تحلیل دقیق مجدد از اندازهگیریهای جمعآوریشده بیش از یک دهه پیش نشان میدهد که بزرگترین ماه سیاره زحل، تایتان، احتمالاً فاقد یک اقیانوس وسیع آب مایع زیر لایه یخی خود است، که این موضوع با تفسیرهای قبلی از دادههای کاسینی در تضاد است. در عوض، این تحقیق نشان میدهد که سفر از سطح به عمق تایتان با لایههای یخ با فشار بالا، لایههای لزج و جیبهای آب ذوبشده نزدیک به هسته سنگی مواجه خواهد شد.
مأموریت کاسینی ناسا، که در سال ۱۹۹۷ راهاندازی شد و نزدیک به ۲۰ سال فعالیت کرد، دادههای دقیقی از گرانش و ردیابی رادیویی زحل و ۲۷۴ ماه شناختهشده آن، از جمله تایتان، ارائه داد. تایتان با جوی متراکم و مهآلود پوشیده شده و تنها دنیای شناختهشده به جز زمین است که دارای مایعات پایدار در سطح خود است، با دماهایی نزدیک به منفی ۲۹۷ درجه فارنهایت که به متان اجازه میدهد دریاچهها را تشکیل دهد و به صورت باران ببارد.
تحلیلهای قبلی از دادههای ردیابی کاسینی نشان داد که شکل تایتان در حین حرکت در مدار بیضوی خود به دور زحل تغییر میکند و تحت گرانش سیاره کشیده و فشرده میشود. در سال ۲۰۰۸، محققان نتیجهگیری کردند که این تغییرات به وجود یک اقیانوس زیرسطحی جهانی اشاره دارد، زیرا یک لایه مایع ضخیم اجازه میدهد تا پوسته بیشتر انعطافپذیر باشد تا یک درون کاملاً یخزده.
بپتیست ژورنکس، استادیار علوم زمین و فضایی دانشگاه واشنگتن، گفت: “میزان تغییر شکل به ساختار داخلی تایتان بستگی دارد. یک اقیانوس عمیق اجازه میدهد تا پوسته تحت کشش گرانشی زحل بیشتر انعطافپذیر باشد، اما اگر تایتان کاملاً یخزده باشد، تغییر شکل کمتری خواهد داشت.” او ادامه داد: “تغییری که در تحلیل اولیه دادههای مأموریت کاسینی شناسایی کردیم ممکن بود با یک اقیانوس جهانی سازگار باشد، اما اکنون میدانیم که این تمام داستان نیست.”
مطالعه جدید زمان را به تفسیر پاسخ جزر و مدی تایتان معرفی میکند و بر تأخیری تقریباً ۱۵ ساعته بین اوج کشش گرانشی زحل و حداکثر تغییر شکل تایتان تمرکز دارد. این تأخیر نشان میدهد که درون تایتان بیشتر شبیه یک ماده ویسکوز و عسلمانند است تا آب مایع، که به دانشمندان اجازه میدهد تا میزان انرژی مورد نیاز برای تغییر شکل ماه را استنباط کنند و در نتیجه ساختار ویسکوزیته در عمق را تخمین بزنند.
تیم تحقیقاتی دریافت که اتلاف انرژی درون تایتان بسیار بیشتر از آنچه برای یک مدل ساده اقیانوس جهانی انتظار میرفت، است. فلاویو پتریکا، پژوهشگر پسادکتری در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا و رهبر این مطالعه، گفت: “هیچکس انتظار اتلاف انرژی بسیار قوی درون تایتان را نداشت. این یک نشانه قوی بود که نشان میدهد درون تایتان با آنچه از تحلیلهای قبلی نتیجهگیری شده بود، متفاوت است.”
برای تطابق با اتلاف و تأخیر مشاهدهشده، محققان پیشنهاد میکنند که درون تایتان بیشتر اقیانوس فرضی در واقع یک لایه ضخیم از یخ و آب لزج است که مایع آزاد کمتری دارد. این لایه لزج میتواند تحت کشش گرانشی زحل تغییر شکل دهد، اما این کار را به آرامیتر از یک اقیانوس باز انجام میدهد و تأخیر مشاهدهشده را تولید میکند در حالی که یک لایه غنی از آب را حفظ میکند.
پتریکا رفتار جزر و مدی تایتان را با ردیابی تغییرات جزئی در فرکانس سیگنال رادیویی کاسینی در حین پروازهای نزدیک بررسی کرد که نشان داد چگونه میدان گرانشی ماه در طول زمان تغییر کرده است. ژورنکس سپس از مدلسازی ترمودینامیکی آب و مواد معدنی در فشارهای شدید برای ارتباط دادن این اندازهگیریهای گرانشی به ساختارهای داخلی ممکن استفاده کرد.
او گفت: “لایه آبی روی تایتان آنقدر ضخیم است و فشار آنقدر زیاد است که فیزیک آب تغییر میکند. آب و یخ بهگونهای متفاوت از آب دریا در اینجا روی زمین رفتار میکنند.” آزمایشگاه فیزیک کریو-معدنی سیارهای او در دانشگاه واشنگتن روشهای تجربی را برای بازتولید چنین شرایطی توسعه داده و مجموعهای از خواص فیزیکی پیشبینیشده برای آب و یخ در عمق تایتان را فراهم کرده است.
او گفت: “ما میتوانستیم به آنها کمک کنیم تا تعیین کنند چه سیگنال گرانشی را باید بر اساس آزمایشهای انجامشده در اینجا در دانشگاه واشنگتن انتظار داشته باشند.” او ادامه داد: “این بسیار رضایتبخش بود.” با استفاده از این محدودیتهای آزمایشگاهی، تیم توانست مدلهای داخلی را که تحت تأثیر اقیانوس جهانی با ویسکوزیته پایین بودند، رد کند و به مدلهایی که شامل مناطق لزج ضخیم و نواحی ذوب محلی بودند، تمایل پیدا کند.
جستجوی لایه لزج روی تایتان همچنین پیامدهای هیجانانگیزی برای جستجوی حیات فراتر از منظومه شمسی دارد، گفت: اولی جونز، دانشجوی تحصیلات تکمیلی دانشگاه واشنگتن و یکی از نویسندگان این مطالعه. او گفت: “این دامنه محیطهایی را که ممکن است قابل سکونت در نظر بگیریم، گسترش میدهد.”
اگرچه فرضیه اقیانوس قبلی امیدهایی برای وجود حیات در یک دریای گسترده تایتان ایجاد کرده بود، مدل جدید نشان میدهد که جیبهای کوچکتر آب شیرین درون لایه لزج میتوانند به دماهایی نزدیک به ۶۸ درجه فارنهایت برسند. در چنین مخازن محدود، مواد مغذی میتوانند در حجم محدودی از آب تجمع یابند و نه اینکه در یک اقیانوس باز رقیق شوند، که ممکن است به توسعه و بقای موجودات ساده در صورت وجود آنها کمک کند.
هر زیستکرهای که در تایتان وجود داشته باشد، شبیه یک اکوسیستم دریایی بزرگ نخواهد بود؛ محققان اشاره میکنند که احتمال یافتن ماهی در کانالهای پر از لزج که برای درون تصور شدهاند، کم است. در عوض، حیات احتمالی در آنجا ممکن است مشابه جوامع میکروبی یا سادهای باشد که در محیطهای قطبی روی زمین زندگی میکنند و در آبهای شور و کانالهای ذوبشده درون یخ ساکن هستند.
ژورنکس بخشی از تیم علمی مأموریت دراگونفلای ناسا به تایتان است که برای پرتاب در سال ۲۰۲۸ برنامهریزی شده است و یک هواپیمای چرخشی را برای بررسی سطح و جو ماه ارسال خواهد کرد. محدودیتهای جدید در ساختار داخلی تایتان به راهنمایی اندازهگیریهای دراگونفلای کمک خواهد کرد و این مأموریت میتواند در نهایت شواهدی از حیات حاضر یا گذشته و پاسخی واضحتر درباره وسعت هرگونه آب مایع زیرسطحی ارائه دهد.
نویسندگان همکار این مقاله شامل استیون دی. وانس، مارزیا پریسی، داستین باچینو، گائل کاسکیولی، جولی کاستیلو-روگرز، مارک پنیگ و جاناتان آی. لونی از ناسا؛ برینا جی. داونی از مؤسسه تحقیقات جنوب غرب؛ فرانسیس نیمو و گابریل توبی از دانشگاه نانت؛ آندره ماگنانینی از دانشگاه بولونیا؛ امیرحسین باقری از مؤسسه فناوری کالیفرنیا؛ و آنتونیو جنوا از دانشگاه ساپینزا در رم هستند. این تحقیق از ناسا، بنیاد ملی علوم سوئیس و آژانس فضایی ایتالیا تأمین مالی شده است.
