ماذا يعني اكتشاف الغلاف الجوي والماء على سطح إنسيلادوس؟
24.6.2005
بواسطة: حاييم مزار
الرابط المباشر لهذه الصفحة: https://www.hayadan.org.il/mazarenceladus.html
المقدمة
رابع أقمار زحل التي مر بها إكسيني هو إنسيلادوس وهو قمر صغير قطره 500 كيلومتر ويقترب منه في الحجم ميمز وهو قمر آخر لزحل يبلغ قطره 392 كيلومترا وميراندا وهو قمر لأورانوس ويبلغ قطره 484 كيلومترا، وقد وصلت الصور الأولى لهذا القمر إلى إسرائيل عندما مر فوييجر 2 على مسافة 90,000 ألف كيلومتر ونقل 22 صورة، وفي الواقع التقطت المركبة الفضائية المزيد من الصور، لكن بعضها بدقة عالية لقد ضاع 2 كيلومتر لكل بكسل (دعونا لا ننسى أن هذه تقنية تعود إلى السبعينيات من القرن العشرين). تم تصوير 70% من السطح، بشكل رئيسي من ذلك الجزء من سطح القمر الذي لا يمكن رؤيته من اتجاه زحل وجزء من القطب الشمالي.
مرت كاسيني على إنسيلادوس بتاريخ 17.2 على مسافة 1180 كم وكانت دقة صورها تتراوح من 1.5 كم لكل بيكسل إلى 70 متر لكل بيكسل وفي 9.3 مرت على مسافة 500 كم وكانت دقة صورها أعلى من 300 متر لكل بيكسل إلى 40 متر لكل بكسل. هذا هو أقرب تمريرة تم التخطيط لها خلال حياة كاسيني. ومن المتوقع معبر ثالث بتاريخ 14.7 من هذا العام ومعبر رابع بتاريخ 12.3.2008 على مسافة 1000 كم. الهدف هو الوصول إلى التغطية الكاملة ورسم خرائط القمر.
ومن حيث ظروفه الفلكية الأساسية، يدور إنسيلادوس حول زحل مرة كل 33.4 ساعة على مسافة 238,000 ألف كيلومتر، وتبلغ كثافته 1.2 جم/سمXNUMX. يمكن أن تشير كثافته المنخفضة إلى وجود كمية كبيرة من الماء فيه.
أَجواء؟
وفي كلا المرورين بالقرب من القمر، اكتشفت المركبة الفضائية نشاطًا غير عادي في المجال المغناطيسي لكوكب زحل. خطوط المجال منحنية حول القمر. تتباطأ البلازما الموجودة في الغلاف المغناطيسي لزحل وتنحرف بفعل القمر وتغلفه. وكان من الممكن ملاحظة أن المجال المغناطيسي كان يتأرجح. يمكن أن تحدث مثل هذه الظاهرة عندما تتفاعل الجزيئات المتأينة مع المجال المغناطيسي أثناء تحركها حول خطوط المجال. كان معنى هذا الاكتشاف مفاجئًا، فرغم صغر حجمه، إلا أن إنسيلادوس يتمتع بغلاف جوي (العثور على كاسيني في 17.3.2005: web)، فمن أين يأتي هذا الغلاف الجوي؟ وكان التقييم أنه تأين لبخار الماء، وأن هناك نشاطًا للغازات حول القمر. من أين أتوا؟ وقد تم طرح عدة خيارات. والغازات هي نتاج نشاط البراكين والسخانات، وتنبعث الغازات من السطح أو تأتي من داخل النجم نفسه. وينبغي أيضا أن يؤخذ في الاعتبار أن المصادر الثلاثة تعمل في نفس الوقت.
ولم ترصد فوييجر 2 هذه الظاهرة عندما مرت بالقرب من القمر. ويمكن تفسير ذلك بطريقتين، الاحتمال الأول هو أن اكتشاف هذه الظاهرة تجاوز حدود قدرة القياس لأجهزة المركبة الفضائية، والاحتمال الثاني هو أنه خلال تلك الفترة ما بين عام 1981، تاريخ مرور المركبة الفضائية بالقرب من القمر وحتى اليوم حدث شيء أدى إلى تكون الغلاف الجوي. والأمر الواضح هو أنه بسبب صغر أبعاد القمر، فإن عمر الغلاف الجوي قصير، إلا إذا كان هناك نشاط مستمر داخل النجم يسمح بإمداد مستمر بالغازات. يمكن تأكيد وجود الغلاف الجوي من الأرض. ولهذا الغرض يجب مراقبة حركة القمر باستخدام تلسكوبات قوية مزودة بتقنية البصريات التكيفية أو باستخدام تلسكوب هابل. عندما يخفي القمر أي نجم، انظر إذا كان هناك أي تأخير في وصول الضوء من هذا النجم. إذا كان هذا ما سيحدث، فسيكون من الواضح أن للقمر غلاف جوي. سيكون من المرغوب فيه إجراء عدة قياسات من هذا النوع. ستسمح لنا هذه القياسات أيضًا بقياس كثافة الغلاف الجوي. ما هو واضح هو أن هذه الكثافة منخفضة جدًا مثل كثافة بلوتو. يبلغ الضغط الجوي لبلوتو 6 - 10 بار. وتبلغ السرعة المحورية للقمر 47 كم/ساعة، وهي مماثلة لسرعة بلوتو التي تبلغ 44.9 كم/ساعة. قامت فوييجر 2 أثناء مرورها بالقرب من القمر بقياس درجة حرارة -200 درجة مئوية على الجانب المضاء بالشمس (موريسون 1982). وعندما مرت كاسيني بالقرب من بابا، كان نطاق درجات الحرارة المقاسة يتراوح بين -161 درجة مئوية مباشرة بعد الظهر إلى 195 درجة مئوية. قبل شروق الشمس مباشرة. لإعطاء مؤشر على الاختلافات في درجات الحرارة على إنسيلادوس أيضا. ما هي غازات الغلاف الجوي؟ بما أن النيتروجين وثاني أكسيد الكربون موجودان على بلوتو، فمن الممكن أن تكون هذه الغازات أيضا تشكل الغلاف الجوي لإنسيلادوس. هذا الغلاف الجوي، إذا كان الأمر كذلك بالفعل، يمكن أن يشير إلى أن الأغلفة الجوية يمكن أن توجد أيضًا على أجسام صغيرة أخرى في النظام الشمسي وربما على سيريس، أكبر الكويكبات.
جزيئات الغبار
وفي أول مرورين للمركبة الفضائية، تم إحصاء عدد كبير جدًا من جزيئات الغبار التي أصابتها. ولا يتجاوز سمك هذه الجزيئات سمك شعرة الإنسان، لذلك لا تتعرض لأي ضرر. في التمريرة الأولى، تم قياس آلاف الضربات لمدة 39 دقيقة. أصل الجسيمات هو سحب الغبار حول القمر أو الحلقة E. وفي الأشهر المقبلة، سيتم إجراء القياسات لمعرفة مصدرها.
الأمونيا والماء
أدت الكثافة المنخفضة للقمر والسطوع العالي للسطح إلى ظهور فكرة أن نسبة وجود السيليكات على السطح أقل من 15% (Squyers et al 1983). تشير التقديرات إلى أن كثافة القشرة منخفضة جدًا بحيث لا تسمح للماء السائل بالوصول إلى السطح. وقد أثيرت احتمالية أنه لا بد من وجود مواد متطايرة أخرى تحت السطح من شأنها أن تقلل بشكل كبير من كثافة السوائل التي ستنفجر نحو السطح. كان الخيار الذي فكروا فيه هو مزيج من الأمونيا والماء. النموذج الذي تم بناؤه هو أنه على مر السنين عندما يبرد القمر، يتبلور الماء النظيف فقط من مركب الأمونيا المائي. سيزداد تركيز الأمونيا تدريجياً في المادة الداخلية المتبقية للقمر. لم تكشف القياسات التي أجرتها فوييجر عن وجود الأمونيا على سطح إنسيلادوس. كما أن رسم الخرائط المرئية والأشعة تحت الحمراء التي أجراها هيكسيني لم يكشف عن أي آثار للأمونيا أو ثاني أكسيد الكربون. ومن ناحية أخرى، تم اكتشاف العديد من السهول المغطاة بالجليد المائي (أقمار زحل 2:web). ونظرًا لأن إكسيني قام بهذه القياسات على مسافة أصغر من تلك التي قامت بها فوييجر 18.2.2005، فإن فرص العثور على الأمونيا على السطح تتضاءل، رغم أن هذا لا يستبعد احتمال وجود الأمونيا داخل القشرة.
ومن الممكن أن يكون لهذه السهول الجليدية علاقة بظاهرة تأين بخار الماء التي ذكرناها سابقًا. الاستنتاج الواضح هو أنه يجب أن يكون هناك مخزون من بخار الماء. من أين أتوا؟ ربما لا يزال هذا القمر نشطًا جيولوجيًا. توجد بداخله تيارات الحمل الحراري التي تعمل، جنبًا إلى جنب مع العمليات التكتونية، على تحسين السطح والدليل على أن العديد من أنواع الأخاديد المختلفة قد لوحظت على سطح القمر. عند حدوث التشقق، ينفجر الكثير من الماء إلى السطح. يتجمد معظم الماء، لكن نسبة صغيرة تتبخر وتخلق ظاهرة التأين التي لاحظها هيكسيني.
الحفر
وفي الصور الجديدة للقمر إنسيلادوس، كشفت كاسيني للباحثين عن أجزاء إضافية من السطح لم ترصدها فوييجر 2. وعلى الرغم من رصد فوهات إضافية، إلا أنها لم تغير الصورة العامة فيما يتعلق بحجم الحفر وتوزيعها على السطح . وفي بعض الصور، وصلت التغطية الفوتوغرافية في بعض الأماكن إلى خط العرض جنوبًا 65 مقارنة بفوييجر 2 التي غطت جزءًا من القطب الشمالي. قامت هذه المركبة الفضائية بتصوير 50% من القطب الشمالي حتى خط العرض 55. هنا جزء كبير من الحفر التي شوهت السطح. ويجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه في الصور المستقبلية للقمر التي التقطتها كاسيني، سيتم أيضًا العثور على حفر في القطب الجنوبي، على الرغم من صعوبة التنبؤ بحجمها وكثافتها. تقع معظم الفوهات بين خط العرض N°N-9057 وخط الطول 30° إلى خط الطول 215°. ويوجد تركيزان آخران أحدهما بين خطي عرض 30 درجة شمالاً إلى 57 درجة شمالاً وخطي طول 160 درجة إلى 270 درجة، وتركيز ثان يقع بين خطي عرض 25 درجة شمالاً إلى 90 درجة شمالاً وخطي طول 330 درجة إلى 30 درجة، ويبلغ قطر أكبر حفرة على هذا القمر 35 كيلومتراً على عكس الفوهات الأخرى. أقمار زحل التي لها فوهات يبلغ قطرها 100 كيلومتر وأكثر فقط عدد قليل من الحفر لديها راحة في مركزها. لا تحتوي أي حفرة على أشعة، حيث يتم إطلاق المواد من موقع الاصطدام بطريقة شعاعية كما هو الحال على قمر الأرض. يوجد في فوهة دنيازاد الواقعة عند خط عرض 35 درجة شمالا 115 درجة والتي يبلغ قطرها 21 كيلومترا، نتوء على شكل قبة يشبه ذلك الموجود في فوهة هار على كاليستو، أحد أقمار كوكب المشتري (الصور 1,2، 2). أظهر إحصاء الحفر الذي أجرته فوييجر 43 ضمن حدود الدقة أنه ضمن المنطقة المصورة - 453% من سطح القمر - تم إحصاء 5.66 حفرة يزيد قطرها عن 2 كيلومتر. العديد من الحفر التي صورتها فوييجر 40 ضحلة مقارنة بقمر الأرض. تسمح الدقة العالية للمركبة الفضائية التي تصل إلى XNUMX مترًا لكل بكسل برؤية الحفر الصغيرة التي يصل حجمها إلى مئات الأمتار. للوهلة الأولى يمكن ملاحظة أن هذه الحفر الصغيرة تشبه نظيراتها الموجودة على قمر الأرض.
النشاط التكتوني
تُظهر صور فوييجر 2 قسمًا من القمر غنيًا بالنشاط التكتوني، وأخاديد يبلغ طولها عشرات الكيلومترات. يحدها في الغالب هذه المنطقة بين خط الاستواء إلى خط العرض 30 درجة شمالاً وخط الطول 335 درجة إلى خط الطول 180 درجة. يوجد في شمال المجمع أخاديد جيبية، سمرقند سولسي في الغرب وحران سولسي في الشرق. يوجد في الوسط مجموعة من الأخاديد القصيرة وعلى الجانبين سهول. هذه هي الطريقة التي شوهدت بها كاميرات المركبة الفضائية نظرًا لحدود الدقة الخاصة بها. وإلى الغرب منها سرنديب بلانيتيا وإلى الشرق منها ديار بلانيتيا. يوجد شمال غرب حران سولسي 3 تلال متوازية مع بعضها البعض ويبلغ طول كل منها حوالي 100 كيلومتر. ويبدو أن هذه المنطقة قد مرت بعملية تجعد تشبه تجعد جبال الألب على الأرض. شمال Samrakand Sulci يُرى تكوين تدفق يصل إلى القطب الشمالي. وهذا التكوين ضيق عند طرفه الجنوبي وعند طرفه الشمالي (بالقرب من القطب الشمالي). أقصى عرض لها هو بالقرب من خط العرض 57 درجة شمالاً (65.5 كم). يبدو وكأنه تدفق الحمم البركانية. وما يمكن أن يدعم هذا الاحتمال هو قطع الحفر التي مر من خلالها التيار وغطى بعضها.
تم إجراء دراسات مختلفة لقياس ارتفاع تضاريس القمر. وأظهرت بعض القياسات أن التضاريس يتراوح ارتفاعها بين 500-1500 متر فوق السطح، وأظهرت قياسات أخرى أن أقصى ارتفاع للتضاريس هو 2000 متر (Kargel 1996). والانطباع هو أن عدم التوحيد هذا نابع من قرارات الصور التي لم تسمح بالتوصل إلى إجماع.
عندما قامت كاسيني بالتحليق بالقرب من إنسيلادوس، أصبح من الواضح أن تكتونية هذا القمر أكثر ضخامة وتعقيدًا مما كان يعتقد. منطقة تقع جنوب ديار بلانيتيا، ويحدها بين خطي عرض 0°-60° جنوباً وبين خطي طول 254°-296° ضمن حدود القوة التحليلية لـ Voyager 2، تبدو وكأنها سهل صافٍ محروث بالأخاديد (صورة رقم 3 PIA06191). نظام من الأخاديد يبلغ طولها عشرات الكيلومترات يتقاطع مع بعضها البعض. فتحة واحدة واسعة للغاية، 5 كم. عدد الحفر هنا صغير. الحفرة الكبيرة التي تبرز هنا يبلغ قطرها 5 كيلومترات، وهي ضحلة للغاية وتبدو كما لو كانت مليئة بالغبار. الأخاديد ملتوية ويمكن أن يشير الفحص الدقيق للطريقة التي تتقاطع بها مع بعضها البعض إلى عمرها النسبي. من سبق من وفيهم من يذكر أخاديد قمر المشتري جانيميد. في الصورة رقم. 4 (تكبير الجزء الأيمن من الصورة رقم 3). وتظهر التكوينات البارزة وهي ترتفع فوق السطح، ولها قوس واسع ومماس لبعضها البعض. وقد تكون بقايا حفرتين. وإذا كانت فوهات بالفعل، فهي ضحلة جدًا. تجد في الطرف الغربي من الصورة مجموعة من النقوش التي تشير إلى التجعد الذي تعرضت له هذه المنطقة وينتهي بشكل شبه منحرف (صورة رقم 5 n00028194.jpg ) وبداخلها أخاديد متوازية ويتقاطع معها أخدود واحد اتجاه الشمال الشرقي والجنوب الغربي. ويوجد تكوين تكتوني مغلق آخر في الطرف الشرقي من ديار بلانيتيا (الصورة رقم 6). هذه التكوينات ليس لها مثيل في النظام الشمسي. ارتفاع التضاريس هنا هو 50-100 متر. هناك العديد من الحفر هنا ويمكنك أن ترى أنها خضعت لأي نوع من أنواع التجوية.
جنوب فوهة دنيازاد، تم العثور على ظاهرة جديدة، وهي خطوط شبكية ضيقة ومتوازية في اتجاه الشمال والجنوب تعبر الفوهات على طولها بالكامل (الصورة رقم 7 PIA06217)، وهي ظاهرة لم يتم ملاحظتها أيضًا في أي مكان في النظام الشمسي. . عند خطوط العرض الجنوبية لإنسيلادوس في الصورة رقم. في الشكل 8 (PIA060207) ترى تركيزًا من الحفر التي خضع بعضها للتجوية والأخاديد الضيقة التي يبلغ طولها بضعة كيلومترات.
نقاش
أصل الأخاديد هو من تمدد التربة في اتجاهين متعاكسين، والنتيجة النهائية هي هبوط التربة لعشرات الأمتار إلى عشرات الكيلومترات. وعلى الأرض يمكنك أن تجد شقوقاً يمكن أن يصل طولها إلى آلاف الكيلومترات، ومن الأمثلة المعروفة من منطقتنا الصدع السوري الأفريقي الذي يبلغ طوله 2000 كيلومتر. في هذه الحالة هي حركة الصفائح. هل هذا ما حدث على إنسيلادوس؟ لقد تمت بالفعل مناقشة مثل هذا الاحتمال في الماضي (Kargel 1983). وتظهر الصور التي أرسلتها عائلة كاسيني إلى إسرائيل أن الأخاديد بما في ذلك سمرقند سولسي وحران سولسي هي ذات طبيعة محلية. ليس لها أبعاد عالمية مثل وادي إيثاكا تشاسما الذي سيطير بالقرب من قمر آخر لزحل. الأخاديد ضحلة وتتقاطع مع بعضها البعض بزوايا مختلفة، مما يعني أن نفس التوترات داخل الغشاء تعمل في اتجاهات مختلفة. ومن الطبيعة التي تقطع بها "وتقع" فوق بعضها البعض، يمكن بناء خريطة طبقية وتحديد ترتيب حدوثها. ومثل هذا التعيين اليوم لن يكون إلا جزئيا. لن يكون رسم الخرائط الكامل ممكنًا إلا عندما يتم تصوير القمر بالكامل.
تشهد التلال الواقعة شمال Harran Sulci على عمليات الطي الموجودة على الأرض. ولكن كيف يمكن تفسير التكوينات المغلقة؟ الانطباع الذي تم الحصول عليه هو أن كل "جدار" من التكوين المغلق تم إنشاؤه في عملية "مستقلة" وبشكل منفصل عن "الجدران" الأخرى. إذا نظرنا إلى الصورة رقم. 5. في التشكيل شبه المنحرف سنلاحظ أنه على يمين شبه المنحرف يوجد خط من التلال والذي عند دخول التشكيل ينقسم إلى ذراعين تخرج منهما أذرع إضافية تغلق التشكيل. من الممكن أن يكون التجعد الذي بدأ من الجانب الأيمن يمتد إلى اليسار ثم لأي سبب من الأسباب انقسم وانتقل إلى كلا الجانبين حتى يتم إغلاق التكوين. يبدو الأمر غريبا للغاية، لكن يجب ألا ننسى أننا نشاهد عوالم مختلفة حيث تحدث عمليات غير مألوفة على الأرض. وما هي القوى التي أدت إلى حدوث هذه العملية؟ ويبدو من الضروري تطوير أدوات جديدة لتفسير هذه الظاهرة الجيولوجية. محاولة لشرح التكوين في الصورة رقم. 6 يصبح أكثر تعقيدًا نظرًا لأن التكوين يحتوي على 6 جوانب ويوجد بداخله أيضًا عمليات التجاعيد.
في تكوين التدفق شمال سمرقند سولسي، كما ذكرنا، يقطع التدفق العديد من الحفر. ومن الظواهر الأخرى التي يمكن ملاحظتها هي الأخاديد الموجودة داخل المادة السائلة. ماذا حدث هنا؟ تغطي الحمم البركانية في تدفقها كل شيء في طريقها، لذا يجب العثور على تفسير لسبب عدم تغطية الفوهات هنا بالكامل. 3 تفسيرات ممكنة. أحد التفسيرات هو أن الحفر تقع على منحدر وأن الحمم البركانية المتدفقة غطت تلك الأجزاء الموجودة في الجزء السفلي من المنحدر. وهذا التفسير يمكن أن يعطي لمحة عن البنية الطبوغرافية للمكان قبل ثوران الحمم البركانية وتدفقها. التفسير الثاني هو أن الحفر ضحلة جدًا لدرجة أن الحمم البركانية أثناء تدفقها غطت تلك الأجزاء من الحفر التي اخترقت في طريقها. التفسير الثالث هو أن كلا الاحتمالين حدثا في وقت واحد. والأمر الواضح هو أن الأخاديد ظهرت بعد تصلب الحمم البركانية. يبدو أنه كانت هناك سلسلة من الزلازل هنا أدت إلى تصدع الأرض. وهنا يمكن، بناءً على هذه الصعوبات، التمييز بين ترتيب الأحداث التي جرت هناك.
تسوية الحفر في الصورة رقم. 7 في اتجاه الشمال والجنوب ويوجد في أماكن أخرى في هذه المنطقة الساحقة. تكون الأخاديد في اتجاه الشرق والغرب ويتم عبورها أيضًا بواسطة هذه التقطيع. الحافة العلوية للحفرة الكبيرة في الصورة مقطوعة بواسطة أخدود، مما يعني أن الحفرة تشكلت بعد تكوين الأخدود. وبما أن كلا من الأخدود والفوهة، مثل المنطقة بأكملها، مغطاة بخطوط الشقوق هذه، فمن الواضح أن خطوط الشقوق تشكلت بعد ظهور الخطوط الموجودة على السطح. والشيء المثير للاهتمام هو أن جميع الحفر في المنطقة، بما في ذلك الأخدود، لم تتعرض لأي تشوهات بعد التشقق. لا توجد شظايا زلة هنا. ويبدو أنه كانت هناك سلسلة من الزلازل هنا أدت إلى تصدع المنطقة دون أن تصل إلى نفس العتبة التي أدت إلى تحريك "الكتل" بالنسبة لبعضها البعض.
سؤال آخر يجب طرحه هو من أين تأتي السهول الجليدية. الجواب يمكن العثور عليه في البراكين الجليدية. على الرغم من عدم العثور على براكين على سطح إنسيلادوس، ربما كانت هناك ولا تزال هناك نقاط ساخنة تنبعث منها جليد الماء وتتجمد فور وصولها إلى السطح (قم بإزالة الماء الذي يتبخر). إذا كان هذا هو ما حدث بالفعل، فقد تراكمت هنا طبقات من الجليد فوق بعضها البعض، على غرار تدفقات الحمم البركانية المتراكمة فوق بعضها البعض نتيجة الانفجارات البركانية.
סיכום
وفي ضوء النتائج التي توصلت إليها المركبة الفضائية، تقرر تغيير مسار رحلتها استعدادا لمرورها بالقرب من القمر في 14.7 يوليو الجاري. وبدلا من المرور منه على مسافة 1000 كيلومتر سيمر على مسافة 175 كيلومترا من السطح، ونظرا للثراء الجيولوجي لهذا القمر فإنه سيكون من الممكن في نهاية عملية هيكسيني الاستفادة من وفرة البيانات لإنشاء مختبر جيولوجي افتراضي للمقارنة مع الأقمار ذات الحجم المماثل في النظام الشمسي لفهم الظواهر الجيولوجية المختلفة ليس فقط على حافة النظام الشمسي، ولكن أيضًا على الأرض.
