لماذا قد تكون هناك محيطات داخل الكواكب القزمة خارج بلوتو؟

ساحل بحر الشمال على الأرض، بما في ذلك أكوام دونكانسبي في كيثنيس. (© جورج / أدوبي ستوك)

كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن الأرض هي الكوكب الوحيد في نظامنا الشمسي الذي يحتوي على محيط، لكنها بدأت تبدو كما لو أن هناك محيطات تحت الأرض حتى داخل أكثر الأجسام الجليدية إثارة للدهشة.

في الواقع، يبدو أن الأقمار الجليدية والكواكب القزمة في النظام الشمسي الخارجي تحتوي على محيطات سائلة تحت طبقات من الجليد السميك. تشير الأبحاث الحديثة إلى إمكانية وجود محيطات داخل الأجسام خارج كوكب بلوتو. وهذا أمر مثير للدهشة، حيث أن درجة حرارة سطح هذه الأجسام أقل بكثير من -200 درجة مئوية.

قبل سبعين عامًا، بدا من المعقول أن الغلاف الجوي المشبع بالبخار لكوكب الزهرة كان يخفي محيطًا عالميًا عن أعيننا. تم إبطال هذه الفكرة في عام 1962 عندما حلقت المركبة الفضائية مارينر 2 بالقرب من كوكب الزهرة ووجدت أن سطحه ساخن جدًا بحيث لا يسمح بوجود الماء السائل.

لم يمض وقت طويل قبل أن ندرك أن أي محيطات ربما كانت موجودة في كوكب الزهرة والمريخ قد اختفت منذ مليارات السنين بسبب التغيرات الكبيرة في مناخاتها.

تسخين المد والجزر
إن الثورة في التفكير التي مهدت الطريق لرؤيتنا الجديدة لمحيطات النظام الشمسي يمكن إرجاعها إلى ورقة بحثية كتبها عالم الفيزياء الفلكية ستان بيل عام 1979. تنبأ هذا بأن القمر الكبير الأعمق لكوكب المشتري، آيو، سيكون ساخنًا جدًا في الداخل لدرجة أنه يمكن أن يكون نشطًا بركانيًا.

مصدر الحرارة الذي يجعل هذا ممكنًا هو تأثير الجاذبية، وهو سحب مد وجزر متكرر بين آيو والقمر التالي من كوكب المشتري، أوروبا. يكمل أوروبا مدارًا واحدًا بالضبط مقابل مداري آيو. وبالتالي، يتفوق آيو على أوروبا بعد كل دورتين، ويتلقى قوة مد وجزر متكررة بانتظام من أوروبا، مما يمنع مدار آيو من أن يصبح دائريًا.

وهذا يعني أن المسافة بين آيو والمشتري تتغير باستمرار، وبالتالي فإن قوة قوة المد والجزر الأقوى بكثير من المشتري، والتي تشوه شكل آيو في الواقع.

يؤدي التشويه المد والجزر المتكرر لداخله إلى تسخين Io عن طريق الاحتكاك الداخلي، بنفس الطريقة التي يحدث بها إذا قمت بثني سلك صلب ذهابًا وإيابًا عدة مرات ثم لمست الجزء المنحني حديثًا بشفتك (جرب ذلك باستخدام شماعة معطف أو مشبك ورق). ، سوف تكون قادرًا على الشعور بالدفء.

تم التحقق من صحة تنبؤات بيل بارتفاع حرارة المد والجزر بعد أسبوع واحد فقط من نشرها عندما أرسلت فوييجر-1، وهي أول رحلة طيران متطورة بالقرب من كوكب المشتري، صورًا لبراكين تندلع على آيو.

آيو هو عالم صخري، لا يوجد به ماء بأي شكل من الأشكال، لذلك قد يبدو أن هذا لا علاقة له بالمحيطات. ومع ذلك، فإن قاطرة المد والجزر Jupiter-Io-Europa تعمل في كلا الاتجاهين. يتم تسخين أوروبا مديًا أيضًا، ليس فقط بواسطة آيو، ولكن أيضًا بواسطة القمر التالي، جانيميد.

عوالم المحيطات، مع الماء السائل الموضح باللون الأزرق. في اتجاه عقارب الساعة من أعلى اليسار: أوروبا، جانيميد، كاليستو، إنسيلادوس. (الصورة: ناسا)

يوجد الآن دليل قوي جدًا على أنه يوجد محيط يبلغ عمقه 100 كيلومتر بين القشرة الجليدية لأوروبا وداخلها الصخري. قد يحتوي جانيميد على ما يصل إلى ثلاث أو أربع طبقات سائلة، محصورة بين طبقات الجليد. في هذه الحالات، من المحتمل أن تكون الحرارة التي تمنع الماء السائل من التجمد هي في الغالب مدية المنشأ.

هناك أيضًا دليل على وجود منطقة مياه مالحة سائلة داخل كاليستو، وهو القمر الخارجي الكبير لكوكب المشتري. من غير المرجح أن يكون هذا بسبب تسخين المد والجزر، ولكن بدلاً من ذلك ربما يرجع ذلك إلى الحرارة الناتجة عن اضمحلال العناصر المشعة.

يمتلك زحل قمرًا جليديًا صغيرًا نسبيًا (نصف قطره 504 كم) يسمى إنسيلادوس، وله محيط داخلي بفضل تسخين المد والجزر الناتج عن التفاعل مع القمر الأكبر المسمى ديوني. نحن على يقين تام من أن هذا المحيط موجود لأن قشرة إنسيلادوس الجليدية تتأرجح بطريقة ممكنة فقط لأن هذه القشرة ليست ثابتة في باطنه الصلب.

علاوة على ذلك، تم أخذ عينات من الماء والمكونات النزرة من هذا المحيط الداخلي بواسطة المركبة الفضائية كاسيني. وتشير قياساتها إلى أن مياه المحيط على سطح إنسيلادوس لا بد أنها تفاعلت مع الصخور الدافئة الموجودة تحت قاع المحيط، وأن الكيمياء الموجودة هناك تبدو مناسبة لدعم الحياة الميكروبية.

المحيطات الأخرى
ومن المثير للدهشة، أنه حتى بالنسبة للأقمار التي لا ينبغي أن تحتوي على تسخين مد وجزر، وبالنسبة للأجسام التي ليست أقمارًا على الإطلاق، فإن الأدلة على وجود المحيطات الداخلية تستمر في التزايد. تتضمن قائمة العوالم التي قد تحتوي، أو ربما كانت بها، محيطات داخلية عدة أقمار لأورانوس، مثل آرييل، وتريتون، وهو أكبر قمر لنبتون، وبلوتو.

واحدة من أفضل الصور لدينا أو ارييل. (الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث)

قد يكون أقرب محيط داخلي إلى الشمس موجودًا داخل الكوكب القزم سيريس، على الرغم من أنه ربما يكون متجمدًا إلى حد كبير الآن، أو قد يتكون فقط من الحمأة المالحة.

ما يثير الدهشة بشكل خاص بالنسبة لي هو المؤشرات التي تشير إلى وجود عوالم محيطية تتجاوز كوكب بلوتو. تأتي هذه النتائج من النتائج المنشورة مؤخرًا من تلسكوب جيمس ويب الفضائي الذي يبحث في نسب النظائر المختلفة (الذرات التي تحتوي على عدد أكبر أو أقل من الجسيمات التي تسمى النيوترونات في نواتها) في الميثان المتجمد الذي يغطي إيريس وماكيماكي، وهما كوكبان قزمان أصغر قليلاً و أبعد بكثير من بلوتو.

يدعي المؤلفون أن ملاحظاتهم هي دليل على التفاعلات الكيميائية بين مياه المحيط الداخلية وصخور قاع المحيط، وكذلك على أعمدة من الماء حديثة العهد إلى حد ما، وربما حتى في يومنا هذا. يقترح المؤلفون أن الحرارة الناتجة عن تحلل العناصر المشعة في الصخور كافية لشرح كيفية إبقاء هذه المحيطات الداخلية دافئة بما يكفي لتجنب التجمد.

نطاقات الظروف الحالية المحتملة المقترحة في Eris وMakemake. (الصورة: معهد أبحاث الجنوب الغربي)

قد تتساءل عما إذا كان كل هذا يمكن أن يعزز فرصنا في العثور على حياة غريبة. يحزنني أن أفسد الحفلة، ولكن كانت هناك العديد من الأوراق البحثية في مؤتمر علوم القمر والكواكب هذا العام في هيوستن (11-15 مارس) تفيد بأن الصخور الموجودة أسفل قاع محيط أوروبا يجب أن تكون قوية جدًا بحيث لا يمكن أن تكسرها العيوب. إنشاء نوع من الينابيع الساخنة (الفتحات الحرارية المائية) في قاع المحيط والتي غذت الحياة الميكروبية على الأرض المبكرة.

ومن الممكن أن تكون المحيطات الأخرى تحت الأرض غير مضيافة بالمثل. ولكن حتى الآن، لا يزال هناك أمل.

المؤلف
ديفيد روثيري، أستاذ علوم الأرض الكوكبية، الجامعة المفتوحة

(المصدر: المحادثة)