تلسکوپ فضایی جیمز وب و کشف احتمالی اقیانوس پنهان در قمر اورانوس

ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) دریافتند که آریل، قمر اورانوس، می تواند در یک اقیانوس آب مایع مدفون پنهان شده باشد.

این کشف می تواند پاسخی برای معمایی پیرامون این قمر اورانی باشد که دانشمندان را گیج کرده است: این واقعیت که سطح آریل با مقدار قابل توجهی یخ دی اکسید کربن پوشیده شده است. این گیج کننده است زیرا در فاصله اورانوس و قمرهایش از خورشید، ۲۰ برابر دورتر از زمین از خورشید، دی اکسید کربن به گاز تبدیل می شود و در فضا گم می شود. این بدان معنی است که برخی از فرآیندها باید دی اکسید کربن را در سطح آریل تازه کنند.

تئوری‌های قبلی نشان داده‌اند که این اتفاق در نتیجه برهمکنش‌های بین سطح آریل و ذرات باردار به دام افتاده در مغناطیس‌کره اورانوس رخ می‌دهد که تشعشعات یونیزه‌کننده، شکستن مولکول‌ها و خروج دی‌اکسید کربن، فرآیندی به نام «رادیولیز» را فراهم می‌کند.

با این حال، شواهد جدید از JWST نشان می‌دهد که منبع این دی‌اکسید کربن می‌تواند نه از خارج از آریل، بلکه از داخل آن، احتمالاً از یک اقیانوس زیرسطحی مدفون باشد.

از آنجایی که عناصر و مولکول‌های شیمیایی نور را در طول موج‌های مشخص جذب و ساطع می‌کنند، «اثر انگشت» منفرد روی طیف‌ها باقی می‌گذارند. تیم پشت این کشف از JWST برای جمع‌آوری طیف‌های نور از آریل استفاده کرد که به آنها کمک کرد تا تصویری از ترکیب شیمیایی قمر اورانیا را ترسیم کنند.

مقایسه این طیف با طیف های شبیه سازی شده از یک ترکیب شیمیایی در آزمایشگاه اینجا روی زمین برای تیم نشان داد که آریل دارای برخی از غنی ترین ذخایر دی اکسید کربن در منظومه شمسی است. این نه تنها ۱۰ میلی‌متر (۰.۴ اینچ) ضخامت اضافی به یخ در سمت آریل قفل شده که همیشه رو به اورانوس است اضافه کرد، بلکه رسوبات شفاف مونوکسید کربن را برای اولین بار نشان داد.

رئیس تیم ریچارد کارترایت از آزمایشگاه فیزیک کاربردی جانز هاپکینز (APL) در بیانیه‌ای گفت: ‘فقط نباید آنجا باشد. شما باید قبل از پایدار شدن مونوکسید کربن به ۳۰ کلوین [منهای ۴۰۵ درجه فارنهایت] پایین بیایید.’ بدون شک مونوکسید کربن باید به طور فعال دوباره پر شود.

به این دلیل که دمای سطح آریل به طور متوسط ​​حدود ۶۵ درجه فارنهایت (۱۸ درجه سانتیگراد) گرمتر از این دمای کلیدی است.

کارترایت اذعان می‌کند که تجزیه رادیویی می‌تواند بخشی از این دوباره‌سازی را توجیه کند. با این حال، مشاهدات وویجر ۲ در سال ۱۹۸۶ از کنار اورانوس و قمرهای آن و سایر یافته‌های اخیر نشان می‌دهد که برهم‌کنش‌های پشت تجزیه رادیویی می‌تواند محدود باشد زیرا محور میدان مغناطیسی اورانوس و صفحه مداری قمرهای آن در حدود ۵۸ درجه از یکدیگر منحرف شده‌اند.

این بدان معناست که اکثر ترکیبات کربن/اکسیژن که در سطح آریل دیده می‌شوند، می‌توانند توسط فرآیندهای شیمیایی در اقیانوس آبی مایع که در زیر یخ روی آریل به دام افتاده‌اند، ایجاد شوند.

مشتری باحال آریل ممکن است خلق و خوی آتشفشانی داشته باشد

پس از ایجاد در اقیانوس آب تراوش آریل، این اکسیدهای کربن می‌توانند از شکاف‌های پوسته یخی قمر اورانیا خارج شوند یا حتی می‌توانند توسط توده‌های فوران قوی به صورت انفجاری به بیرون پرتاب شوند.

دانشمندان برای مدتی مشکوک بودند که سطح ترک خورده و زخمی آریل ممکن است نشان دهنده وجود آتشفشان های منجمد فعال باشد، آتشفشان هایی که به جای گدازه، توده هایی از لجن یخی را فوران می کنند. این ستون‌ها می‌توانند آنقدر قوی باشند که مواد را به میدان مغناطیسی اورانوس پرتاب کنند.

اکثر شکاف‌ها و شیارهایی که روی سطح آریل دیده می‌شوند در سمتی از ماه قرار دارند که رو به سوی دور از اورانوس است. اگر دی اکسید کربن و مونوکسید کربن از این ویژگی ها به سطح قمر اورانیا نشت می کنند، این می تواند توضیح دهد که چرا این ترکیبات به وفور در این سمت دنباله دار بدن یخی یافت می شوند.

JWST همچنین شواهد شیمیایی بیشتری از یک اقیانوس آب مایع زیرسطحی به دست آورد. تجزیه و تحلیل طیفی به وجود مواد معدنی کربنیت اشاره کرد، نمک‌هایی که هنگام برخورد سنگ و تعامل با آب مایع ایجاد می‌شوند.

Cartwright توضیح داد: ‘اگر تفسیر ما از آن ویژگی کربنات درست باشد، نتیجه بسیار بزرگی است زیرا به این معنی است که باید در فضای داخلی شکل می گرفت.’ این چیزی است که ما کاملاً باید تأیید کنیم، چه از طریق مشاهدات آینده، مدل‌سازی، یا ترکیبی از تکنیک‌ها.

اورانوس و قمرهایش از زمان وویجر ۲ تقریباً چهار دهه پیش تاکنون توسط فضاپیمایی بازدید نشده است، و این حتی ماموریت اولیه فضاپیما نبود. در سال ۲۰۲۳، نظرسنجی دهه‌ای علوم سیاره‌ای و اختربیولوژی بر لزوم اولویت‌بندی مأموریت اختصاصی به منظومه اورانین تأکید کرد.

کارترایت معتقد است که چنین ماموریتی فرصتی برای جمع آوری اطلاعات ارزشمند در مورد اورانوس و نپتون، غول یخی دیگر منظومه شمسی است. چنین ماموریتی همچنین می‌تواند داده‌های حیاتی در مورد سایر قمرهای بالقوه اقیانوس‌دار این سیستم‌ها ارائه دهد. سپس این اطلاعات می تواند برای سیارات فراخورشیدی یا ‘سیاره های فراخورشیدی’ فراتر از منظومه شمسی اعمال شود.

ایان کوهن، عضو تیم و دانشمند آزمایشگاه فیزیک کاربردی ناسا، گفت: همه این بینش‌های جدید تاکید می‌کنند که سیستم اورانین چقدر قانع‌کننده است. بسیاری از ما در جامعه علوم سیاره‌ای واقعا مشتاق مأموریتی در آینده برای اکتشاف اورانوس هستیم، چه برای باز کردن کلیدهای چگونگی شکل‌گیری منظومه شمسی، درک بهتر مغناطیس کره پیچیده سیاره، یا تعیین اینکه آیا این قمرها جهان‌های اقیانوسی بالقوه هستند. ‘

تحقیقات این تیم روز چهارشنبه (۳ مرداد) در مجله Astrophysical Journal Letters منتشر شد.