی دادههایی مانند شمارش فوتونها، طیفها و تغییرات میدانهای مختلف را ثبت میکنند. تصویری که مردم از یک پدیده در ذهن خود به یاد میسپارند، در واقع تفسیری است که بر اساس همین اندازهگیریها ساخته شده است. وقتی تفسیر تغییر میکند، پیکسلهای اصلی دقیقاً همان جایی باقی میمانند که بودند.
سرنخهای دیگر درباره آبفشانها همچنان وجود دارند، اما هیچکدام پرونده را نمیبندند
مقاله جدید تنها یک مجموعه از مشاهدات هابل را دوباره بررسی کرده است و تمام جستوجوهای دیگر برای آبفشانهای اروپا را مستقیماً مورد بازتحلیل قرار نداده است. یک گروه دیگر از پژوهشگران هابل نیز از روشی متفاوت استفاده کردند. آنها زمانی که اروپا از مقابل بخش درخشان مشتری عبور میکرد، به دنبال موادی بودند که بهصورت سیلوئت در خارج از لبه قمر دیده شوند. در سه مورد از ۱۰ مشاهده، ویژگیهایی در جذب نور ثبت شد که میتوانستند با فعالیت آبفشانی مرتبط باشند، هرچند پژوهشگران درباره اثرات سیستماتیک احتمالی هشدار دادند و بر ضرورت احتیاط تأکید کردند.
در سال ۲۰۱۸، پژوهشگران اندازهگیریهای میدان مغناطیسی و امواج پلاسمایی ثبتشده توسط فضاپیمای گالیله در پرواز نزدیک این قمر در سال ۱۹۹۷ را دوباره بررسی کردند. فضاپیما در آن زمان با یک اختلال کوتاه مواجه شده بود که با عبور از میان یک آبفشان سازگاری داشت. تحلیل منتشرشده در Nature Astronomy برخی از ویژگیهای این رویداد را با استفاده از یک منبع شبیهسازیشده بخار آب بازتولید کرد. عبارت «سازگار با» در اینجا اهمیت زیادی دارد؛ تطابق یک مدل با یک اختلال، یک نشانه و شواهد محسوب میشود، اما نه یک تصویر است و نه نمونهای که منشأ آن بهطور منحصربهفرد شناسایی شده باشد.
یک یافته زمینی نیز سرنخ دیگری ارائه کرد. رصدخانه کک در یک شب در آوریل ۲۰۱۶ موفق به شناسایی مولکولهای آب در بالای اروپا شد، در حالی که در ۱۶ شب دیگر در سالهای ۲۰۱۶ و ۲۰۱۷ هیچ آبی مشاهده نکرد. بر اساس گزارش ناسا از این مطالعه در سال ۲۰۱۹، میزان آزادسازی آب هنگام مشاهده حدود ۲۳۶۰ کیلوگرم در ثانیه تخمین زده شد.
این یافته، شناسایی مستقیم طیفی بخار آب بود؛ در حالی که پژوهش اولیه هابل، وجود بخار آب را از روی قطعات اتمی حاصل از تجزیه مولکولهای آب استنباط کرده بود. با این حال، این مشاهده نیز یک دریچه یا منفذ را بهصورت تصویری ثبت نکرد و مسیر حرکت گاز از میان یخ را مشخص نکرد. آزاد شدن موقتی بخار آب یک توضیح منطقی است، اما هندسه، عمق و سازوکار منبع آن مشخص نشده است.
مطالعات آرشیوی هابل که در سال ۲۰۲۱ منتشر شدند نیز وجود بخار آب را در بخش بزرگی از نیمکره پشتی اروپا گزارش کردند، نه به شکل یک جت متمرکز. خلاصه ناسا از آن مطالعه، تصعید یخ سطحی را بهعنوان یکی از منابع احتمالی مطرح کرد. وجود بخار آب پراکنده بهتنهایی نشان نمیدهد که یک آبفشان مسیر مستقیمی از اقیانوس تا سطح ایجاد کرده است.
وجود آب در بالای اروپا لزوماً به معنای وجود آب اقیانوس نیست
اروپا تقریباً بهطور قطعی یک اقیانوس جهانی شور در زیر پوسته یخی خود دارد. این نتیجه بر اساس شواهدی مانند القای مغناطیسی، زمینشناسی سطح، گرانش و رفتارهای کشندی به دست آمده و به ادعای وجود آبفشانها وابسته نیست.
جذابیت اصلی آبفشانها برای دانشمندان در امکان نمونهبرداری نهفته است. اگر مواد موجود در اقیانوس عمیق اروپا بهطور طبیعی به فضا برسند، یک فضاپیما میتواند بدون فرود روی سطح یا عبور از کیلومترها یخ، این مواد را مستقیماً بررسی کند.
اما در اینجا دو «اگر» جداگانه وجود دارد. نخست اینکه فوران واقعاً باید وجود داشته باشد. دوم اینکه منبع آن باید با اقیانوس زیرسطحی ارتباط داشته باشد. تاکنون هیچکدام از این دو موضوع در مورد اروپا اثبات نشدهاند.
بخار آب میتواند از یک حفره کوچک آب شور درون پوسته یخی، گرمایش ناشی از اصطکاک یا برخورد، یا تصعید یخ و یخزدگی سطحی ناشی شود. تابش مشتری نیز بهطور مداوم سطح اروپا را بمباران میکند و میتواند مولکولها و قطعات مولکولی را از سطح آن جدا کند. بنابراین پیش از اینکه سیگنال هیدروژن، اکسیژن یا آب بهعنوان مدرکی برای تبادل مواد از اعماق قمر در نظر گرفته شود، باید این فرایندها از یکدیگر تفکیک شوند.
حتی اگر وجود یک آبفشان واقعی ثابت شود، این موضوع بهخودی خود عمقی را که آب از آن آمده مشخص نمیکند. هابل نمیتواند یک شکاف را از سطح تا اعماق آن دنبال کند. همین مسئله نشان میدهد چرا نمیتوان ارتباط میان یک فوران احتمالی و اقیانوس زیرسطحی اروپا را صرفاً فرض کرد.
انسلادوس استاندارد بسیار بالاتری برای شواهد ایجاد کرده است
تصویری که از آبفشانهای اروپا در ذهن مردم شکل گرفته، تا حد زیادی تحت تأثیر قمر انسلادوس زحل بوده است. فضاپیمای کاسینی بارها جتهایی را تصویربرداری کرد که از چهار شکاف طولانی نزدیک قطب جنوب این قمر به فضا میرسیدند. این فضاپیما تغییرات خروجی مواد را اندازهگیری کرد، از میان آنها عبور کرد و گازها و ذرات یخی حاوی آب، نمکها، سیلیکا، ترکیبات آلی، هیدروژن و فسفاتها را مورد بررسی قرار داد.
مجموعهای از شواهد مختلف، این جتها را به دریای داخلی انسلادوس و همچنین برهمکنش آب و سنگ در اعماق آن مرتبط میکنند. به همین دلیل، وجود آبفشانهای انسلادوس بهعنوان یک پدیده اثباتشده در نظر گرفته میشود، نه یک ویژگی حاشیهای که تنها در یک مجموعه داده دوردست دیده شده باشد.
اروپا تاکنون چیزی معادل این شواهد در اختیار ندارد. آبفشانهای احتمالی آن به شکل ناهماهنگ و با روشهای مختلف، در مکانهای متفاوت و با نرخهای خروجی متفاوت مشاهده یا استنباط شدهاند و هنوز تصویر واحد و سادهای از این پدیده وجود ندارد. فعالیتهای مقطعی میتوانند بخشی از این ناهماهنگی را توضیح دهند. محدودیتهای ابزارهای رصدی و مدلسازی نیز ممکن است بخشی دیگر را توضیح دهند.
این تفاوت به معنای غیرفعال بودن زمینشناختی اروپا نیست. مناطق سطحی نسبتاً جوان، شکافها و یخهایی که ظاهراً بهسرعت تجدید میشوند، همگی به فعال بودن پوسته بیرونی این قمر اشاره دارند. با این حال، تجدید سطح میتواند بدون وجود یک جت بلند آب که از زمین قابل مشاهده باشد نیز اتفاق بیفتد.
چرا وجود آبفشانها همچنان از نظر فیزیکی محتمل است؟
اروپا در مداری کمی بیضوی به دور مشتری حرکت میکند و بهصورت کشندی قفل شده است؛ به این معنا که همیشه یک سمت آن رو به مشتری قرار دارد. تغییرات نیروی گرانشی مشتری باعث کشیده و فشرده شدن این قمر میشود و درون آن انرژی به شکل گرما تلف میشود. تنشها درون پوسته یخی طی هر مدار حدود ۸۵ ساعته افزایش و کاهش پیدا میکنند.
شکافها، گسلها، مناطق ذوبشده و حفرههای حاوی آب شور، همگی میتوانند مسیرهای احتمالی مختلفی برای حرکت مواد به سمت بالا فراهم کنند. بنابراین از نظر فیزیکی، فوران مواد از سطح اروپا همچنان کاملاً امکانپذیر است؛ مسئله اصلی این است که هنوز شواهد رصدی کافی برای اثبات قطعی چنین فورانهایی در اختیار نداریم.
