قمر یخی زحل ممکن است اقیانوسی پایدار مناسب برای حیات میزبانی کند
مطالعه جدیدی به رهبری پژوهشگران دانشگاه آکسفورد، مؤسسه تحقیقات جنوب غربی و مؤسسه علوم سیاره‌ای در توسان، آریزونا، اولین شواهد جریان گرمایی قابل توجه در قطب شمال انسلادوس را ارائه کرده است و فرضیات قبلی مبنی بر اینکه از دست رفتن گرما محدود به قطب جنوب فعال آن است را برهم زده است.
این یافته تأیید می‌کند که این قمر یخی گرمای بسیار بیشتری نسبت به آنچه انتظار می‌رود اگر صرفاً یک جسم غیرفعال باشد، ساطع می‌کند و این امر مورد حمایت از حیات را تقویت می‌کند.
این پژوهش در مجله Science Advances منتشر شده است.
انسلادوس جهانی بسیار فعال است، با اقیانوس زیرسطحی جهانی و شور، که باور بر این است منبع گرمای آن است. وجود آب مایع، گرما و مواد شیمیایی مناسب (مانند فسفر و هیدروکربن‌های پیچیده) به این معناست که اقیانوس زیرسطحی آن یکی از بهترین مکان‌ها در منظومه شمسی ما برای تکامل حیات خارج از زمین تلقی می‌شود.
اما این اقیانوس زیرسطحی تنها در صورتی می‌تواند از حیات حمایت کند که محیط پایداری داشته باشد، با تعادل بین از دست رفتن و کسب انرژی. این تعادل توسط گرمایش جزر و مدی حفظ می‌شود: جاذبه زحل قمر را در حین مدار، کشیده و فشرده می‌کند و گرما در داخل تولید می‌کند. اگر انسلادوس انرژی کافی کسب نکند، فعالیت سطحی آن کند یا متوقف خواهد شد و اقیانوس ممکن است در نهایت یخ بزند. از سوی دیگر، انرژی بیش از حد می‌تواند فعالیت اقیانوس را افزایش دهد و محیط آن را تغییر دهد.
“انسلادوس هدفی کلیدی در جستجوی حیات خارج از زمین است و درک در دسترس بودن بلندمدت انرژی آن برای تعیین اینکه آیا می‌تواند از حیات حمایت کند، کلیدی است”، گفت دکتر جورجینا مایلز (مؤسسه تحقیقات جنوب غربی و دانشمند بازدیدکننده در دپارتمان فیزیک، دانشگاه آکسفورد)، نویسنده اصلی مقاله.
تاکنون، اندازه‌گیری‌های مستقیم از دست رفتن گرما از انسلادوس تنها در قطب جنوب انجام شده بود، جایی که پرتاب‌های دراماتیک بخار آب و یخ از شکاف‌های عمیق سطح فوران می‌کنند. در مقابل، تصور بر این بود که قطب شمال از نظر زمین‌شناختی غیرفعال است.
با استفاده از داده‌های فضاپیمای کاسینی ناسا، پژوهشگران مشاهدات ناحیه قطب شمال را در زمستان عمیق (۲۰۰۵) و تابستان (۲۰۱۵) مقایسه کردند. این مشاهدات برای اندازه‌گیری اینکه انسلادوس چقدر انرژی از اقیانوس زیرسطحی “گرم” خود (۰ درجه سانتی‌گراد، ۳۲ درجه فارنهایت) از دست می‌دهد، در حالی که گرما از طریق پوسته یخی آن به سطح سرد قمر (–۲۲۳ درجه سانتی‌گراد، –۳۷۰ درجه فارنهایت) می‌رسد و سپس به فضا تابیده می‌شود، استفاده شد.
با مدل‌سازی دماهای سطح مورد انتظار در طول شب قطبی و مقایسه آن‌ها با مشاهدات فروسرخ از طیف‌سنج کامپوزیت فروسرخ کاسینی (CIRS)، تیم دریافت که سطح در قطب شمال حدود ۷ کلوین گرم‌تر از پیش‌بینی‌ها بود. این اختلاف تنها می‌توانست با نشت گرما از اقیانوس زیرین توضیح داده شود.
جریان گرمایی اندازه‌گیری‌شده (۴۶ ± ۴ میلی‌وات بر متر مربع) ممکن است کوچک به نظر برسد، اما این حدود دو سوم از دست رفتن گرما (به ازای واحد سطح) از طریق پوسته قاره‌ای زمین است. در سراسر انسلادوس، این از دست رفتن گرمایی هدایتی در مجموع حدود ۳۵ گیگاوات است: تقریباً معادل خروجی بیش از ۶۶ میلیون پنل خورشیدی (خروجی ۵۳۰ وات) یا ۱۰٬۵۰۰ توربین بادی (خروجی ۳.۴ مگاوات).
هنگامی که با گرمای تخمینی قبلی که از قطب جنوب فعال انسلادوس فرار می‌کند ترکیب شود، از دست رفتن گرمای کل قمر به ۵۴ گیگاوات می‌رسد، عددی که به شدت با ورودی گرمای پیش‌بینی‌شده از نیروهای جزر و مدی مطابقت دارد. این تعادل بین تولید و از دست رفتن گرما به شدت نشان می‌دهد که اقیانوس انسلادوس می‌تواند در مقیاس‌های زمانی زمین‌شناختی مایع بماند و محیط پایداری ارائه دهد که حیات در آن بالقوه می‌تواند پدیدار شود.
“درک اینکه انسلادوس چقدر گرما در سطح جهانی از دست می‌دهد، برای دانستن اینکه آیا می‌تواند از حیات حمایت کند، حیاتی است”، گفت دکتر کارلی هاوت (دپارتمان فیزیک، دانشگاه آکسفورد و مؤسسه علوم سیاره‌ای در توسان، آریزونا)، نویسنده مسئول مقاله. “واقعاً هیجان‌انگیز است که این نتیجه جدید پایداری بلندمدت انسلادوس را تأیید می‌کند، که مؤلفه‌ای کلیدی برای توسعه حیات است.”
به گفته پژوهشگران، گام کلیدی بعدی تعیین این خواهد بود که آیا اقیانوس انسلادوس به اندازه کافی طولانی وجود داشته تا حیات در آن توسعه یابد. در حال حاضر، سن آن هنوز نامشخص است.
این مطالعه همچنین نشان داد که داده‌های حرارتی می‌توانند برای تخمین مستقل ضخامت پوسته یخی استفاده شوند، معیاری مهم برای برنامه‌ریزی مأموریت‌های آینده که قصد کاوش اقیانوس انسلادوس را دارند، برای مثال با استفاده از فرودگرهای رباتیک یا زیردریایی‌ها. یافته‌ها نشان می‌دهند که یخ در قطب شمال ۲۰ و ۲۳ کیلومتر عمق دارد و به طور متوسط ۲۵ تا ۲۸ کیلومتر در سطح جهانی – کمی عمیق‌تر از تخمین‌های قبلی به دست آمده با استفاده از تکنیک‌های سنجش از دور و مدل‌سازی دیگر.
“استخراج تغییرات ظریف دمای سطح ناشی از جریان گرمایی هدایتی انسلادوس از تغییرات دمایی روزانه و فصلی آن چالش‌برانگیز بود و تنها با مأموریت‌های گسترده کاسینی ممکن شد”، افزود دکتر مایلز. “مطالعه ما بر نیاز به مأموریت‌های بلندمدت به جهان‌های اقیانوسی که ممکن است میزبان حیات باشند، تأکید می‌کند و اینکه داده‌ها ممکن است تمام رازهای خود را تا دهه‌ها پس از جمع‌آوری آشکار نکنند.”