انفجار یخی از قمر زحل، انسلادوس، عجیب‌تر از آن چیزی است که دانشمندان تصور می‌کردند.

قمر زحل انسلادوس پوشیده از یخ است، اما در زیر آن پوسته یخ زده یک اقیانوس جهانی نهفته است. در نزدیکی قطب جنوبی ماه، شکستگی در پوسته، بخار آب و ذرات یخ را در فضا آزاد می کند. این ذرات روشی غیرمعمول به دانشمندان برای مطالعه اقیانوس بیگانه بدون نیاز به حفاری کیلومترها یخ می دهد.

یک تیم بین المللی که شامل محققانی از موسسه علوم زمین-حیات (ELSI) در موسسه علوم توکیو است، اکنون بررسی کرده است که چه اتفاقی برای آب اقیانوس می افتد که از زیر سطح حرکت می کند و در نهایت تبدیل به دانه های یخی ریز کشف شده در فضا می شود.

کاسینی دانه های یخی متنوع و شگفت انگیزی پیدا کرد

بین سال‌های 2004 تا 2017، تحلیلگر غبار کیهانی در فضاپیمای کاسینی ناسا، ترکیب ذرات یخ منفرد در حلقه E زحل را اندازه‌گیری کرد. این حلقه به طور مداوم با موادی که از انسلادوس فوران می کند، تامین می شود.

تیمی به سرپرستی پروفسور فرانک پستبرگ در دانشگاه فرای برلین 961 طیف جرمی را از دانه‌های غنی از نمک به نام ذرات نوع 3 بررسی کردند. اگر دانه‌ها صرفا نمونه‌های کوچکی از همان آب اقیانوس باشند، دانشمندان ممکن است انتظار داشته باشند که حاوی مخلوط‌های تقریبا مشابهی از نمک باشند.

برخی از آنها به ویژه سرشار از کلرید سدیم بودند، در حالی که برخی دیگر حاوی مقادیر بیشتری کربنات، فسفات یا کلرید پتاسیم بودند. یک الگوی به خصوص قابل توجه این بود که کلرید و کربنات به ندرت با هم در یک ذره غنی از سدیم ظاهر می شوند.

این یک معمای اساسی را ایجاد کرد. اگر همه این دانه ها از یک اقیانوس آمده اند، چرا ترکیبات شیمیایی آنها تا این حد متفاوت است؟

بازسازی قطرات اقیانوس انسلادوس در آزمایشگاه

برای بررسی این سوال، پروفسور یاسوهیتو سکین و همکارانش در ELSI قطرات آزمایشگاهی حاوی نمک‌های اصلی که تصور می‌شود در اقیانوس انسلادوس وجود دارند، ایجاد کردند.

محققان قطرات با اندازه‌های مختلف را تحت شرایط خنک‌کننده مختلف منجمد کردند، سپس چگونگی توزیع عناصر شیمیایی پس از جامد شدن قطرات را بررسی کردند.

نتایج نشان داد که سرعت انجماد نقش اساسی دارد.

در قطرات حدود 200 میکرومتر، نمک ها در مناطق مختلف جدا شدند که انجماد نسبتا آهسته، تقریبا 10 کلوین در دقیقه یا کمتر رخ داد. وقتی قطرات سریعتر یخ زدند، مواد شیمیایی آنها به طور یکنواخت تر مخلوط شدند.

سکین می‌گوید: «آنچه ما را شگفت‌زده کرد این بود که تنوعی که کاسینی مشاهده کرد می‌توانست از قطراتی که اساسا از همان آب اقیانوس سرچشمه می‌گیرند پدیدار شود. آزمایش‌های ما نشان می‌دهد که وقتی قطرات نسبتا بزرگ اقیانوس به آرامی منجمد می‌شوند، نمک‌های مختلف می‌توانند در آنها جدا شوند. اگر این قطرات یخ‌زده بعدا از هم جدا شوند، می‌توانند دانه‌های یخ بسیار کوچک‌تری تولید کنند که هر کدام دارای ترکیبات شیمیایی بسیار متفاوتی هستند.»

این یافته ها همچنین ممکن است چیزی را در مورد آنچه در داخل پوسته یخی ماه اتفاق می افتد نشان دهد.

مطالعات قبلی معمولا فرض می‌کردند که اسپری آب دریا از انسلادوس به سرعت یخ می‌زند و بلافاصله پس از خروج از اقیانوس به سرعت به سمت فضا حرکت می‌کند. آزمایش‌های جدید به سناریوی متفاوتی اشاره می‌کنند.

قطرات ممکن است در ابتدا بسیار آهسته تر از طریق سیستم دریچه زیرزمینی حرکت کنند و مسیرهای پیچیده را از طریق شکستگی های یخ پیش از نزدیک شدن به سطح دنبال کنند.

محققان پیشنهاد می‌کنند که اسپری اقیانوس ابتدا قطراتی از ده‌ها تا صدها میکرومتر را تشکیل می‌دهد. همانطور که این قطرات به آرامی در بخش های عمیق تر دریچه ها حرکت می کنند، به تدریج منجمد می شوند و به نمک ها زمان کافی برای جدا شدن در مناطق مختلف می دهند.

نزدیکتر به سطح، شرایط تغییر می کند. گاز سریعتر شروع به حرکت می کند و قطرات یخ زده می توانند با سرعت زیاد به دیواره کانال های یخی باریک تر برخورد کنند. این برخوردها ممکن است قطرات را به قطعات بسیار کوچکتر تبدیل کند.

هر قطعه می تواند از یک منطقه غنی از نمک متفاوت در قطرات منجمد اصلی آمده و دانه هایی با ترکیبات شیمیایی بسیار متفاوت ایجاد کند. سپس آن قطعات می توانند به فضا فرار کنند و بخشی از حلقه E زحل شوند.

پستبرگ می‌گوید: «داده‌های کاسینی به ما نشان داد که این دانه‌های غنی از نمک از نظر شیمیایی بسیار متنوع‌تر از ترکیب متوسط ​​اقیانوسی هستند. ترکیب این مشاهدات با آزمایش‌های انجماد به ما توضیح فیزیکی می‌دهد: کاسینی ممکن است قطعات بزرگ‌تری از قطرات یخ‌زده اقیانوس را نمونه‌برداری کرده باشد، که هر کدام اجزای مختلفی را حفظ کرده است که در طول سفر خود به سمت سطح جدا شده‌اند. فراوانی هر جزء در اقیانوس در تعداد قطعاتی که یک جزء خاص در آن یافت می‌شود منعکس می‌شود.

انسلادوس ممکن است به طور طبیعی ترکیبات کلیدی را متمرکز کند

این کشف می تواند به ویژه برای ماموریت های آینده به انسلادوس مهم باشد.

همانطور که قطرات منجمد و جدا می شوند، ترکیبات فردی می توانند در دانه های خاصی متمرکز شوند. این فرآیند تنها نمک های مختلف را جدا نمی کند. کار قبلی همچنین نشان داده است که مواد آلی می توانند از یکدیگر جدا شده و در غلظت های بالا در ذرات خاصی ظاهر شوند.

این می تواند تجزیه و تحلیل آینده را بسیار آسان تر کند.

تشخیص ترکیباتی که در اقیانوس انسلادوس بسیار رقیق شده و با بسیاری از مواد دیگر مخلوط شده اند، زمانی که در دانه های یخ متمرکز می شوند، بسیار آسان تر می شوند.

روی زمین، آزمایشگاه ها معمولا قبل از تجزیه و تحلیل یک نمونه، تلاش قابل توجهی را برای جداسازی و تغلیظ مواد شیمیایی صرف می کنند. به نظر می‌رسد انسلادوس هر دو مرحله «آماده‌سازی نمونه» را به طور طبیعی انجام می‌دهد: اجزای شیمیایی از هم جدا می‌شوند و برخی از آنها در کسری از ذرات یخ متمرکز می‌شوند.

پیامدهای احتمالی برای شیمی پری بیوتیک

انجماد آهسته می تواند پیامد مهم دیگری داشته باشد.

همانطور که کریستال های یخ رشد می کنند، ممکن است محفظه های کوچکی از آب نمک مایع بین آنها محبوس بماند. نمک ها و ترکیبات آلی می توانند به شدت در داخل آن پاکت ها متمرکز شوند.

این غلظت می تواند برای شیمی پری بیوتیک، که شامل فرآیندهای شیمیایی است که ممکن است قبل از ظهور حیات باشد، مهم باشد. یکی از چالش‌های مهم در چنین شیمی، آوردن مولکول‌هایی است که معمولا بسیار رقیق هستند و در تماس نزدیک با یکدیگر هستند.

از آنجایی که بسیاری از مواد فوران شده از انسلادوس در نهایت به ماه برمی گردند، این فرآیند انجماد، تمرکز و بازیافت می تواند بارها و بارها اتفاق بیفتد.

بنابراین درک چگونگی تشکیل دانه های یخ انسلادوس بیش از توضیح اندازه گیری های غیرعادی کاسینی است. این سرنخ‌های جدیدی در مورد محیط پنهان زیر سطح ماه ارائه می‌دهد و ممکن است به فضاپیماهای آینده کمک کند تا ذرات جمع‌آوری شده را در هنگام جستجوی شواهدی از قابلیت سکونت و نشانه‌های احتمالی حیات به درستی تفسیر کنند.

مواد ارائه شده توسط موسسه علوم توکیو. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.

دانشمندان یک "حافظه" مولکولی کشف کردند که می تواند باعث بازگشت وزن از دست رفته شود

دانشمندان فاش کردند که اگر یلوستون اکنون فوران کند چه اتفاقی می‌افتد

دانشمندان یک کمک خواب غیرمنتظره ساخته شده از ریشه درختان را آزمایش کردند

تلسکوپ رومی ناسا چشم 300 مگاپیکسلی خود را بر روی کیهان باز کرد