در میان آنها، اروپا، گانیمد و کالیستو — که همگی از قمرهای گالیلهای مشتریاند — توجه ویژهای را به خود جلب کردهاند. شرایط محیطی این قمرها نقش مهمی در امکان زیستپذیری آنها دارد، اما تنها عامل تعیینکننده نیست. شیمی نیز به همان اندازه اهمیت دارد؛ زیرا بدون وجود مولکولهای پایه و سازنده مناسب، حیات اساساً نمیتواند آغاز شود.
پژوهشهای تازه نشان میدهد که «مولکولهای آلی پیچیده» یا COMها — که پیشسازهای شیمیایی حیاتی برای شکلگیری حیات به شمار میروند — در زمان شکلگیری قمرهای گالیلهای وجود داشتهاند و همان هنگام در ساختار آنها ادغام شدهاند. این یافته احتمال وجود حیات ساده در اقیانوسهای زیرسطحی این قمرها را تقویت میکند.
دو مطالعه جدید شواهد این موضوع را ارائه کردهاند.
نخستین پژوهش با عنوان «تشکیل و بقای مولکولهای آلی پیچیده در قرص پیرامونسیارهای مشتری» در نشریه The Planetary Science Journal منتشر شده است. نویسنده اصلی آن، اولیویه موسیس از بخش علوم و اکتشافات منظومه شمسی مؤسسه تحقیقاتی Southwest Research است.
مطالعه دوم با عنوان «انتقال مولکولهای آلی پیچیده به سامانه مشتری» در نشریه Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده است. نویسنده اصلی این مقاله تام کوزینو از دانشگاه اکس-مارسی، مرکز ملی پژوهشهای علمی فرانسه (CNRS) و مؤسسه Origines است. اولیویه موسیس در این پژوهش نیز از نویسندگان همکار است.
میدانیم که حیات بدون مولکولهای آلی پیچیده امکانپذیر نیست. همچنین از آزمایشهای آزمایشگاهی میدانیم که برخی از این مولکولها میتوانند روی دانههای یخی بسیار ریز در قرصهای پیشسیارهای شکل بگیرند. انرژی لازم برای تشکیل آنها از نور فرابنفش ستاره یا از گرمای ناشی از حرکت و اصطکاک مواد در قرص تأمین میشود. هنگامی که این مولکولها در یک قرص شکل میگیرند، میتوانند در اختیار سیارههایی قرار بگیرند که در حال شکلگیری هستند.
اما پرسش مهم این است: آیا در «قرص پیرامونسیارهای» — یعنی حلقهای از مواد که پیرامون یک سیاره در حال شکلگیری میچرخد — نیز چنین مولکولهایی میتوانند تشکیل شوند؟ و اگر چنین است، آیا میتوانند وارد قمرهایی شوند که در همان محل پیرامون سیاره شکل میگیرند؟
موسیس در بیانیهای توضیح میدهد که آنها با ترکیب مدلهای تکامل قرص و مدلهای انتقال ذرات توانستند شرایط تابشی و حرارتیای را که دانههای یخی تجربه کردهاند، بهدقت محاسبه کنند. سپس نتایج شبیهسازیهای خود را با آزمایشهای آزمایشگاهی که تولید COMها را در شرایط اخترفیزیکی واقعگرایانه بررسی میکنند مقایسه کردند. نتایج نشان داد که تشکیل مولکولهای آلی پیچیده هم در محیط سحابی آغازین خورشیدی و هم در قرص پیرامونسیارهای مشتری امکانپذیر بوده است.
در این پژوهش، دانشمندان دو مدل دقیق طراحی کردند. نخست، مدلی برای تکامل «سحابی پیشخورشیدی» — مرحلهای اولیهتر از آنچه معمولاً قرص پیشسیارهای نامیده میشود. این اصطلاح بیشتر به ترکیب کلی و شرایط شیمیایی مخزن اولیه مواد در اوایل شکلگیری منظومه شمسی اشاره دارد.
مدل دوم مربوط به مشتری و قرص پیرامونسیارهای آن بود. هر دو نوع قرص میتوانند اجرام آسمانی بسازند، اما تفاوت مهمی وجود دارد: قرصهای پیرامونسیارهای ستارهای در مرکز خود ندارند، بنابراین منبع انرژی آنها با قرصهای پیشسیارهای متفاوت است. این تفاوت انرژی نقش تعیینکنندهای در فرآیندهای شیمیایی دارد.
سپس پژوهشگران این دو مدل را با مکانیک حرکت دانههای یخی در قرص ترکیب کردند. به این ترتیب، توانستند شرایط فیزیکی و شیمیایی مواد را بازسازی کنند؛ موادی که در نهایت قمرهای مشتری را شکل دادند. تمرکز آنها بر چهار قمر بزرگ مشتری — اروپا، گانیمد، کالیستو و آیو — بود.
اروپا یکی از امیدوارکنندهترین نامزدها برای داشتن اقیانوسی زیر لایه یخی سطحی است؛ اقیانوسی که شاید قابل زیست باشد. گانیمد نیز احتمالاً اقیانوسی زیرسطحی دارد که میان لایههای یخ محبوس شده است. درباره کالیستو نیز نشانههایی وجود دارد، هرچند این شواهد به اندازه اروپا و گانیمد قوی نیست. آیو اما جهانی کاملاً آتشفشانی است و با فعالیت شدید خود، شانسی برای میزبانی حیات ندارد، صرفنظر از اینکه چه مقدار مولکول آلی پیچیده در زمان شکلگیری دریافت کرده باشد.
شبیهسازیهای انجامشده نشان داد که مقدار قابل توجهی از دانههای یخی سحابی پیشخورشیدی توانستهاند مولکولهای آلی پیچیده را جذب کنند و این دانهها بهطور مؤثری به ناحیهای از قرص پیرامونسیارهای مشتری منتقل شدهاند که قمرهای گالیلهای در آن شکل گرفتهاند. در برخی سناریوها، حدود ۵۰ درصد از این دانههای یخی موفق شدهاند مولکولهای آلی را به محل مناسب برسانند.
پژوهشگران مینویسند که اگر قمرهای گالیلهای در یک قرص پیرامونسیارهای سرد پیرامون مشتری شکل گرفته باشند، گونههای شیمیایی حاوی نیتروژن که احتمالاً در درون آنها وجود دارد، میتوانند از تشکیل مولکولهای آلی پیچیده در سحابی پیشخورشیدی سرچشمه گرفته باشند.
اما نتایج نکته جالبتری را نیز نشان داد. به نظر میرسد در قرص پیرامونسیارهای مشتری نیز گرمای کافی برای تشکیل COMها وجود داشته است. این بدان معناست که مولکولهای آلی پیچیده نهتنها از بیرون به آنجا منتقل شدهاند، بلکه ممکن است در همان محیط پیرامون مشتری نیز ساخته شده باشند. در نتیجه، دو منبع بالقوه برای رساندن این مولکولها به قمرها وجود داشته است.
پژوهشگران توضیح میدهند که ذرات با اندازههای مختلف که در مراحل گوناگون تکامل قرص آزاد شدهاند، از نواحیای عبور کردهاند که دمای آنها به اندازهای بالا بوده که یخها — بهویژه یخهای آمونیاک و دیاکسید کربن — را به مولکولهای آلی پیچیده تبدیل کند.
اگر چنین باشد، اقیانوسهای زیرسطحی این قمرها — بهویژه اقیانوس اروپا — ممکن است نهتنها شرایط فیزیکی مناسب برای حیات مانند آب مایع، منبع انرژی و محافظت در برابر تابشهای زیانآور را داشته باشند، بلکه برخی از مواد اولیه شیمیایی لازم برای حیات نیز از همان آغاز در آنها وجود داشته باشد.
موسیس میگوید یافتههای آنها نشان میدهد که قمرهای مشتری به صورت جهانهایی کاملاً «دستنخورده» و خالص شکل نگرفتهاند. بلکه احتمالاً از همان بدو تولد، مقدار قابل توجهی از مولکولهای آلی پیچیده را در خود انباشتهاند؛ مولکولهایی که بعداً میتوانستهاند با آب مایع در درون آنها واکنش دهند و فرآیندهای شیمیایی پیشزیستی را آغاز کنند.
او تأکید میکند که مشخص کردن مسیرهای قابلاعتماد برای تشکیل و انتقال این مولکولها، چارچوبی اساسی برای تفسیر اندازهگیریهای آینده از شیمی سطحی و زیرسطحی مشتری و قمرهایش فراهم میکند. با پیوند دادن شیمی آزمایشگاهی، فیزیک قرصها و مدلهای انتقال ذرات، این پژوهش نشان میدهد که شرایط زیستپذیر ممکن است ریشه در نخستین مراحل شکلگیری سیارهها داشته باشد.
اهمیت این پژوهش زمانی دوچندان میشود که به مأموریتهای در راه برای مطالعه قمرهای مشتری توجه کنیم. مأموریت Europa Clipper ناسا و مأموریت Jupiter Icy Moons Explorer متعلق به آژانس فضایی اروپا قرار است اطلاعات بیسابقهای درباره ترکیب، ساختار و شرایط این قمرها ارائه دهند. مطالعات نظری مانند این پژوهش، زمینه علمی مهمی برای درک بهتر دادههایی که این مأموریتها ارسال خواهند کرد فراهم میکنند.
در نهایت، اگرچه هنوز هیچ مدرکی قطعی از وجود حیات در قمرهای یخی مشتری در دست نیست، اما این نتایج نشان میدهد که بذرهای شیمیایی لازم برای حیات ممکن است از همان آغاز در آنها کاشته شده باشد. اگر آب مایع، انرژی و مواد آلی پیچیده همزمان در محیطی پایدار گرد هم آمده باشند، آنگاه احتمال دارد که دستکم نوعی شیمی پیشزیستی — و شاید حتی حیات ساده — در اعماق تاریک این جهانهای یخی آغاز شده باشد.