قمرهای مشتری اقیانوس های غول پیکر زیرزمینی را در خود جای داده اند

در 13 آوریل 2023، آژانس فضایی اروپا قرار است موشکی را با یک فضاپیما به مقصد مشتری پرتاب کند. کاوشگر قمرهای یخی مشتری – یا JUICE – پس از ورود در سال 2031 حداقل سه سال را در قمرهای مشتری خواهد گذراند.

در اکتبر 2024، ناسا همچنین قصد دارد یک فضاپیمای روباتیک به نام Europa Clipper را به قمرهای Jovian پرتاب کند که نشان دهنده افزایش علاقه به این مکان های دور اما جذاب در منظومه شمسی است.

من یک دانشمند سیاره‌شناسی هستم که ساختار و تکامل سیارات و قمرهای جامد در منظومه شمسی را مطالعه می‌کنم.

دلایل زیادی وجود دارد که من و همکارانم مشتاقانه منتظر دریافت داده هایی هستیم که JUICE و Europa Clipper امیدوارند در سال 2030 به زمین ارسال کنند. اما شاید هیجان انگیزترین اطلاعات در مورد آب باشد.

سه قمر مشتری – اروپا، گانیمد و کالیستو – میزبان اقیانوس‌های بزرگ زیرسطحی از آب مایع هستند که می‌توانند حیات را پشتیبانی کنند.

مشتری ده ها قمر دارد. چهار مورد از این موارد مورد توجه دانشمندان سیاره‌شناسی است.

آیو، اروپا، گانیمد و کالیستو مانند قمرهای زمین، جهان‌های پیچیده و کروی شکل نسبتاً بزرگی هستند. دو ماموریت قبلی ناسا فضاپیمایی را به مدار منظومه مشتری فرستادند و داده‌های مربوط به آن قمرها را جمع‌آوری کردند.

ماموریت گالیله از سال 1995 تا 2003 به دور مشتری چرخید و اکتشافات زمین شناسی را در چهار قمر اصلی انجام داد. ماموریت جونو هنوز در حال گردش به دور مشتری است و نگاهی بی سابقه به ترکیب، ساختار و محیط فضایی مشتری به دانشمندان ارائه کرده است.

این مأموریت‌ها و مشاهدات دیگر نشان داد که آیو، نزدیک‌ترین سیاره از چهار سیاره به سیاره میزبان خود، در حال جوشش با فعالیت‌های زمین‌شناسی است، از جمله دریاچه‌های گدازه، فوران‌های آتشفشانی و کوه‌هایی که از نظر تکتونیکی شکل دارند. اما این مکان محل نگهداری مقادیر زیادی آب نیست.

در مقابل، اروپا، گانیمد و کالیستو دارای مناظر یخی هستند. سطح اروپا یک سرزمین عجایب یخ زده با تاریخچه ای جوان اما پیچیده است که احتمالاً شامل آنالوگ های یخی از تکتونیک صفحه و آتشفشان ها است. گانیمد، بزرگترین قمر در کل منظومه شمسی، بزرگتر از عطارد است و میدان مغناطیسی خاص خود را دارد که در داخل توسط هسته ای از فلز مایع ایجاد می شود. کالیستو در مقایسه با دیگران تا حدودی بی اثر به نظر می رسد، اما به عنوان یک کپسول زمانی ارزشمند از گذشته باستانی عمل می کند که دیگر در سطوح جوان اروپا و آیو موجود نیست.

هیجان انگیزتر از همه: اروپا، گانیمد و کالیستو تقریباً مطمئناً اقیانوس های زیرسطحی از آب مایع دارند.

اروپا، گانیمد و کالیستو سطوح سردی دارند که صدها درجه زیر صفر است. در این دماها، یخ مانند سنگ جامد رفتار می کند.

اما درست مانند زمین، هرچه در این قمرها به زیر زمین بروید، گرمتر می شود. به اندازه کافی پایین بروید و در نهایت به دمایی خواهید رسید که یخ در آن آب می شود. اینکه این انتقال دقیقا تا چه اندازه در هر یک از قمرها رخ می دهد، موضوع بحث است که دانشمندان امیدوارند با JUICE و Europa Clipper آن را حل کنند. در حالی که اعماق دقیق هنوز نامشخص است، دانشمندان اطمینان دارند که این اقیانوس ها وجود دارند.

بهترین شواهد برای این اقیانوس ها از میدان مغناطیسی مشتری می آید. آب نمک رسانای الکتریکی است. همانطور که این قمرها در میدان مغناطیسی مشتری حرکت می کنند، یک میدان مغناطیسی ثانویه و کوچکتر ایجاد می کنند که وجود یک اقیانوس زیرسطحی را به محققان نشان می دهد. با استفاده از این تکنیک، دانشمندان سیاره‌شناسی توانستند نشان دهند که هر سه قمر دارای اقیانوس‌های زیرسطحی هستند. و این اقیانوس ها کوچک نیستند – اقیانوس اروپا به تنهایی ممکن است بیش از دو برابر بیشتر از مجموع تمام اقیانوس های زمین آب داشته باشد.

سوال واضح و آزاردهنده بعدی این است که آیا این اقیانوس ها می توانند حیات فرازمینی را پشتیبانی کنند یا خیر. آب مایع بخش مهمی از چیزی است که جهان را قابل سکونت می کند، اما تنها مورد نیاز برای زندگی نیست. زندگی همچنین برای رشد به انرژی و ترکیبات شیمیایی خاصی علاوه بر آب نیاز دارد. از آنجایی که این اقیانوس ها زیر کیلومترها یخ جامد پنهان شده اند، نور خورشید و فتوسنتز خارج شده است. اما این امکان وجود دارد که منابع دیگر مواد لازم را فراهم کنند.

به عنوان مثال، در اروپا، یک اقیانوس آب مایع، فضای داخلی صخره ای را می پوشاند. این بستر صخره‌ای می‌تواند انرژی و مواد شیمیایی را از طریق آتشفشان‌های زیر آب تامین کند که می‌تواند اقیانوس‌های اروپا را قابل سکونت کند. اما این امکان نیز وجود دارد که اقیانوس اروپا مکانی استریل و غیر قابل مهمان‌نواز باشد – دانشمندان برای پاسخ به این سؤالات به داده‌های بیشتری نیاز دارند.

JUICE و Europa Clipper به گونه ای طراحی شده اند که اطلاعاتی را در مورد قابلیت سکونت بالقوه قمرهای مشتری در اختیار دانشمندان قرار دهند. در حالی که هر دو ماموریت داده‌ها را در قمرهای متعدد جمع‌آوری می‌کنند، JUICE مدتی را صرف چرخش و تمرکز بر روی گانیمد می‌کند، و Europa Clipper ده‌ها پرواز در نزدیکی اروپا انجام خواهد داد.

هر دو فضاپیما مجموعه ای از ابزارهای علمی را حمل خواهند کرد که به طور خاص برای مطالعه اقیانوس ها طراحی شده اند. رادار داخلی به JUICE و Europa Clipper اجازه می دهد تا لایه های بیرونی یخ سخت در قمرها را بررسی کنند. این رادار می‌تواند هر حفره کوچکی از آب مایع را در یخ نشان دهد یا در مورد اروپا، که لایه یخی بیرونی نازک‌تری نسبت به گانیمد و کالیستو دارد، امیدواریم اقیانوس بزرگ‌تر را شناسایی کند.

مغناطیس‌سنج‌ها نیز در هر دو ماموریت گنجانده خواهند شد. این ابزارها به دانشمندان این توانایی را می دهند که میدان های مغناطیسی ثانویه حاصل از برهمکنش اقیانوس های رسانا با میدان مشتری را با جزئیات زیاد مطالعه کنند و امیدواریم سرنخ هایی در مورد شوری و حجم اقیانوس ها در اختیار محققان قرار دهند.

دانشمندان همچنین با ردیابی حرکات ظریف در مدار دو فضاپیما، تغییرات کوچکی را در کشش گرانشی قمرها مشاهده خواهند کرد که می‌تواند به تعیین اینکه آیا کف دریای اروپا دارای آتشفشان‌هایی است که انرژی و مواد شیمیایی لازم را برای حفظ حیات در اختیار اقیانوس قرار می‌دهند یا خیر، کمک کند.

در نهایت، این دو فضاپیما دارای چندین دوربین و حسگرهای نوری خواهند بود که تصاویر بی‌سابقه‌ای از زمین‌شناسی و ترکیب سطوح یخی قمرها ارائه می‌کنند.

شاید روزی یک فضاپیما بتواند مایل ها از یخ جامد اروپا، گانیمد یا کالیستو را بشکند و به طور مستقیم اقیانوس ها را کاوش کند. تا آن زمان، مشاهدات از فضاپیماهایی مانند JUICE و Europa Clipper بهترین گزینه دانشمندان برای یادگیری در مورد این دنیاهای اقیانوسی است.

هنگامی که گالیله این قمرها را در سال 1609 کشف کرد، آنها اولین اجرام شناخته شده ای بودند که مستقیماً به دور سیاره دیگری می چرخیدند. کشف آنها آخرین میخ بر تابوت این نظریه بود که زمین – و بشریت – در مرکز جهان قرار دارند. شاید این دنیاها شگفتی فروتنانه دیگری داشته باشند. (مکالمه) RUP