انسلادوس: قمر یخی زحل و احتمال حیات در آن!!
مقدمه
در سال‌های اخیر، دانشمندان علاقه زیادی به جستجوی نشانه‌های حیات در دیگر اجرام منظومه شمسی و فراتر از آن پیدا کرده‌اند و یافتن محیط‌هایی که بتوانند شرایط لازم برای زندگی را فراهم کنند، یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های علمی عصر ماست. در این میان، قمرهای یخی سیارات غول‌پیکر مانند زحل و مشتری توجه ویژه‌ای را به خود جلب کرده‌اند.
یکی از این قمرها، انسلادوس، ششمین قمر بزرگ زحل است که به دلیل وجود اقیانوس زیرسطحی و فعالیت‌های هیدروترمال و عناصر حیاتی، به عنوان یکی از بهترین مکان‌ها برای بررسی امکان وجود حیات در خارج از زمین شناخته می‌شود.
یکی از عناصر کلیدی در بحث حیات، عنصر فسفر است که اخیراً شواهدی از حضور آن در دانه‌های یخ فوران شده از انسلادوس به دست آمده است. از همین رو، اهمیت این قمر کوچک در مطالعات زیست‌پذیری اخیر به شدت افزایش یافته است.
این مقاله به معرفی انسلادوس، بررسی نشانه‌های حیات و نقش عنصر فسفر و همچنین شناخت بیشتر از اقیانوس‌های زیرسطحی این قمر می‌پردازد.
معرفی کلی انسلادوس
موقعیت، مدار و حرکت
قمر انسلادوس یکی اقمار سیاره زحل، یعنی ششمین سیاره منظومه شمسی، است که در فاصله ۱۴۸,۰۰۰ مایل (۲۳۸,۰۰۰ کیلومتر) از زحل، بین مدار دو قمر دیگر به نام‌های میماس و تتیس به دور این سیاره می‌گردد. این قمر همیشه یک سمت خود را به طرف زحل نگه می‌دارد و هر ۳۲.۹ ساعت یک دور کامل در بخش متراکم حلقه E زحل می‌چرخد.
چند تا قمرهای سیاره زحل
مانند برخی قمرهای دیگر سیارات بزرگ، انسلادوس در پدیده‌ای به نام رزونانس مداری قرار دارد؛ به این معنی که چند قمر در فاصله‌های منظم نسبت به سیاره مادر حرکت می‌کنند و بر هم تأثیر گرانشی دارند. از همین رو، هر بار که دیونه، قمر بزرگ‌تر زحل، یک دور به دور این سیاره می‌زند، انسلادوس دو دور کامل می‌زند. به عبارتی گرانش دیونه باعث می‌شود مدار انسلادوس بیضی شکل شود به‌طوری که گاهی نزدیک‌تر و گاهی دورتر از زحل قرار میگیرد. این تغییر فاصله باعث گرمایش داخلی انسلادوس به‌وسیله جزر و مد می‌شود.
کشف و نامگذاری انسلادوس
ستاره‌شناس بریتانیایی، ویلیام هرشل، این قمر کوچک را در تاریخ ۲۸ اوت ۱۷۸۹ در حال گردش به دور زحل مشاهده کرد.
بعدها پسر ویلیام هرشل، جان هرشل، نام انسلادوس را در کتابش با عنوان «نتایج مشاهدات نجومی انجام شده در کیپ آف گود هوپ» که در سال ۱۸۴۷ منتشر شد، پیشنهاد داد. در این کتاب، او نام‌هایی را برای اولین هفت قمر کشف شده زحل پیشنهاد کرد. این نام‌ها کاملا به‌خصوص انتخاب شدند زیرا زحل که در اساطیر یونان به نام کرونوس شناخته می‌شود، رهبر تیتان‌ها بود. از همین رو، نام انسلادوس نیز از یکی از غول‌های اسطوره‌شناسی یونان گرفته شده است.
ویژگی‌های سطح و دما
تصاویر فضاپیمای وویجر در دهه ۱۹۸۰ نشان داد که با وجود کوچک بودن این قمر (تنها حدود ۵۰۰ کیلومتر قطر دارد)سطح یخی‌اش در برخی نواحی به‌طور شگفت‌انگیزی صاف است و همه‌جای آن سفید و روشن به نظر می‌رسد. در واقع، انسلادوس بازتابنده‌ترین جرم در منظومه شمسی است. دانشمندان برای چند دهه دلیل این ویژگی را نمی‌دانستند.
دمای سطح انسلادوس به‌دلیل بازتاب زیاد نور خورشید، بسیار پایین است، حدود منفی ۳۳۰ درجه فارنهایت (منفی ۲۰۱ درجه سانتی‌گراد). اما این قمر به آن اندازه که ظاهرش نشان می‌دهد سرد و غیرفعال نیست.
با وجود ابعاد کوچک انسلادوس و همینطور دمای بسیار پایین آن، این قمر به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردی که دارد، از جمله وجود اقیانوس‌های زیرسطحی و ترکیبات شیمیایی خاص، یکی از اصلی‌ترین انتخاب ها برای جستجوی نشانه‌های حیات در منظومه شمسی محسوب می‌شود. در ادامه مقاله به این نشانه‌ها و اهمیت آنها خواهیم پرداخت.
عنصر کمیاب اما حیاتی؛ فسفر
ارتباط فسفر و وجود حیات
به طور کلی، فسفات‌ها یا ترکیبات حاوی فسفر، برای اجزای کلیدی حیات در زمین مانند DNA، RNA و غشاهای سلولی ضروری هستند. به گفته‌ی فرانک پستبرگ، سیاره‌شناس دانشگاه آزاد برلین، از میان شش عنصر مورد نیاز برای حیات یعنی کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، فسفر و گوگرد، فسفر بدون شک نادرترین آنها در کیهان است.
این عنصر نقشی حیاتی در فرآیندهای زیستی روی زمین دارد و اهمیت آن در شکل‌گیری و پایداری حیات بارها ثابت شده است(مثال: نقش حیاتی فسفر در حاصلخیزی خاک روی زمین). به همین دلیل، کشف غلظت بالای فسفر در آب‌های زیرسطحی انسلادوس، قمر یخی زحل، توجه دانشمندان را برانگیخته است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که میزان فسفر در این اقیانوس‌های پنهان ممکن است دست‌کم ۱۰۰ برابر بیشتر از اقیانوس‌های زمین باشد. این یافته نه‌تنها بر اهمیت انسلادوس می‌افزاید، بلکه احتمال وجود فسفر در دیگر قمرهای یخی مانند اروپا (قمر مشتری) و تیتان (قمر زحل) را نیز تقویت می‌کند.
کشف فسفر در انسلادوس
فسفر تنها عنصر باقی‌مانده از شش عنصر اساسی سازنده حیات بود که ستاره‌شناسان تا مدتها موفق به شناسایی آن در مواد خارج‌شده از انسلادوس نشده بودند. از سال ۲۰۰۴، فضاپیمای کاسینی وارد گردوغبار حلقه دوم خارجی زحل، یعنی حلقه E شد؛ حلقه‌ای که از دانه‌های یخ پرتاب‌شده از انسلادوس تشکیل شده است. اکنون دانشمندانی که دانه‌های یخ اندازه‌گیری‌شده توسط تحلیلگر گرد و غبار کیهانی کاسینی را مطالعه کرده‌اند، موفق به شناسایی عنصر کمیاب فسفر شده‌اند.
تا پیش از این که دانشمندان به این کشف برسند، این مسئله تردیدهایی درباره قابل‌زیست بودن واقعی این مکان‌ها به‌وجود آورده بود.
نبود شواهدی از فسفر پیش از این کشف، تردیدهایی جدی درباره‌ی قابل‌زیست بودن اقیانوس‌های پنهان در این نوع قمرهای یخی ایجاد کرده بود. مدل‌های علمی مختلف در این زمینه، بر سر این موضوع اختلاف نظر داشتند که آیا این اقیانوس‌ها می‌توانند حاوی مقدار معناداری از فسفات‌های محلول باشند یا نه!
برخی پژوهش‌های اولیه معتقد بودند که فسفات‌ها احتمالاً در هسته‌های سنگی این قمرها محبوس شده‌اند. اما یافته‌های جدید نشان می‌دهند که این ترکیبات می‌توانند در اقیانوس‌ها نیز به‌میزان چشمگیر حل شوند. آزمایش‌های آزمایشگاهی برای بازسازی شرایط شیمیایی انسلادوس نشان داده‌اند که چنین چیزی ممکن است؛ زیرا اقیانوس زیرسطحی این قمر مانند نوشابه‌ای گازدار، سرشار از کربنات‌های محلول است. این ویژگی به آب اجازه می‌دهد تا فسفات‌های موجود در سنگ‌های بستر اقیانوس را به‌راحتی در خود حل کند.
تصویرسازی از توبیاس رتش، منتشر شده توسط فیوچر پابلیشینگ / گتی ایمیجز.
بر پایه‌ی نمونه‌های یخی بررسی‌شده توسط فضاپیمای کاسینی، دانشمندان تخمین زده‌اند که غلظت فسفر در آب‌های زیرسطحی انسلادوس ممکن است بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر بیشتر از اقیانوس‌های زمین باشد؛ رقمی چشمگیر که نشان‌دهنده‌ی شرایط بالقوه‌ی مناسب برای حیات در این قمر یخی است.
این تخمین به‌ویژه با شناسایی فسفات در بخشی از دانه‌های یخ انسلادوس به‌دست آمده است. از میان ۳۴۵ دانه یخی جمع‌آوری‌شده از حلقه‌ی E زحل بین سال‌های ۲۰۰۴ تا ۲۰۰۸، نشانه‌هایی از فسفات در ۹ مورد آنها دیده شد.
فرانک پستبرگ، از اعضای این تیم پژوهشی، دراین‌باره می‌گوید: «شگفت‌انگیزترین نکته این بود که نشانه‌های فسفات در داده‌ها آن‌قدر واضح و بدون تردید بودند. تحلیل این حجم از داده‌ها سال‌ها زمان برد، اما از نظر من، این یک کشف کاملاً بدون ابهام و قطعی است.»
اهمیت این کشف زمانی بیشتر نمایان می‌شود که بدانیم تا پیش از آن، عدم شناسایی فسفر در چنین محیط‌هایی، تردیدهایی درباره‌ی قابل‌زیست بودن آنها ایجاد کرده بود. به همین دلیل، این داده‌ها می‌توانند معادلات دانشمندان درباره‌ی امکان وجود حیات در جهان‌های یخی را تغییر دهند.
اهمیت اقیانوس ها در امکان وجود حیات در انسلادوس
خاستگاه اقیانوس‌ها
میدانیم که هر مولکول آب از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده است. هیدروژن آن در جریان مه‌بانگ (Big Bang) و اکسیژن در دل ستارگان بزرگ‌تر از خورشید و طی فرآیندهای هم‌جوشی هسته‌ای تولید شد شکل میگیرد به این شکل که وقتی ستارگان می‌میرند، عناصرشان را به فضا پرتاب می‌کنند، جایی که هیدروژن و اکسیژن ترکیب می‌شوند و مولکول‌های آب در فضاهای میان‌ستاره‌ای شکل می‌گیرند. بنابراین، آب زمین—از جمله آب اقیانوس‌ها— منشأیی کیهانی دارد و در اصل از فضا آمده است!
ارتباط اقیانوس ها و حیات
داستان اقیانوس‌ها، داستان حیات است.
حیاتی که ما می‌شناسیم، به سه عنصر بنیادین نیاز دارد: انرژی، مولکول‌های آلی و آب مایع. از همین رو، جست‌وجوی ما برای یافتن زندگی در فراسوی زمین، در اصل، جست‌وجوی سیارات و قمرهایی است که میزبان آب مایع‌اند؛ جهان‌هایی که آنها را «جهان‌های اقیانوسی» می‌نامیم.
بر روی زمین، اقیانوس‌ها نه‌تنها چهره سیاره را شکل داده‌اند، بلکه قلب تپنده چرخه آب، اقلیم، و حیات‌اند. آنها بیشتر سطح زمین را پوشانده‌اند و سامانه‌ای را به حرکت درمی‌آورند که بر خشکی‌ها و جوّ زمین فرمان می‌راند.
اما ماجرای اقیانوس‌ها به همین‌جا ختم نمی‌شود. این داستان، زمین را از مرزهای سیاره‌ای فراتر می‌برد و در بستر گسترده‌تری در کیهان جای می‌دهد؛ بستری که زمین را در کنار دنیایی از جهان‌های اقیانوسی دیگر قرار می‌دهد—جهان‌هایی که در گوشه‌وکنار منظومه شمسی و حتی آن‌سوی آن، در تار و پود کیهان گسترده‌اند.
وجود یک اقیانوس جهانی در انسلادوس
همانطور که قبلتر هم به آن اشاره شد، انسلادوس، ششمین قمر بزرگ زحل، تنها حدود ۵۰۵ کیلومتر (۳۱۴ مایل) عرض دارد؛ یعنی آن‌قدر کوچک است که می‌تواند در مرزهای ایالت آریزونا جای بگیرد. زمانی که فضاپیمای کاسینی در سال ۲۰۰۴ به زحل رسید، دانشمندان انتظار داشتند که انسلادوس تنها یک گلوله‌ی یخی منجمد باشد. اما سال بعد، آنها ستون‌هایی از بخار آب و ذرات یخ را شناسایی کردند که از فواره‌هایی روی سطح انسلادوس بیرون می‌زدند؛ کشفی که وجود یک اقیانوس جهانی در زیر پوشش یخی این قمر و بالای هسته‌ی سنگی آن را آشکار کرد.
«اقیانوس جهانی» یا به انگلیسی “global ocean” یعنی یک اقیانوس که سراسر یا بخش عمده‌ای از آن کره یا جسم مورد نظر را در بر گرفته است. در مورد انسلادوس، وقتی می‌گویند «اقیانوس جهانی» یعنی این اقیانوس زیر سطح یخ زده‌ی این قمر، یک پوشش مایع تقریباً گسترده و پیوسته است که بخش بزرگی از زیر سطح ماه را فرا گرفته، نه فقط یک برکه یا مخزن کوچک آب.
این اقیانوس زیرزمینی از طریق منافذی در سطح قمر که به «نوارهای ببر» معروف‌اند و در نزدیکی قطب جنوب قرار دارند، به فضا فوران می‌کند و منبع فوران‌های چشمگیر این قمر است.
فضاپیمای کاسینی هنگام عبور از این فوران‌ها، مولکول‌های آلی و ترکیبات حامل نیتروژن مانند استیلن، آمونیاک، دی‌اکسید کربن و متان را شناسایی کرد. همچنین، کشف دانه‌های ریز سیلیکا در این فوران‌ها، نشان‌دهنده وجود چشمه‌های هیدروترمال در کف اقیانوس زیرزمینی انسلادوس است؛ پدیده‌ای که بر زمین نیز در ایجاد اکوسیستم‌های پیچیده نقش حیاتی دارد.
انسلادوس، با این فوران‌های پیوسته، یکی از معدود مکان‌های منظومه شمسی است که نه‌تنها دارای اقیانوس مایع است، بلکه این اقیانوس را به فضا پاشیده و امکان نمونه‌برداری مستقیم برای کاوشگرها را فراهم می‌آورد. دانشمندان از طریق این نمونه‌ها پی برده‌اند که این قمر کوچک بسیاری از عناصر ضروری برای حیات را در خود دارد.
تصویر کاسینی از قمر زحل، انسلادوس، که در نور پس‌زمینه خورشید گرفته شده است، فورانی مانند اسپری ماده‌ای را که از منطقه قطب جنوب فوران می‌کند، نشان می‌دهد. اعتبار تصاویر: ناسا/جی‌پی‌ال/مؤسسه علوم فضایی
در سال ۲۰۰۵، کاسینی کشف کرد که ذرات یخ و بخار با سرعتی حدود ۸۰۰ مایل بر ساعت (۴۰۰ متر بر ثانیه) از سطح انسلادوس خارج می‌شوند. این فوران‌ها هاله‌ای عظیم از گرد یخ اطراف قمر ایجاد کرده‌اند که منبع اصلی شکل‌گیری حلقه E سیاره زحل به شمار می‌رود. هرچند تنها بخشی از این مواد وارد حلقه می‌شود و بخش اعظم آنها دوباره مانند برف به سطح قمر بازمی‌گردند و همین امر باعث سفید و درخشان ماندن انسلادوس شده است.
ترکیبات موجود در این فوران‌ها، از جمله بخار آب، متان، دی‌اکسید کربن، نمک‌ها و دانه‌های سیلیکا، ساختار گازی پیچیده‌ای را تشکیل می‌دهند. چگالی بالای مواد آلی شناسایی‌شده در این فوران‌ها — تقریباً ۲۰ برابر بیش از حد انتظار — جذابیت زیست‌شناختی این قمر را دوچندان کرده است.
با بررسی نوسانات گرانشی انسلادوس و اثر داپلر، دانشمندان توانسته‌اند تأیید کنند که منشأ این فوران‌ها، یک اقیانوس زیرزمینی وسیع است. ضخامت پوسته یخی این قمر در منطقه قطب جنوب ممکن است تنها ۱ تا ۵ کیلومتر باشد، در حالی‌که ضخامت میانگین آن در سایر نقاط بین ۲۰ تا ۲۵ کیلومتر تخمین زده شده است.
از آنجا که این فوران‌ها مستقیماً به حلقه E زحل مواد می‌رسانند، مطالعه روی ذرات این حلقه به نوعی مطالعه روی خود اقیانوس انسلادوس نیز محسوب می‌شود. حضور دانه‌های نانویی سیلیکا در این حلقه‌ها، که تنها در شرایط دمایی بالا و در تعامل آب مایع با سنگ تولید می‌شوند، نشانگر وجود فعالیت‌های گرمایی در اعماق این قمر است — پدیده‌ای شبیه به چشمه‌های هیدروترمال در کف اقیانوس‌های زمین.
در مجموع، انسلادوس با دارا بودن اقیانوس جهانی گسترده، گرمایش درونی و مواد شیمیایی ضروری، به یکی از امیدبخش‌ترین گزینه‌ها برای جستجوی حیات فرازمینی در منظومه شمسی تبدیل شده است.
نتیجه گیری و چشم انداز آینده
یافته‌های اخیر درباره وجود فسفات‌ها در دانه‌های یخی انسلادوس، نه‌تنها افق‌های تازه‌ای را در فهم ترکیب شیمیایی اقیانوس‌های پنهان در جهان‌های یخی گشوده‌اند، بلکه پرسش‌های بنیادینی را درباره امکان شکل‌گیری حیات در فراسوی زمین مطرح می‌کنند. اینکه در اعماق تاریک قمرهایی چون انسلادوس، اروپا، تریتون یا حتی پلوتو، اقیانوس‌هایی وجود دارند که شاید شرایط ابتدایی برای حیات را دارا باشند، تصویر ما از مکان‌های بالقوه زیست‌پذیر در کیهان را دگرگون می‌سازد.
پستبرگ و همکارانش نشان می‌دهند که حتی جهان‌های دوردست و یخی منظومه شمسی نیز ممکن است از نظر شیمیایی فعال باشند. اگر این قمرها بتوانند مواد معدنی‌ای مانند فسفات را از سنگ‌های بستر خود آزاد کنند، احتمال وجود چرخه‌های شیمیایی پایدار و پیچیده در دل آنها قوت میگیرد؛ چرخه‌هایی که در زمین، بستر پیدایش حیات بودند.
اما همچنان فاصله‌ای میان کشف ذرات فسفات و اثبات زیست‌پذیری واقعی این جهان‌ها وجود دارد. به قول توبی، تا زمانی که نمونه‌های بیشتری بررسی نشوند، نمی‌توان با قطعیت درباره گستردگی این ترکیبات سخن گفت. این واقعیت ضرورت تکرار مأموریت‌هایی مشابه کاسینی و تقویت ابزارهای تحلیل مستقیم مواد را برجسته می‌کند.
در همین راستا، مأموریت Europa Clipper که در سال ۲۰۲۴ آغاز شد، می‌تواند گام مهمی در جهت بررسی دقیق‌تر ترکیبات شیمیایی فوران‌های سطح اروپا باشد و شاید سرنخ‌هایی از وجود فسفات‌ها و حتی ترکیبات آلی فراهم آورد.
همه این تحولات نشان می‌دهند که ما در آستانه فصلی تازه در کاوش‌های سیاره‌ای هستیم؛ فصلی که در آن، سؤال اصلی دیگر این نیست که “آیا زمین تنها جایگاه حیات است؟” بلکه این است که “در کجاهای دیگر، شیمی زندگی‌ساز در جریان است؟”
اکنون زمان آن فرا رسیده است که با نگاهی بلندپروازانه‌تر، اما علمی‌تر، به این جهان‌های اقیانوسی بنگریم. آنچه پیشِ رو داریم، نه‌تنها فرصت کشف ردی از حیات فرازمینی، بلکه امکان بازنگری در تعریف خود از «خانه» در این کیهان بی‌کران است.
این جست‌وجوی میان‌سیاره‌ای برای حیات، تنها یک پروژه علمی صرف نیست؛ بلکه بازتابی از کنجکاوی عمیق انسانی برای فهم جایگاه خود در جهان است. اکتشافات در دنیای‌های یخی، مانند انسلادوس و اروپا، مرز میان دانش تجربی و پرسش‌های بنیادین فلسفی را محو می‌کنند.
اینکه آب مایع، فسفات‌ها، و مولکول‌های آلی در نقاطی دور از خورشید نیز قابل شناسایی‌اند، این امید را به‌وجود می‌آورد که حیات نه یک پدیده استثنایی، بلکه فرآیندی رایج در کیهان باشد. توسعه فناوری‌های نوین در تحلیل داده‌ها، پرتاب فضاپیماها، و نمونه‌برداری از یخ‌فشان‌های فضایی، گامی رو به جلو برای تمدن بشری است تا بتواند به سؤال دیرینه‌ی خود—«آیا ما تنها هستیم؟»—پاسخی مبتنی بر داده و نه صرفاً تخیل ارائه کند. کشف حیات در جایی دیگر، نه‌تنها علم بلکه نگاه ما به انسان‌بودن را نیز دگرگون خواهد کرد.
منابع
مقالات انسلادوس و جهان های اقیانوسی ناسا
مقاله حیات در قمر زحل national geographic
مطالعه بیشتر:
آیا از محتوای این مقاله راضی بودید؟
