الأدلة التي تشير إلى أن الماء الساخن ينبع من تربة إنسيلادوس، أحد أقمار زحل الجليدية، يضعه على رأس قائمة النقاط الساخنة للحياة خارج كوكب الأرض.
- تظهر البيانات المأخوذة من المركبة الفضائية كاسيني أنه تحت الجليد الموجود على إنسيلادوس، القمر الجليدي لكوكب زحل، يوجد محيط يطلق نفاثات من مياه البحر إلى الفضاء. تسمح الطائرات بإلقاء نظرة على قلب القمر.
- وتساعد دراسة القمر والنفاثات المنبعثة منه العلماء على تقدير درجة حرارة وتكوين محيط إنسيلادوس، كما كشفت عن أدلة على وجود فتحات حرارية مائية في قاعه.
- على الأرض، تدعم الفتحات الحرارية المائية النظم البيئية وربما كانت مرتعا لأصل الحياة. تعتمد إمكانية الحياة على سطح إنسيلادوس على عمر المحيط وعمره والنشاط الحراري المائي فيه.
- لا يمكن للنشاط المحيطي والحراري المائي لإنسيلادوس أن يوجد بدون إمداد الحرارة من باطن القمر. وقد تتمكن البعثات المستقبلية من معرفة مصدر هذه الحرارة وربما حتى اكتشاف حياة خارج كوكب الأرض لأول مرة.
إذا كنت تريد إعداد قائمة بالأماكن التي من غير المرجح أن تجد فيها مدينة صاخبة، فمن المؤكد أنك ستضع قاع البحر في شمال المحيط الأطلسي، في منتصف الطريق بين برمودا وجزر الكناري، في الأعلى. ولكن هناك بالتحديد، في الظلام الذي يسود على عمق حوالي كيلومتر تحت سطح المياه المشمسة، أنشأت الطبيعة مدينة تحت الماء: مجمع من أبراج الحجر الجيري بطول ناطحات السحاب التي تكون بمثابة موطن للعديد من القواقع، السرطان والمحار. تتشكل الأبراج عندما تتبلور المعادن على شكل نفاثات من المياه الساخنة والقلوية (القلوية) تندلع من فتحات الأصول الحرارية المائية وجدت في الأسفل. اكتشف علماء الأحياء هذه "المدينة المفقودة" الغريبة في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين باستخدام الغواصات والكاميرات التي يتم التحكم فيها عن بعد، ومنذ ذلك الحين كانوا يدرسونها ويتعلمون كيف يمكن أن توجد النظم البيئية المزدهرة في هذه النتوءات، بعيدًا عن أشعة الشمس الواهبة للحياة. وفي الوقت نفسه، علماء الكواكب يستخدمون سفينة الفضاء كاسيني اكتشفت في أطراف النظام الشمسي بعض الاكتشافات الثورية. ووجدوا أدلة دامغة على أن الفتحات الحرارية المائية، التي تشبه إلى حد كبير تلك الموجودة في المدينة المفقودة، ليست فريدة من نوعها بالنسبة للأرض. وتشير الأدلة إلى وجود مثل هذه الانبعاثات في قاع محيط غامض يقع تحت سطح أحد أقمار زحل، وهو قمر جليدي صغير يسمى إنسيلادوس. هل يمكن أن تكون هناك حياة هناك أيضًا؟
وبطبيعة الحال، فإن إمكانية وجود حياة خارج كوكب الأرض تثير خيال العلماء، ولكن مثل هذه الفتحات الحرارية المائية كانت ستبهرهم حتى بدون إمكانية وجود كائنات فضائية. توفر الأدلة على النشاط الحراري المائي على هذا القمر البعيد أيضًا معلومات حيوية حول تكوين محيط إنسيلادوس وعمره. لولا هذا النشاط لكان من الممكن أن تكون هذه الأسرار مدفونة إلى الأبد تحت القشرة المتجمدة للقمر، كما ربما تكون مدفونة على أقمار أخرى في النظام الشمسي، والتي لديها أيضًا محيطات مدفونة تحت الوشاح السطحي، لكن حتى الآن لا وقد تم العثور على أدلة قوية على النشاط الحراري المائي عليها، مثل القمر أوروبا، على سبيل المثال، الذي يدور حول كوكب المشتري.
للوصول إلى جوهر الموضوع، فإن مجرد وجود الفتحات الحرارية المائية في إنسيلادوس يثير لغزًا لا يمكن تجاهله. إلى جانب الماء، فإن العنصر الضروري الآخر في النشاط الحراري المائي هو الحرارة بالطبع. لكن ليس من السهل على الإطلاق تفسير سبب فقاعات أحشاء هذا القمر المتجمد. إنسيلادوس هو قمر صغير - يبلغ قطره حوالي 500 كيلومتر، أي ما يعادل عرض إنجلترا تقريبًا - وهو صغير جدًا بحيث لا يمكنه الاحتفاظ بالحرارة البدائية منذ أيام تكوينه. ولذلك يجب أن تعمل مصادر الحرارة الأخرى في أعماقه. إذا فهمنا كيف ينتج إنسيلادوس الحرارة بداخله ويحافظ عليها، فقد تحدث ثورة في طريقة فهمنا للأقمار المغطاة بالجليد في النظام الشمسي وفي طريقة تقييمنا لفرص العثور على حياة عليها.
التلميحات الأولى
بدأ العلماء يشتبهون بوجود محيط داخل إنسيلادوس في عام 2005، أي بعد حوالي عام من وصول كاسيني إلى نظام زحل. ولاحظت المركبة الفضائية بعد ذلك عمودًا ضخمًا من بخار الماء وحبيبات الجليد ينبعث من منطقة نشطة تكتونيًا بالقرب من القطب الجنوبي للقمر ويرتفع إلى ارتفاع مئات الكيلومترات في الفضاء. وبعد ذلك، وفي سلسلة من الرحلات الجوية التي أجرتها المركبة الفضائية بالقرب من إنسيلادوس، حددت أن التحول كان بسبب خروج عدة نفاثات من أربعة شقوق خطية. تكون الشقوق أكثر سخونة من محيطها البارد، وبالتالي تتوهج في الأشعة تحت الحمراء. أطلق علماء المهمة على هذه الشقوق اسم "خطوط النمر" وحددوا التدفقات المنفجرة منها على أنها مصدر حلقة باهتة من جزيئات الجليد تمتد حول زحل. هذاالخاتم خاتم E، هو الجزء الخارجي في نظام حلقات زحل الكلاسيكي. ومع ذلك، فإن معظم حبيبات الجليد المقذوفة إلى الفضاء بواسطة هذه النفاثات تتحرك ببطء شديد بحيث لا تصل إلى الحلقة E وتسقط مرة أخرى على إنسيلادوس على شكل ثلج رقيق. واستنادا إلى أكوام الثلوج التي تغطي عدة أجزاء من النصف الجنوبي من إنسيلادوس وترتفع إلى ارتفاع حوالي 100 متر، يقدر الباحثون أن القمر كان ينفث المياه في الفضاء منذ 10 ملايين سنة أو أكثر.
كانت "فرضية المحيط"، التي طُرحت لتفسير نفاثات إنسيلادوس المائية، مثيرة للجدل في البداية. لكن سلسلة طويلة من الدراسات التي أجريت باستخدام كاسيني أثبتت بشكل لا لبس فيه أن محيطًا عالميًا عميقًا مخفي بالفعل داخل القمر. أناردي تشاداك من جامعة تشارلز في براغ وزملاؤه، بما في ذلك واحد منا (توبي)، قاموا مؤخرًا بتحليل مجال جاذبية إنسيلادوس، وتضاريس سطحه، والتذبذب الطفيف في محور دورانه. واستنادًا إلى نتائج هذا التحليل، وضع الباحثون القيود الأكثر صرامة حتى الآن على مدى المحيط وحجمه. وتظهر حساباتهم أن سمك القشرة الأرضية بالقرب من خط استواء إنسيلادوس يجب أن يكون حوالي 35 كيلومترًا، ولكن أقل من 5 كيلومترات داخل وحول القطب الجنوبي. وتبين أن قاع المحيط يقع على عمق 70 كيلومترا تحت السطح، وبالتالي فإن كمية المياه في بحر إنسيلادوس تبلغ حوالي عُشر كمية المياه في المحيط الهندي. ووفقاً للبيانات التي جمعتها كاسيني في عامي 2009 و2011، أظهر أحدنا (بوستبيرج) أن الماء المرشوش قلوي ويحتوي على كلوريد الصوديوم (ملح الطعام). يرجع هذا التكوين إلى حقيقة أن المحيط ربما يقع فوق النواة الصخرية للقمر (التي تذوب منها المعادن).
تم تلقي الدليل الحاسم على وجود الفتحات الحرارية المائية في إنسيلادوس بالفعل في عام 2004، حتى قبل أن تصل كاسيني إلى زحل وتكتشف التحول المضطرب من هذا القمر. عندما اقتربت كاسيني من زحل من الفضاء بين الكواكب، تعرضت لوابل غير متوقع من الجسيمات النانوية المجهرية سريعة الحركة التي أصابتها مثل كريات البندقية. وتم اكتشاف الجزيئات باستخدام جهاز خاص تم تركيبه على المركبة الفضائية لتحليل تركيبة الغبار في الفضاء، وهو ما يسمى بالجهاز CDA (اختصار لعبارة "جهاز تحليل الغبار الكوني"). بعد سنوات، بعد اكتشاف التحويل، عاد بوستبيرج وفحص بيانات CDA لفحص توزيع حجم الجسيمات وتكرارها. ووجد أن قطر أي منها لم يتجاوز 20 نانومتر وأن تكوينها جميعًا كان متشابهًا: ثاني أكسيد الكربون النقي، المعروف أيضًا باسم السيليكا، وهو المكون الرئيسي لصخور الكوارتز ورمال البحر. شيانجان - وون هسو من جامعة كولورادو في بولدر، قام بحساب المسارات الأكثر احتمالاً لجزيئات السيليكا النانوية باستخدام عمليات المحاكاة الحاسوبية، وخلص إلى أنها نشأت عند الحواف الخارجية للحلقة EE. وبما أننا نعلم أن إنسيلادوس هو الذي خلق الحلقة E، فإن هذا الاكتشاف يعزز الفرضية القائلة بأن هذه الجسيمات جاءت من القمر الجليدي. وتبين أن تركيب الجسيمات كان الدليل الحاسم في اكتشاف النشاط الحراري المائي في إنسيلادوس.
حقيقة أن السيليكا النقية تتدفق من القمر إنسيلادوس فاجأت العلماء لأن المصدر الوحيد المحتمل للسيليكا موجود في القلب الصخري للقمر، في أعماق الجليد والمحيطات، حيث يوجد الحديد بشكل رئيسي في المعادن المرتبطة كيميائيًا بعناصر أخرى مثل الحديد. والمغنيسيوم. وقد تتشكل جزيئات السيليكا النانوية عند طحن هذه المعادن حيث تصطدم الصخور التي تحتوي عليها ببعضها البعض وتتحطم إلى قطع أصغر فأصغر. ولكن إذا حدث هذا بالفعل، فمن المفترض أن يتم العثور على الجسيمات في نطاق واسع من الأحجام، وليس في نطاق ضيق كما هو الحال في ملاحظات كاسيني. لذلك، لم يتبق سوى تفسير طبيعي واحد: الجسيمات المتكونة من محلول مائي ساخن وقلوي، مشبع بالسيليكا، والتي تتدفق عبر الشقوق في الصخور - أي من الفتحات الحرارية المائية تمامًا مثل تلك المكتشفة في "المدينة المفقودة" على الأرض. .
هل هناك حياة في المحيط؟
في "المدينة المفقودة"، وربما أيضًا في قاع بحر إنسيلادوس، حيث يتدفق الماء الساخن للأعلى بين صخور السيليكات، فإنه يذيب بعضًا من السيليكا. وعندما ينفجر الماء من الفتحات إلى البحر المحيط به، فإنه يبرد، وتقل كمية المعادن القادرة على الذوبان فيه، وتتبلور جزيئات السيليكا النانومترية. عند هذه النقطة، يمكن لجزيئات أخرى أن تلتصق بالجزيئات، مما يجعلها أكبر ويزيد وزنها، حتى تغوص في النهاية إلى القاع. إلا إذا كانت المياه قلوية وليست مالحة جدًا. هذه العلاقة بين حجم الجزيئات ومدة وجودها وبين درجة الحرارة والتركيب الكيميائي لموطنها المائي، تفتح أمام العلماء نظرة خاطفة نادرة على الظروف البيئية السائدة في محيط إنسيلادوس.
بعد الاكتشاف الأول للجسيمات النانوية بواسطة كاسيني، قام فريق من الباحثين بقيادة يوشيهيتو سكينا من تجارب مختبرية بجامعة طوكيو لاختبار كيفية تشكل الجزيئات ومعرفة الظروف في أعماق إنسيلادوس. واكتشف علماء المجموعة أن الظروف المثالية لتكوين جسيمات نانوية صغيرة من السيليكا طويلة العمر تسود في المياه التي تبلغ درجة حرارتها 90 درجة مئوية أو أكثر، والتي يكون مستوى قلويتها أعلى من مستوى مياه البحر على الأرض ولكن ملوحتها أقل قليلاً. وتبين من التجارب أن درجة قلوية محيط إنسيلادوس يجب أن تكون بين درجة قلوية مياه البحر على الأرض ودرجة قلوية المنظفات المنزلية التي تحتوي على الأمونيا. إذا كانت أكثر قاعدية من المحلول المائي للأمونيا، فإن قابلية ذوبان السيليكا في هذا الماء ستكون عالية جدًا ولن تسمح بتبلور الجسيمات النانوية. إذا كانت المياه أقل قلوية من مياه البحر على الأرض، فيجب أن تكون ساخنة بشكل لا يصدق لإذابة ما يكفي من ثاني أكسيد النيتروجين لتشكيل جزيئات السيليكا النانوية.
وبالتالي فإن الجمع بين النتائج التي توصل إليها هسو وبوستبرج وسيكينا يثير احتمال بقاء النظام البيئي الغني لـ "المدينة المفقودة" وغيرها من الفتحات الحرارية المائية على الأرض إذا تم نسخه إلى أعماق إنسيلادوس. وبعبارة أخرى، يبدو أن محيط هذا القمر الجليدي البعيد يمكن أن يدعم الحياة.
من الممكن بالطبع أن يكون قمر إنسيلادوس اليوم مكانًا معاديًا للحياة وأن جزيئات السيليكا التي اكتشفتها كاسيني هي مجرد بقايا من النشاط الحراري المائي القديم الذي توقف منذ فترة طويلة. لكن عمل سكينة وشركاء آخرين يظهر أن الأمر ليس كذلك. تظهر التجارب المعملية والنماذج الحسابية أن متوسط قطر جسيم السيليكا المتكون حديثًا يبلغ حوالي أربعة نانومتر. يمكن أن تتزايد الجزيئات وتنمو في فترة زمنية تتراوح من بضعة أشهر إلى بضع سنوات على الأكثر. تظهر بيانات CDA أن قطر جسيم إنسيلادوس النموذجي يتراوح بين 4 و16 نانومتر، ولا يتجاوز قطر أي منها 20 نانومتر. ولذلك، فإن الجسيمات النانوية التي جمعتها كاسيني يجب أن تكون قد تشكلت قبل وقت قصير فقط من قياسها، وإلا فإنها ستكون أكبر. وهذا أفضل دليل لدينا على أنه بينما تقرأ هذا المقال، فإن الفتحات الحرارية المائية في قاع بحر إنسيلادوس تشتعل.
من أعماق البحر إلى أعماق الفضاء
واستنادا إلى الآلية الجيوكيميائية التي اكتشفناها، يمكننا الآن تتبع رحلة الجسيمات النانوية النموذجية من قاع البحر الجوفي لإنسيلادوس إلى خارج النظام الشمسي الشاسع. وبعد أن يتشكل الجسيم عند حافة التبريد لمحلول دافئ وغني بالسيليكا يتدفق إلى مياه المحيط الباردة، فإنه ينجرف لأعلى على مدى بضعة أشهر أو سنوات ويمتص حوالي 60 كيلومترًا من مياه البحر.
وعندما يصل الجسيم إلى سطح الماء، يرتفع في شقوق مملوءة بالماء تعبر طول وعرض القشرة الجليدية للقطب الجنوبي، والتي يبلغ سمكها عدة كيلومترات. وبما أن مياه البحر أكثر كثافة من الجليد المحيط، فإن تقدم الجسيمات إلى الأعلى يجب أن يتوقف على بعد أقل من كيلومتر واحد تحت سطح إنسيلادوس. لكنه هنا يحصل على دفعة أخرى من عامل يعرف باسم "تأثير الشمبانيا": يذوب ثاني أكسيد الكربون أيضًا في الماء، وعندما يرتفع وينخفض الضغط عليه، فإنه يفور في فقاعات ثاني أكسيد الكربون مثل المشروبات الغازية. وتساعد هذه الفقاعات على رفع مياه البحر ربما لمسافة حوالي 100 متر من سطح إنسيلادوس.
ونعتقد أنهم يأملون هناك في الكهوف الجليدية. إن الضغط المنخفض السائد في حمامات السباحة التي تسبح على مقربة شديدة من الفراغ الشديد للفضاء يتسبب في فقاقيع الماء حيث ترتفع فقاعات ثاني أكسيد الكربون فيها وتنفجر. وبالتالي فإن حمامات الفقاعات تنبعث منها سحب من الضباب وبخار الماء. وسرعان ما تتجمد قطرات الضباب الصغيرة متحولة إلى حبيبات ثلج يبلغ قطرها بضعة ميكرونات، وداخلها تكمن جزيئات السيليكا مثل الزبيب في كعكة. ويرتفع البخار مثل المدخنة من خلال شقوق في الجليد الهش والجاف القريب من سطح الأرض. يتجمد بعض البخار على جوانب الجليد ويطلق حرارة كبسولة نراها على شكل توهج للأشعة تحت الحمراء في "خطوط النمر" على سطح إنسيلادوس. يحمل البخار غير المتجمد الحبوب الموجودة في الجزيئات إلى السطح ويطلقها إلى الفضاء في نوافير الجليد.
تتساقط معظم الحبيبات في تيمرا على الأرض على شكل ثلج، لكن أسرعها تهرب من إنسيلادوس وتتراكم في الحلقة E. في هذه الحلقة، يؤدي الغاز المتأين إلى تآكل حبيبات الجليد ويطلق الجسيمات النانوية الموجودة فيها. ثم تقوم الجسيمات المحررة بتجميع شحنة كهربائية من الغاز المتأين والإلكترونات الحرة وتستسلم للمجالات الكهرومغناطيسية الهائلة لزحل. وأخيرًا، وبمساعدة الرياح الشمسية، تصل بعض تلك الجسيمات النانوية إلى سرعات تصل إلى مليون كيلومتر في الساعة - حوالي 0.1% من سرعة الضوء - وترتفع إلى النظام الشمسي. يمكن لعدد قليل من الجسيمات الهاربة أن تصل إلى الفضاء بين النجوم وتنزلق عبر الفضاء بين النجوم.
مواضيع مثيرة
على الرغم من أن هذه القصة معقدة وجميلة وصحيحة في رأينا، إلا أنها لا تجيب على اللغز المركزي فيما يتعلق بإنسيلادوس: ما هو مصدر الحرارة الداخلية اللازمة للحفاظ على محيطه الديناميكي. وهذه الحرارة الضرورية لوجود الماء السائل والحي، لا تأتي من الشمس بالطبع. إن أشعة الشمس على إنسيلادوس أضعف بحوالي 99% من الضوء الموجود في بيئة الأرض، وبالتالي فإن درجة حرارة سطح القمر الجليدي قريبة من درجة حرارة سطح القمر الجليدي. النيتروجين السائل.
حوالي نصف الحرارة الداخلية للأرض تأتي من التحلل البطيء للنظائر المشعة لليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم. التسخين الإشعاعي وقد أدى ذلك إلى الحفاظ على درجات حرارة تصل إلى آلاف الدرجات المئوية داخل الأرض لمليارات السنين. وعلى الرغم من أنه من المفترض أن يحتوي إنسيلادوس على تركيزات مماثلة من العناصر الإشعاعية، فإن القمر الصغير، الذي يبلغ قطره حوالي 500 كيلومتر فقط، يبعث حرارته الداخلية بكفاءة أكبر بكثير من الأرض. بدون مصدر حرارة إضافي، كان من المفترض أن يكون قلب إنسيلادوس متجمدًا كالحجر. كما يؤدي صغر حجم القمر وجاذبيته الضعيفة إلى ديناميكيات داخلية مختلفة تمامًا عن الكواكب الأثقل مثل الأرض: فالضغط المنخفض ودرجات الحرارة المنخفضة داخل القمر إنسيلادوس يحدان من ضغط وتصلب المواد الموجودة في قلوبنا، مما يسمح للماء بالتسرب عبر الصخور المسامية ويدفع المياه الفعلية إلى الأسفل. العمليات الحرارية المائية في وسط القمر. ومن ناحية أخرى، على الأرض، فإن الزيادة السريعة في الضغط ودرجة الحرارة تحت الأرض تحد من دورة المياه في الكيلومترات العليا من قشرتها.
من المحتمل أن يؤدي هذا التدفق لنواة إنسيلادوس إلى طرد الحرارة الإشعاعية من القلب، وتسريع عملية تبريده، ومنع درجات الحرارة المرتفعة اللازمة لتكوين جزيئات السيليكا النانوية. ولكن إلى جانب التسخين الإشعاعي المعتاد، هناك مصدر آخر للطاقة يمكن أن يفسر النشاط الحراري المائي الحالي على القمر: طاقة المد والجزر.
وفي محيطات الأرض، تتسبب جاذبية القمر والشمس في حدوث المد والجزر. وبالمثل، قد تتسبب قوى المد والجزر في تسخين الكوكب أو القمر من خلال الانكماش الدوري والتوسع في باطنه. يحدث هذا عندما يتحرك الجسم السماوي في مدار طولي غير دائري. التشوه الناتج عن التغيرات في قوى الجاذبية يخلق احتكاكًا داخل الطبقات الداخلية لتلك الكتلة السماوية، وينتج الاحتكاك حرارة. سيكون التسخين الناتج عن قوى المد والجزر قويًا بشكل خاص في قلب مسامي ومشبع بالمياه مثل قلب إنسيلادوس. في الواقع، تظهر بيانات كاسيني بوضوح أن قوى المد والجزر في زحل لها تأثير كبير على القمر الصغير. يتغير سطوع نفاثاته المتفجرة، وبالتالي كمية المواد المقذوفة فيها، بشكل دوري مع دوران القمر حول الكوكب الحلقي. ومن الواضح أن الشقوق التي تشبه المدخنة والتي تحمل الضباب وبخار الماء عبر الغطاء الجليدي، تكون مزدحمة ومنتشرة بسبب قوى المد والجزر التي تنتج أيضًا كمية كبيرة من الحرارة.
الدعاوى المد
ما لا نعرفه هو ما إذا كان المحيط الذي نراه اليوم هو ظاهرة عابرة تدوم بضع عشرات الملايين من السنين فقط أم سمة طويلة المدى للقمر تدوم مئات الملايين من السنين إن لم يكن مليارات السنين. تعتمد الإجابة على مدة تأثير المد والجزر على الجزء الداخلي من إنسيلادوس، ويعتمد ذلك على مدى تأثير القمر على زحل والقمر المجاور له. مناقشة.
لفهم هذه التفاعلات الجاذبية، يمكن للمرء أن ينظر إلى النظام المألوف للأرض والقمر، وهو نظام يشبه إلى حد ما نظام زحل وإنسيلادوس. يخلق قمرنا مدًا على الأرض، ويقوم إنسيلادوس بذلك على زحل. في محيطات الأرض، تضعف تيارات المد والجزر تدريجيًا بسبب الاحتكاك مع الساحل وقاع البحر، وهو الإجراء الذي يؤدي إلى إبطاء دوران الأرض حول نفسها بشكل ملموس. وبعد قرن آخر، سيكون اليوم أطول بألفي ثانية مما هو عليه الآن، وستكون الأرض قد استوعبت بالفعل ما يكفي من طاقة المد والجزر القمرية لزيادة مسافة القمر عنها بنحو أربعة أمتار. وبالمثل، فإن احتكاك المد والجزر داخل زحل له تأثير ضئيل على دوران الكوكب العملاق، مما يدفع إنسيلادوس بعيدًا عنه ويزيد من التشوه (الانحراف المركزي) لمداره. كلما زاد الانحراف المركزي، أي كلما زاد طول المدار، كلما كان تأثير المد والجزر أقوى وزادت الحرارة داخل إنسيلادوس. وفقًا للتقديرات النظرية المبكرة، كان من المفترض أن يسبب إنسيلادوس احتكاكًا مديًا ضعيفًا على زحل ويعود إلى مدار أكثر مركزًا، بحيث لا يتجاوز عمر أي محيط فيه، يسخن بتأثير المد والجزر، مليون سنة.
في الآونة الأخيرة، فعلوا ذلك فاليري ليني من مرصد باريس والمتعاونين معه (بما في ذلك توبي) تحليلًا تفصيليًا لحركة أقمار زحل الكبيرة لوضع قيود أكثر صرامة على قوة احتكاك المد والجزر في باطن الكوكب العملاق. ووجدوا أن احتكاك المد والجزر داخل زحل أقوى بعشر مرات على الأقل مما توقعته النماذج السابقة. إذا كان الأمر كذلك، فإن هذه القيمة الكبيرة تعني أن إنسيلادوس يتحرك في مدار يكون انحرافه مستقرًا وطويل الأمد، مما يسمح بحدوث مد قوي يمكن أن يحافظ على المحيط لمدة لا تقل عن عشرات الملايين من السنين، وربما لفترة أطول بكثير. يجب أن نفترض أنه كلما طال أمد وجود محيط إنسيلادوس، زادت فرصة ازدهار الحياة فيه.
عالم جديد وشجاع تحت الماء
وفي الوقت نفسه، هناك مصدر آخر محتمل للحرارة يجب مراعاته إلى جانب طاقة المد والجزر. عندما يتخلل الماء صخور السيليكات، فإنه يمكن أن يخترق الهياكل البلورية لبعض المعادن، أو يرطبها، ويغيرها كيميائيًا. هذه العملية، المعروفة باسم serpentinization، تطلق كميات كبيرة من الحرارة. يمكن أن تولد عملية الثعبان، المعززة بتدفق المياه المتوفر في قلب إنسيلادوس الصخري المسامي الغني بالسيليكات، طاقة تصل إلى عدة جيجاوات وتكون عنصرًا حاسمًا في ميزانية الحرارة الداخلية للقمر. وطالما أن المعادن الطازجة غير المعدلة تتلامس مع المياه المتدفقة، فإن مصدر الحرارة هذا سيعمل. لكن بعد ملايين السنين، عندما تصبح الصخرة متعرجة بالكامل، لن يتم توليد الحرارة بهذه الطريقة، وبدون تأثيرات أخرى، مثل احتكاك المد والجزر، ستبدأ في البرودة. لذلك، يبدو أن التفعف وحده لا يمكنه الحفاظ على محيط عالمي لفترة كافية لتطوير الكيمياء التي قد تخلق الحياة.
ومع ذلك، لا يزال من الممكن أن تساهم عملية السيربنتينية في تكوين محيط حيوي محتمل في أعماق إنسيلادوس. على الأرض، اكتشف العلماء عمليات السربنتينية التي تحرك الفتحات الحرارية المائية في "المدينة المفقودة" وغيرها من المواقع تحت الماء. وإلى جانب الحرارة، تنتج هذه التفاعلات أيضًا الهيدروجين والميثان ومركبات عضوية أخرى تتغذى على البكتيريا والمخلوقات الصغيرة المماثلة. وتشكل هذه المخلوقات بدورها قاعدة السلسلة الغذائية لهذا النظام البيئي المعزول، بعيدًا عن ضوء الشمس. ويتساءل بعض العلماء الذين درسوا هذه الكائنات بعد أبحاثهم عما إذا كان ضوء الشمس ضروريًا لوجود الحياة.
في أواخر الثمانينات، قاموا بتربيتهم مايكل راسلافترض وزملاؤه، الذي كان آنذاك في جامعة ستراثكلايد في اسكتلندا، أن الفتحات الحرارية المائية الأساسية ربما كانت مسقط رأس الكائنات الحية الأولى على الأرض المبكرة. ورغم أنهم في ذلك الوقت لم يكونوا على علم بمثل هذه الانبعاثات على الأرض، إلا أن راسل ادعى أنه في مثل هذه الأماكن يمكن أن توجد بيئة تكون الظروف فيها معتدلة ومع ذلك فهي عالية الطاقة. مثل هذه البيئة مكنت من وجود التفاعلات الكيميائية التي سبقت ظهور الحياة وخلقت الإصدارات الأولية من الكيمياء الحيوية المعاصرة: الأغشية، والتمثيل الغذائي، والجزيئات ذاتية التكاثر. قليلون أخذوا الفكرة على محمل الجد، ولم تثير نقاشًا أو جدلًا إلا في دوائر أكاديمية محدودة.
أدى اكتشاف "المدينة المفقودة" إلى تجديد الاهتمام بفرضية راسل ووضعها في طليعة الجدل المعاصر بشأن أصل الحياة. والآن، فإن اكتشاف بيئات مماثلة داخل إنسيلادوس، وإمكانية وجودها أيضًا على أقمار جليدية أخرى مثل أوروبا التابع لكوكب المشتري، يخلق منعطفًا آخر في تفكيرنا حول إمكانية وجود حياة في مكان آخر في النظام الشمسي. لا يجب أن يقتصر علم الأحياء على الأسطح الدافئة والرطبة للكواكب الصخرية المشمسة، ولكن ربما يمكنه أن يزدهر في مجموعة واسعة من البيئات ويعيش كليًا أو جزئيًا على الحرارة الناتجة عن النظائر المشعة، أو الثعبان، أو قوى المد والجزر. قد يكون إنسيلادوس وأوروبا مجرد قمة جبل الجليد: تلميحات إلى أن المحيطات تحت السطح قد توجد أيضًا فيجانيميد وكاليستووأقمار المشتري، وكذلك فيتيتان، ومتعبوأقمار زحل، وربما أيضًا على الكوكب القزم بلوتو. لقد بدأ الباحثون المهتمون بالحياة خارج كوكب الأرض، مثلنا، للتو في دراسة هذه الفرضيات وآثارها، ولكن يبدو من المرجح بشكل متزايد أننا قد قللنا حتى الآن إلى حد كبير من الخصوبة البيولوجية للكون.
في الوقت الحالي، ليس لدينا خيار سوى البقاء بدون إجابة لسؤال ما إذا كان الجزء الداخلي من الأقمار الجليدية يوفر حقًا المكونات الضرورية للحياة خارج الأرض. ما زلنا لا نعرف مدة النشاط الحراري المائي داخل إنسيلادوس وشدته، والنقاش حول إمكانية النشاط الحراري المائي داخل أوروبا لا يعدو كونه مجرد فرضية جامحة. تبحث وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية بنشاط عن إجابات لهذه الأسئلة وتخططان لإطلاق مركبة فضائية إلى أقمار كوكب المشتري الجليدية. سيكون هؤلاء قادرين على البحث عن تغييرات مثل تلك التي طرأت على إنسيلادوس في أواخر العشرينيات أو أوائل الثلاثينيات من هذا القرن. وستواصل المركبة الفضائية كاسيني دراسة إنسيلادوس حتى نهاية مهمتها في عام 20، عندما ستصطدم بأعماق زحل لمنع أي احتمال لتلوث إنسيلادوس أو قمر جليدي آخر ببيولوجيا من الأرض. وفي نهاية المطاف، يمكن إرسال جيل جديد من المركبات الفضائية إلى هناك لإجراء أبحاث ميدانية، والهبوط على القمر، وحتى جمع عينات لإعادتها إلى إسرائيل. في الوقت الحالي، لا توجد مثل هذه المهام إلا في آمال وأحلام علماء الأحياء الفلكية، لكن هذا قد يتغير قريبًا.
تعليقات 3
نحن نبحث عن الحياة كما نعرفها، لأنها الشيء الوحيد الذي نعرفه، ولأن النجوم الأقرب إلينا مهجورة. ومن الجميل أن نرى جهدًا مشتركًا من عدة دول للبحث والتفكير طويل المدى حول الحفاظ على الحياة المحتملة على هذه الأقمار.