در سال ۱۳۶۵، فضاپیمای وویجر ۲ یک عبور نزدیک از اورانوس انجام داد و از فاصله‌ای حدود ۸۱,۵۰۰ کیلومتر (۵۰,۶۰۰ مایل) از بالای ابرهای سیاره تصویر اولیه را ثبت کرد. این فضاپیما از فاصله ۱۳۰,۰۰۰ کیلومتر (۸۰,۰۰۰ مایل) از ماه اورانوس، آریل، تصویری گرفت که ویژگی‌های غیرمعمولی را نشان می‌داد که دانشمندان هنوز در تلاشند تا آن‌ها را درک کنند.
این ویژگی‌ها چه چیزی را در مورد درون ماه نشان می‌دهند؟ آریل سطحی دارد که مانند بیشتر اجرام منظومه شمسی پر از حفره‌های برخوردی است. اما سطح آن ویژگی‌های پیچیده‌ای مانند شیب‌ها، دره‌ها و شیب‌های تند به نام “اسکارپ‌ها” هم دارد.
تحقیقاتی که سال گذشته منتشر شد نشان می‌دهد که این ویژگی‌های سطحی و رسوبات شیمیایی به فرآیندهای شیمیایی در داخل ماه مربوط می‌شوند. براساس این تحقیق، آریل ممکن است حتی یک اقیانوس داخلی داشته باشد. تحقیقات جدیدی که در The Planetary Science Journal منتشر شده است، به بررسی عمیق‌تر این مسئله پرداخته تا فرآیندهایی که می‌توانند ویژگی‌های سطحی آریل را ایجاد کنند، درک کند.
عنوان این مقاله “شیارهای میانه آریل: مراکز گسترش در یک دنیای اقیانوسی کاندیدا” است. نویسنده اصلی مقاله، کلویی بدینگفیلد از آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز است. بدینگفیلد و همکارانش در مقاله خود می‌نویسند: “آریل یک دنیای اقیانوسی کاندیدا است و مشاهدات اخیر از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) تأیید کرد که سطح آن با مقدار زیادی یخ دی‌اکسید کربن پوشانده شده است که با مقدار کمتری یخ مونوکسید کربن مخلوط است.” با این حال، این مواد باید روی آریل ناپایدار باشند و باید به فضا تبخیر شوند. “بنابراین، احتمالاً مواد مشاهده‌شده روی آریل از منابع درونی تجدید می‌شوند.”
این تحقیق بر روی سیستم‌های چاسمات-شیار میانه آریل و چگونگی شکل‌گیری آن‌ها تمرکز دارد. این‌ها گودال‌هایی هستند که از میان دره‌های بزرگ ماه عبور می‌کنند. در حالی که تحقیقات قبلی پیشنهاد داده‌اند که این گودال‌ها شکاف‌های تکتونیکی هستند، این تحقیق به فرضیه متفاوتی می‌رسد. “ما شواهدی ارائه می‌دهیم که سیستم‌های چاسمات-شیار میانه آریل از طریق گسترش تشکیل شده‌اند، جایی که مواد داخلی بالا آمده و پوسته جدیدی تشکیل داده‌اند.”
این مشابه گسترش کف اقیانوس در زمین است، جایی که پوسته جدید تشکیل می‌شود. اگر این درست باشد، می‌تواند توضیح دهد که چرا رسوبات یخ دی‌اکسید کربن و دیگر مولکول‌های حاوی کربن روی سطح آریل وجود دارند.
“اگر ما درست گفته باشیم، این شیارهای میانه احتمالاً بهترین کاندیداها برای منبع این رسوبات کربن اکسید و کشف جزئیات بیشتر درباره درون ماه هستند”، بدینگفیلد در یک بیانیه خبری گفت. “هیچ ویژگی سطحی دیگری شواهدی از تسهیل حرکت مواد از درون آریل نشان نمی‌دهد، که این یافته را به‌ویژه هیجان‌انگیز می‌کند.”
سطح آریل تحت سلطه سه نوع اصلی زمین‌شناسی است: دشت‌ها، زمین‌های دارای شیب، و زمین‌های برخوردی. زمین‌های برخوردی قدیمی‌ترین و وسیع‌ترین نوع زمین‌شناسی هستند. زمین‌های دارای شیب دومین نوع اصلی زمین‌شناسی هستند و از باندهای شیب‌دار و دره‌هایی تشکیل شده‌اند که می‌توانند صدها کیلومتر امتداد داشته باشند.
دشت‌ها سومین نوع هستند و جوان‌ترین نوع زمین‌شناسی به شمار می‌آیند. این دشت‌ها در کف دره‌ها و در فرورفتگی‌های وسط زمین‌های برخوردی قرار دارند.
تا جایی که دانشمندان می‌توانند تشخیص دهند، شیارهایی که در دره‌ها تقاطع دارند، جوان‌ترین ویژگی‌های سطحی آریل هستند. تحقیقات قبلی پیشنهاد داده‌اند که این‌ها نتیجه تعامل بین فرآیندهای آتشفشانی و تکتونیکی هستند. با این حال، این تحقیق می‌گوید که گسترش می‌تواند مسئول باشد.
در دهه ۱۳۳۹، دانشمندان ایده گسترش کف دریا را در زمین تایید کردند که منجر به پذیرش تکتونیک صفحات شد. یکی از شواهد اصلی برای تکتونیک صفحات این است که اگر اقیانوس اطلس و کف دریای بین آن حذف شوند، لبه‌های قاره‌هایی مانند آفریقا و آمریکای جنوبی به‌طور کامل با هم تطابق دارند.
همین اتفاق برای بدینگفیلد و همکارانش افتاد که کف دره‌های آریل را “حذف” کردند. این محققان نشان دادند که زمانی که کف دره‌ها حذف شد، لبه‌ها به‌طور دقیق هم‌راستا شدند. این شواهد قوی برای گسترش است. “لبه‌های دره‌های براونی، کوپی، کوریگان، پیکسی، و سیلف در زمانی که مواد صاف میانه (واحد نارنجی در شکل ۱) که کف دره‌ها را تشکیل می‌دهند حذف و دشت‌های برخوردی (واحد سبز در شکل ۱) بازسازی می‌شوند، به‌دقت هم‌راستا می‌شوند”، آن‌ها می‌نویسند.
طبق این تحقیق، مراکز گسترش در بالای سلول‌های همرفتی زیر پوسته آریل ایجاد می‌شوند و گرما مواد را به بالا می‌راند و پوسته جدیدی تشکیل می‌دهد. این فرآیند توسط نیروهای جزر و مدی که آریل هنگام گردش به دور اورانوس بزرگتر تجربه می‌کند، به‌وجود می‌آید.
این امر داخلی ماه را گرم کرده و همرفت را ایجاد می‌کند. برخی از چرخه‌های داخلی ماه بین گرمایش و انجماد ادامه دارد. “این یک موقعیت جذاب است — چطور این چرخه بر روی این ماه‌ها، تکامل آن‌ها و ویژگی‌هایشان تأثیر می‌گذارد”، بدینگفیلد گفت. همانند دیگر ماه‌های منظومه شمسی که گرمایش جزر و مدی را تجربه می‌کنند، آریل ممکن است یک اقیانوس زیر سطحی داشته باشد. در یک مطالعه ۱۴۰۳، محققان پیشنهاد کردند که یکی دیگر از ماه‌های اورانوس، میراندا، می‌تواند یک اقیانوس زیر سطحی داشته باشد که توسط گرمایش جزر و مدی حفظ می‌شود.
با این حال، بدینگفیلد در ارتباط دادن شیارهای آریل با یک اقیانوس احتمالی تردید دارد. “اندازه اقیانوس احتمالی آریل و عمق آن زیر سطح تنها می‌تواند برآورد شود، اما ممکن است آن‌قدر جدا شده باشد که نتواند با مراکز گسترش ارتباط برقرار کند”، او گفت. “هنوز چیزهای زیادی وجود دارد که ما نمی‌دانیم. و در حالی که یخ‌های کربن اکسید روی سطح آریل وجود دارند، هنوز مشخص نیست که آیا این‌ها با شیارها مرتبط هستند زیرا وویجر ۲ ابزارهایی برای نقشه‌برداری از توزیع یخ‌ها نداشت.”
با این حال، ارتباط بین شیارها و مواد رسوب‌شده روی سطح آریل قوی‌تر است. “این نتایج جدید مکانیزمی ممکن را برای قرار دادن مواد تازه و ترکیب‌های کوتاه‌مدت، از جمله مونوکسید کربن و احتمالاً گونه‌های آمونیاک‌دار، بر روی سطح نشان می‌دهند”، گفت تام نوردهایم، یکی از همکاران این تحقیق و مقاله ۱۴۰۳. “نتایج ما نشان می‌دهد که شیارهای میانه در چاسمات‌های بزرگ آریل مراکز گسترش هستند که از قرار گرفتن مواد زیرسطحی و تشکیل پوسته جدید ناشی می‌شوند”، نویسندگان در نتیجه‌گیری خود می‌نویسند. ریچارد کارترایت از آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز هدایت تحقیق ۱۴۰۳ را بر عهده داشت که از تلسکوپ فضایی جیمز وب برای شناسایی یخ‌های مونوکسید کربن و دی‌اکسید کربن روی آریل استفاده کرد.
برای یافتن پاسخ‌های بیشتر درباره این ماه جذاب، کارترایت می‌گوید که ما به یک مأموریت اختصاصی به اورانوس و ماه‌های آن نیاز داریم. “ما به یک فضاپیما نیاز داریم که بتواند عبورهای نزدیکی از آریل انجام دهد، شیارهای میانه آن را با جزئیات نقشه‌برداری کند و امضاهای طیفی آن‌ها را برای مولکول‌هایی مانند دی‌اکسید کربن و مونوکسید کربن تجزیه و تحلیل کند”، او گفت. “اگر مولکول‌های کربن‌دار در طول این شیارها متمرکز شوند، این موضوع به‌شدت از ایده باز بودن این شیارها به درون آریل حمایت می‌کند.”
نویسندگان توافق دارند که تنها یک مأموریت اختصاصی می‌تواند پاسخ‌ها را ارائه دهد. “شیارهای میانه یکی از جوان‌ترین ویژگی‌های زمین‌شناسی مشاهده‌شده روی آریل هستند و عبورهای نزدیک از این ویژگی‌ها توسط یک فضاپیمای آینده اورانوس برای درک رویدادهای زمین‌شناسی اخیر و ویژگی‌های زمین‌شناسی و شیمیایی این دنیای اقیانوسی کاندیدا ضروری است”، آن‌ها می‌نویسند. مأموریت‌های زیادی برای اورانوس پیشنهاد شده‌اند. ناسا، آژانس فضایی اروپا (ESA)، جاکسا و آژانس فضایی ملی چین (CNSA) همگی پیشنهادهایی داشته‌اند.
مأموریت فضاپیمای مدارگرد و پروب اورانوس ناسا قصد دارد اورانوس و ماه‌های آن را از مدار مطالعه کند و از طریق چندین عبور از هر ماه اصلی آن را بررسی کند. پروب وارد جو اورانوس می‌شود. با این حال، حتی اگر این مأموریت انتخاب شود، کمبود پلوتونیوم به این معناست که این مأموریت تا اواسط یا اواخر دهه ۱۴۰۹ به پرتاب نخواهد رسید. تا کنون، تنها چین برنامه‌های محکمی برای ارسال یک فضاپیما به این غول یخی دارد. این مأموریت بخشی از مأموریت تیان‌وِن-۴ به سیاره مشتری خواهد بود و یک عبور تنها از اورانوس انجام خواهد داد. پنجره‌های بعدی پرتاب برای مأموریتی به اورانوس بین سال‌های ۱۴۰۹ و۱۴۱۳ خواهند بود، اما مأموریت چین تا سال ۱۴۲۴ برنامه‌ریزی نشده است.
