بالنسبة لمعظم وجود البشرية، كانت الأرض هي العالم الوحيد المعروف المغطى بالمحيطات، على ما يبدو على عكس أي جزيرة كونية أخرى.

لكن في عام 1979، حلقت مركبتا فوييجر الفضائيتان التابعتان لناسا بالقرب من كوكب المشتري. وكان قمرها أوروبا، وهو عالم متجمد، مزينًا بالأخاديد والكسور، مما يشير إلى أنه قد يكون هناك شيء ديناميكي تحت سطحه.

وقال: "بعد فوييجر، شك الناس في أن أوروبا كانت غريبة وربما تحتوي على محيط". فرانسيس نيمو، عالم الكواكب في جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز.

ثم، في عام 1996، مرت مركبة الفضاء غاليليو التابعة لناسا بالقرب من أوروبا واكتشفت مجالًا مغناطيسيًا غريبًا قادمًا من الداخل. قال: "لم نفهم ما هو". مارغريت كيفيلسون، عالم فيزياء الفضاء في جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس وكان مسؤولاً عن مقياس المغناطيسية للمركبة الفضائية. وفي نهاية المطاف، أدركت هي وفريقها أن سائلًا موصلًا للكهرباء - وهو شيء ما داخل القمر - كان يتشنج استجابةً للمجال المغناطيسي الهائل لكوكب المشتري. قال كيفيلسون: «الشيء الوحيد الذي كان منطقيًا هو وجود قشرة من السائل المنصهر تحت سطح الجليد».

في عام 2004، وصلت المركبة الفضائية كاسيني التابعة لناسا إلى زحل. وعندما رصدت قمر زحل الصغير إنسيلادوس، وجدته متلألئًا أعمدة جليدية تندلع من الصدوع الشاسعة في القطب الجنوبي للقمر. وعندما طارت كاسيني عبر هذه الفوهات، كان الدليل واضحًا - كان هذا محيطًا مالحًا ينزف بقوة في الفضاء.

الآن لم تعد محيطات الأرض فريدة من نوعها. إنهم مجرد غريب. وهي موجودة على سطح كوكبنا المضاء بنور الشمس، في حين أن بحار النظام الشمسي الخارجي مدسوسة تحت الجليد ومغمورة بالظلام. ويبدو أن هذه المحيطات السائلة الجوفية هي القاعدة لنظامنا الشمسي، وليس الاستثناء. بالإضافة إلى أوروبا وإنسيلادوس، من المؤكد تقريبًا وجود أقمار أخرى ذات محيطات مغطاة بالجليد. وسيقوم أسطول من المركبات الفضائية باستكشافها بالتفصيل خلال العقد المقبل.

كل هذا يثير مفارقة واضحة. لقد كانت هذه الأقمار موجودة في المناطق الباردة من نظامنا الشمسي منذ مليارات السنين، وهي فترة كافية لتسرب الحرارة المتبقية من إنشائها إلى الفضاء منذ دهور. يجب أن تكون أي بحار تحت السطح جليدًا صلبًا الآن. إذًا كيف يمكن لهذه الأقمار، التي تدور في مدارات أبعد من دفء الشمس، أن تحتوي على محيطات اليوم؟

تشير الأدلة المتزايدة إلى أنه قد تكون هناك طرق متعددة للحفاظ على محيطات المياه السائلة على مدى مليارات السنين. إن فك رموز هذه الوصفات يمكن أن يسرع سعينا لتحديد مدى سهولة أو صعوبة ظهور الحياة في جميع أنحاء الكون. تم تحليلها حديثا بيانات من المركبات الفضائية القديمةبالإضافة إلى الملاحظات الأخيرة التي أجرتها وكالة ناسا المركبة الفضائية جونو و جيمس ويب تليسكوب الفضاءتضيف هذه الاكتشافات إلى الأدلة المتزايدة أن هذه المحيطات الدافئة تحتوي على مواد كيميائية مفيدة لعلم الأحياء، وأن النظام الشمسي الداخلي ليس المكان الوحيد الذي يمكن أن تعتبره الحياة موطنًا لها.

توفر هذه الأقمار المحيطية أيضًا إمكانية أكبر. قد تكون المحيطات المعتدلة الصالحة للعيش نتيجة حتمية لتكوين الكوكب. قد لا يهم مدى بعد الكوكب وأقماره عن النار النووية لنجمهم. وإذا كان هذا صحيحًا، فإن عدد المناظر الطبيعية التي قد نستكشفها في بحثنا عن الحياة خارج الأرض لا حدود له تقريبًا.

وقال "المحيطات تحت الأقمار الجليدية تبدو غريبة وغير محتملة". ستيفن فانس، عالم الأحياء الفلكية والجيوفيزياء في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا.

ومع ذلك، تظل هذه البحار الغريبة سائلة.

محيط ملفوف بالمرآة

يشتبه العلماء في أن حفنة من الأقمار التي تدور حول كوكب المشتري وزحل - وربما حتى بعض الأقمار التي تدور حول أورانوس ونبتون - تحتوي على محيطات. ينتج كل من جانيميد الضخم وكاليستو المليئين بالحفر إشارات مغناطيسية ضعيفة تشبه أوروبا. من المحتمل أيضًا أن يحتوي تيتان المغطى بالضباب التابع لكوكب زحل على محيط من الماء السائل تحت سطحه. وقال: "هؤلاء هم الخمسة الذين يشعر معظم العلماء في المجتمع بثقة كبيرة تجاههم". مايك سوري، عالم الكواكب في جامعة بوردو.

وحتى الآن، فإن اليقين المحيطي الوحيد المطلق هو قمر إنسيلادوس. وقال "هذا لا يحتاج إلى تفكير". كارلي هويت، عالم الكواكب في جامعة أكسفورد.

في الثمانينيات، اشتبه بعض العلماء في وجود أعمدة على القمر إنسيلادوس؛ كانت الحلقة E لكوكب زحل نظيفة ولامعة للغاية لدرجة أن شيئًا ما - ربما من أحد أقماره - يتسرب إلى الفضاء ويحدثه باستمرار. بعد أن شهدت كاسيني أخيرًا سحر تزيين الكوكب أثناء عمله، تساءل العلماء لفترة وجيزة عما إذا كانت أعمدة القطب الجنوبي للقمر قد تكون نتيجة لضوء الشمس الذي يبخر الجليد في قشرة القمر - يشبه إلى حد ما الجليد الجاف الذي يغلي عند تسخينه، ربما بسبب ضوء الشمس.

وقال نيمو: "لفترة من الوقت، كان هناك جدل حول ما إذا كانت هناك حاجة إلى وجود محيط على الإطلاق". "ما حدث بالفعل هو عندما طارت كاسيني عبر العمود ووجدوا ملحًا - كلوريد الصوديوم. هذا محيط." ولا تزال هناك فرصة لخروج هذه الأعمدة من بحر أصغر وأكثر عزلة. لكن المزيد من ملاحظات كاسيني كشفت أن غلاف إنسيلادوس يتأرجح ذهابًا وإيابًا بشكل حاد لدرجة أنه يجب فصله عن الجزء الداخلي الأعمق للقمر بواسطة محيط عالمي.

وقال إن الأعمدة تضخ أيضًا الهيدروجين والكوارتز، وهي علامات على نشاط الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار فرانك بوستبرغ، عالم الكواكب في جامعة برلين الحرة. على الأرض، تنتج مثل هذه الفتحات الحرارة والكيمياء اللازمة لتشغيل الأنظمة البيئية الموجودة بعيدًا عن متناول ضوء الشمس، وهي مجتمعات من الكائنات الحية التي اعتقد العلماء ذات يوم أنها لا يمكن أن توجد في عالمنا الذي يعتمد على التمثيل الضوئي.

ولكن ما الذي يمكن أن يغذي نظام تنفيس قويًا بما يكفي لتسخين محيط بأكمله؟ ومن شأن قمر آخر -هذا النوع من الأقمار النارية- أن يقدم تلك القرائن.

المد والجزر الأبدية الجهنمية

في يونيو 1979، قبل شهر من تحليق فوييجر 2 بالقرب من أوروبا، اكتشف العلماء أعلن أن فوييجر 1 قد لمحت أعمدة عملاقة على شكل مظلة تتصاعد في الفضاء فوق آيو - وهي بصمات ثائرة للعديد من البراكين.

كان من المفترض أن تكون هذه الملاحظة محيرة: تتطلب البراكين مصدرًا داخليًا للحرارة، ولا ينبغي أن يكون آيو، مثل الأقمار الجليدية الأخرى، أكثر من مجرد جمرات. ولكن قبل بضعة أشهر، كان فريق مستقل من العلماء على حق وتوقع أن آيو قد يكون عالمًا بركانيًا مفرط النشاط.

لقد استندوا في توقعاتهم على الرقص المداري من أكبر أقمار كوكب المشتري. مقابل كل أربع دورات يكملها آيو، يقوم أوروبا بدورتين وجانيميد بدورة واحدة. هذا التكوين المداري، المعروف باسم الرنين، يتسبب في تمايل آيو ذهابًا وإيابًا، مما يجعل مداره بيضاويًا. عندما يكون آيو أقرب إلى المشتري، فإن جاذبية الكوكب تضغط عليه بقوة أكبر. عندما يكون أبعد، تكون قوة سحب المشتري أضعف. إن لعبة شد الحبل الجاذبية التي لا تنتهي أبدًا تشكل السطح الصخري لآيو تتحرك صعودا وهبوطا بمقدار 100 متر، وهو نفس ارتفاع مبنى مكون من 30 طابقا. وهذا المد والجزر، مثل المد والجزر على الأرض، يحدث فقط في الصخور الصلبة، وليس في الماء.

يخلق هذا المد والجزر احتكاكًا داخل القمر مما يولد الحرارة. وتسخين المد والجزر قوي بما يكفي لإذابة الصخور في أعماق آيو. وقال نيمو: "آيو ليس لديه محيط مائي، ولكن من المحتمل أن يكون به محيط من الصهارة". (التقط غاليليو مجالًا مغناطيسيًا ثانويًا هناك أيضًا، تم توليده بواسطة أ الخزان الجوفي العالمي للصخور المنصهرة.)

تواجه أوروبا أيضًا بعض التسخين المد والجزر. لكن مدى ارتفاع حرارة تلك المد والجزر في المحيط يعتمد على مكان حدوثها داخل القمر؛ وبعبارة أخرى، يجب أن تصل كمية كافية من هذه الحرارة إلى المحيط لإبقائها سائلة. وقال نيمو: "قد يحدث تسخين المد والجزر في القشرة الجليدية نفسها، أو يمكن أن يحدث في اللب الصخري الموجود تحتها". لا يعرف العلماء أيًا منهما هو الصحيح، لذلك لا يمكنهم الجزم بمدى مساهمة تسخين المد والجزر في السائل الداخلي لأوروبا.

إنسيلادوس أيضًا يتمدد ويضغط بفعل رقصة التانغو الجاذبية مع قمر مجاور يسمى ديوني. ومن الناحية النظرية، يمكن أن يؤدي ذلك إلى حدوث مد وجزر يؤدي إلى تدفئة باطن القمر. لكن المد والجزر الناتج عن رنينه مع ديوني، على الأقل على الورق، لا يبدو كافيا لتفسير محيطه. وقال سوري إن الأرقام لا تعمل بعد، كما أن كمية الحرارة المنتجة ليست كافية للحفاظ على محيط عالمي لمليارات السنين منذ ولادة النظام الشمسي. ربما، كما هو الحال مع أوروبا، لا يعرف العلماء تمامًا أين يولد المد والجزر الحرارة داخل إنسيلادوس.

هناك عامل محير آخر وهو أن المدارات ليست ثابتة على مدار الزمن الفلكي. مع تطور الأنظمة الكوكبية، تهاجر الأقمار، و"يمكن تشغيل وإيقاف تسخين المد والجزر مع انجراف الأشياء داخل وخارج الأصداء المختلفة"، كما يقول. ديفيد روثرى، عالم الكواكب في الجامعة المفتوحة في المملكة المتحدة. يشتبه العلماء في أن هذا قد حدث مع ميراندا وأرييل، وهما قمران صناعيان لأورانوس قد يكونان شريكين سابقين في الرقص؛ تبدو هذه الأقمار كما لو كانت نشطة جيولوجيًا في السابق ولكنها الآن كذلك يمكن القول مجمد إلى جوهرهم.

وعلى نفس المنوال، ربما لم يكن إنسيلادوس دائمًا لديه ديوني كشريك في الرقص: ربما انطلقت رقصتهم التي تدور حول زحل مؤخرًا وأدت إلى تسخين قمر كان صلبًا سابقًا. لكن هذا السيناريو يصعب تفسيره أيضًا. وقال سوري: "من الأسهل الحفاظ على المحيط والحفاظ عليه، بدلاً من تجميده وإعادة صهره". وبالتالي، إذا كانت حرارة المد والجزر هي المسؤولة حصريًا عن محيط إنسيلادوس، فإن القمر هو راقص مخضرم تمايل لعدة مليارات من السنين.

في الوقت الحالي، الأمر الوحيد المؤكد بشأن محيط هذا القمر هو أنه موجود. وقال سوري إن كيفية ظهوره، وكيف لا يزال موجودًا حتى اليوم، "هو أحد الأسئلة الكبيرة التي لم يتم الإجابة عليها حقًا". "إن إنسيلادوس من الصعب اكتشافه."

المتمردون المشعة 

لحسن الحظ، لا تعتمد التصميمات الداخلية القمرية الدافئة حصريًا على المد والجزر.

نصف الحرارة الداخلية للأرض جاءت منذ ولادتها. أما الباقي فيأتي من تحلل العناصر المشعة. وبالمثل، يجب أن تحتوي أعماق الأقمار الجليدية الغنية بالصخور على كمية لا بأس بها من اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم، وهي مخازن مشعة يمكنها طهي محيطها لمئات الملايين، إن لم يكن المليارات، من السنين قبل أن تتحلل إلى عناصر مستقرة وتتوقف عن إطلاق الحرارة. .

ستكون الأقمار الأكبر قد بدأت بمخابئ أكثر وفرة من المواد المشعة. وربما هذا هو كل ما تتطلبه محيطاتهم. قال فانس: "بالنسبة للأقمار الأكبر حجمًا مثل جانيميد وكاليستو وتيتان، فهي أمر لا مفر منه نوعًا ما بسبب هذا العامل الإشعاعي". حتى أن بعض العلماء يجادلون بأن بلوتو لديها محيط تحت سطح الأرض. مثل الأقمار الثلاثة، من المرجح أن يكون هذا الكوكب القزم معزولا بقشرة سميكة بما فيه الكفاية التي تبطئ تسرب فرنه المشع إلى الفضاء.

ومع ذلك، فإن القلوب الصغيرة نسبيًا في أقمار ليليبوت مثل إنسيلادوس لا تحتوي على ما يكفي من المادة المشعة لإبقائها دافئة لمليارات السنين. أحد الحلول غير المرضية لهذه المعضلة هو أن إنسيلادوس ربما كان محظوظًا: فالنشاط الإشعاعي يمكن أن يفسر جزءًا مبكرًا من ماضيه المحيطي، ورقصه مع ديوني هو حلقة أحدث. ربما "نحن الآن عند نقطة التقاطع، حيث يصبح [التسخين الإشعاعي] منخفضًا للغاية بحيث يتولى تسخين المد والجزر زمام الأمور"، كما قال بوستبيرج.

إذا كان الأمر كذلك، فربما يكون إنسيلادوس نموذجًا مصغرًا للكون: مزيج مصادفة من تسخين المد والجزر والنشاط الإشعاعي. وهذا يعني أن أقمار المحيطات يمكن أن توجد في كل مكان، أو على العكس من ذلك، لا توجد في أي مكان تقريبًا.

المحيطات الشبابية

وبدلاً من ذلك، وبشكل مثير للجدل، يرى بعض العلماء أن إنسيلادوس يمكن أن يكون شابًا بشكل ملحوظ.

إن الاختباء في كميات كبيرة من البيانات التي جمعتها المركبة الفضائية كاسيني هي تلميحات إلى أن زحل لم يولد بحلقاته المميزة. وبدلا من ذلك، أصبح العديد من العلماء الآن مقتنعين بذلك تشكلت الحلقات قبل بضع مئات الملايين من السنين فقط. يشير بحث جديد يستخدم أجهزة الكمبيوتر العملاقة لمحاكاة عنف القمر على القمر إلى أن حلقات زحل تشكلت عندما اصطدم قمرين قديمين في الوقت الذي كانت فيه ديناصورات ستيجوصور تجوب الأرض. أدى هذا التحطم إلى تناثر مدار زحل بجحافل من الشظايا الجليدية. في حين قام العديد بتشكيل الحلقات، قام البعض الآخر بكسر الأقمار الموجودة و خلقت جديدة. وإذا كانت الحلقات فتية، فقد يكون إنسيلادوس وحفنة من الأقمار الأخرى فتية أيضًا.

قال: "يبدو أن الناس أصبحوا أكثر انفتاحًا على اعتبار أن الأقمار شابة". جاكوب كيجيريس، عالم أبحاث في مركز أبحاث أميس التابع لناسا في ماونتن فيو، كاليفورنيا، ومؤلف مشارك لدراسة تكوين الحلقة الأخيرة.

وفي تطور يدعم هذه الفكرة، تبين أن العلماء لا يعرفون عمر بعض أقمار زحل. وقال روثري: "قد يكون عمر إنسيلادوس بضع مئات الملايين أو عشرات الملايين من السنين فقط". إذا كان الأمر كذلك، فإن الحرارة الناتجة عن ولادته المحمومة ربما لا تزال تحافظ على سائل محيطه الصغير.

لكن قصة الأقمار الشابة ليست مؤكدة على الإطلاق، فالعدد الهائل من الحفر التي يعرضها الكثيرون يشير إلى أن الأقمار كانت موجودة لتجربة الفوضى التي تشبه الكرة والدبابيس في النظام الشمسي لعدة دهور. وقال نيمو: "أعتقد أن شيئًا غريبًا حدث في نظام زحل قبل بضع مئات الملايين من السنين". "لكن تخميني هو أن عمر جميع الأقمار الصناعية هو 4.5 مليار سنة."

عرافو الأقمار الصناعية

مع توقف مهمتي غاليليو وكاسيني منذ فترة طويلة، يعلق العلماء الآن آمالهم على مركبتين فضائيتين: مستكشف أقمار المشتري الجليدية التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، والذي تم إطلاقه مؤخرًا، ومركبة يوروبا كليبر التابعة لناسا، والتي لم يتم إطلاقها بعد. وسيصل كلاهما إلى كوكب المشتري في بداية العقد المقبل.

وهذا يعيدنا إلى أوروبا، القمر الذي فرض لأول مرة إعادة تصور للسياق الكوني الذي توجد فيه بحار الأرض.

أحد أهداف المركبة الفضائية كليبر – المقرر أن تطير في أكتوبر 2024 – هو (على حد تعبير قائمة أهداف البعثة) "لتأكيد" وجود محيط أوروبا. قال نيمو: "كان هناك الكثير من الجدل حول هذه الكلمة". يمكن أن يجد كليبر شيئًا آخر غير المحيط؛ قد يكون هناك بدلاً من ذلك بحر متجمد مملوء بجيوب من المياه الذائبة. وقال نيمو مازحا: "أو يمكن أن تكون طبقة رقيقة من الذهب". "أعتقد أنه من المؤكد بنسبة 99% أن هناك محيطًا هناك."

على افتراض أن كليبر يؤكد وجود محيط أوروبا، فإنه سيعمل على توصيف القمر والبحر الموجود تحت سطحه. وللقيام بذلك، ستبدأ المركبة الفضائية بمعرفة الجزيئات الموجودة على سطح القمر، وفي المحيط أدناه، إذا كان العلماء محظوظين. أثناء تحليقها بالقرب من القمر، سوف تبتلع كليبر أي غبار مجهري أو جليد أو بخار ماء ينبعث من سطح القمر. سيتم دراسة تلك الجسيمات من خلاله محلل الغبار السطحي الأداة: عندما تصطدم الحبوب بصفيحتها المعدنية، فإنها تتبخر ويتم شحنها كهربائيًا، مما يسمح للأداة بالكشف عن الهوية الكيميائية للحبوب.

الأمل هو أن تقوم الأعمدة بتنفيس محيط أوروبا بلطف إلى الفضاء، الأمر الذي من شأنه أن يجعل مهمة كليبر أسهل بكثير. قد تكون مثل هذه الأنابيب موجودة، لكنها لن تكون مثل تلك الموجودة على إنسيلادوس؛ وقد تكون متقطعة ومتفرقة جغرافيًا. أو قد لا تكون موجودة على الإطلاق - وفي هذه الحالة، الأمل هو أن تأثيرات النيازك الدقيقة قد تكسر القشرة الجليدية، وتحرر حساء المحيط وترشها باتجاه كليبر.

وقد يتبين أنه عندما يتعلق الأمر بالبقاء دافئًا، فإن أوروبا والأقمار الأخرى تعتمد على حيل كيميائية ليست غريبة كما قد نتوقع. وقال سوري: "في الشتاء، نقوم بتمليح الطرق لخفض درجة حرارة الذوبان". ربما يكون محيط أوروبا مالحًا بشكل خاص، مما قد يقلل من نقطة التجمد. ومع ذلك، قد تكون المركبات الأخرى مضادة للتجمد أكثر فعالية - "الأمونيا على وجه الخصوص"، كما قال سوري، والتي تكون أكثر وفرة بعيدًا عن وهج الشمس المتبخر.

المد والجزر والنشاط الإشعاعي والكيمياء والشباب: عندما يتم خلط هذه المكونات بالطريقة الصحيحة، يمكن أن تنتج - وتحافظ على - المحيطات على هذه الأقمار الجليدية. وقال هويت: "مع كل هذه الأشياء، لا أعتقد أن الأمر كذلك". قد تكون الوصفة المحددة لكل قمر صناعي مختلفة. قد تكون هناك مئات الطرق لتكوين قمر جليدي مملوء بالمحيطات.

وقال كيفيلسون إن اكتشاف المحيط السري لأوروبا "غير بالفعل طريقة تفكير الناس في الأقمار". وقد وضع العلم على مسار لتحديد ما إذا كانت أشكال الحياة الغريبة قد تسكن هذه البحار الغريبة، وربما يؤدي إلى اكتشاف من شأنه أن يغير إلى الأبد مفهومنا عن مكاننا في الكون.

كوانتا تجري سلسلة من الدراسات الاستقصائية لخدمة جمهورنا بشكل أفضل. خذ خاصتنا مسح قارئ الفيزياء وسيتم إدخالك للفوز مجانا كوانتا بضائع.