تیتان، ماه کیوان، جو غلیظش را از کجا آورده؟

* تیتان، ماه سیاره ی کیوان بسیار مورد علاقه ی اخترزیست‌شناسان است زیرا شیمی و چرخه ی مایع هایش ما را به یاد جوانی زمین خودمان، پیش از رویش زندگی بر آن می اندازد.

یک دهه پیش، یک کاوشگر کوچک ولی پرتوان به درون جو غلیظ و چگال تیتان نفوذ کرد. این کاوشگر که هویگنس نام داشت، با گذر از این جو به سطح سیاره رسید و تمام راه پیش از فرودش را به تصویر کشید. هویگنس تا بیش از یک ساعت پس از فرودش هم زنده ماند و داده هایی را به فضاپیمای مدارگرد کاسینی ناسا فرستاد تا آن ها را برای بررسی بیشتر به دست دانشمندان برساند.
جو مه آلود تیتان به طور کامل سطح این ماه را در طول موج های دیدنی (مریی) پنهان کرده است. در این عکس، یک ماه کوچک تر
به نام تتیس هم پشت تیتان دیده می شود
در ماموریت های درازمدت، گاهی چند سال زمان می برد تا همه ی داده های گرد آمده توسط کاوشگرها بررسی شود زیرا این داده ها به اندازه ای فراوانند که پژوهشگران باید در میانشان به کاوش بپردازند. اکنون یک دهه از فرود هویگنس گذشته و ما تازه می خواهیم بر پایه ی مشاهدات هویگنس در ژانویه ی ۲۰۰۵، به چگونگی پیدایش جو تیتان پی ببریم.

به گفته ی کریستوفر گلن، یک پژوهشگر پسادکترا در دانشگاه تورنتوی کانادا، این داده ها می توانند دانشمندان را در پیدا کردن پاسخی برای این پرسش که تیتان چنین جو چگالی را از کجا آورده یاری رسانند.

بر پایه ی یک سناریو که تا پیش از فرود هویگنس رایج تر از همه بود، این ماه نیتروژن، متان، و گازهای کمیابش (گازهای بی اثر، نجیب، هوپد) را در زمان شکل گیری سامانه ی خورشیدی از موادی که در محیط سامانه شناور بودند به دست آورد. یک نظریه ی دیگر -که خود گلن هم پشتیبان آنست- می گوید که این جو دستاورد کُنش های هیدروگرمایی (هیدروترمال) در دل خود تیتان است.

گلن می گوید: «این انگاره ایست که من رویش کار می کنم: تولید گاز درون خود تیتان.» پژوهشنامه ی وی درین باره در نشریه ی ایکاروس منتشر شده است.

در جستجوی گازهای کمیاب
کاوشگر هویگنس یکی از ایزوتوپ های آرگون - یک گاز بی اثر که درون جو زمین هم پیدا می شود- را یافت که به نظر می رسید درون هسته ی سنگی تیتان ساخته شده. آرگون-۴۰ یک ایزوتوپ پرتوزا است که از واپاشی هسته ای پتاسیم-۴۰ پدید می آید. به گفته ی گلن، این گاز در دل تیتان ساخته شده و سپس به روشی، به درون جو راه یافته بوده، حال از راه دریچه ها و یا از راه یخ فشان ها (آتشفشان هایی که آمیزه ی یخ و آب مایع بیرون می‌افشانند- cryovolcanism).

دریاچه های تیتان از چشم کاسینی
تصویر بزرگ تر
چگونگی آزاد شدن این گاز نمادی است از فرآیندهای زمین‌شناختی که بستگی به ساختار درون تیتان دارند. حتی شاید تیتان از آن چه پنداشته می شود گرم تر باشد. به پیش بینی برخی از مدل ها، درون تیتان باید گرم باشد، ولی در آن صورت ساختارش می بایست لایه لایه باشد.

این می تواند بدین معنی باشد که تیتان دارای یک هسته ی داغ سنگی است (یا زمانی بوده) که با اقیانوسی در بر گرفته شده و یک پوسته ی یخی بر روی آن جای گرفته. به گفته ی گلن، این همانند ساختاریست که برای گانیمد، ماه مشتری و بزرگ ترین ماه در سامانه ی خورشیدی پنداشته شده، و نیز متفاوت با کالیستو، دیگر ماه بزرگ مشتری است که ساختاری عمدتا یکپارچه دارد. [بخوانید: * ساندویچ اقیانوسی زیر سطح گانیمد، ماه سیاره مشتری]

گلن می افزاید: «در این مورد هم‌رایی وجود ندارد. مشاهدات کلیدی مربوط به میدان گرانشند- که به ما می گوید به هنگام شکل گیری و فرگشت تیتان، چقدر گسستگی جرمی در آن رخ داده بوده. اگر یک هسته ی سنگی با لایه ی اقیانوس و پوسته ی یخی در کار باشد، پس گسستگی و جدایی بزرگی در پیکر آن وجود خواهد داشت. ولی ما درباره ی تیتان دچار سردرگمی میان گانیمد و کالیستو هستیم و هنوز اندیشه ای قطعی نداریم.»

سهم گلن در آگاهی هایی درباره ی ریشه ی جو تیتان، ارایه ی یک نمایش ریاضی از ژئوشیمی عناصر گریزا یا فرّار آن با این فرض بود که پیکره ی تیتان لایه ای است و گازهای بی اثرش از هسته ی سنگی آن ریشه گرفته اند.

همانندی ها و تفاوت ها با ماه های مشتری
گلن چنین فرض کرد که اجزای سازنده ی تیتان می بایست دارای ساختار شیمیایی همانند یک گونه ی خاص از یخ باشند که بازتابگر مواد آغازین سامانه ی خورشیدی است، مانند یخ دنباله دارها. دی اکسید کربن و آمونیاک یافته شده در این اجرام کوچک (دنباله دارها) اگر در یک سامانه ی هیدروگرمایی پخته شوند می توانند متان و نیتروژن تولید کنند. امکان دارد نیتروژن و متانی که اکنون در جو تیتان است از انجام همین فرآیند در دل آن ریشه گرفته باشد.

به گفته ی گلن، برخی از گازهای بی اثر از نظر سرعت شکل گیری بسیار همانند متان و نیتروژن که جو تیتان را ساخته اند رفتار می کنند. برای نمونه، رفتار نیتروژن همانند آرگون است و رفتار متان همانند کریپتون. همانندی این گازهای بی اثر به گلن اجازه داد تا مقدار نیتروژن و متانی که می تواند از هسته ی سنگی به جو وارد شود -یعنی فاصله ی دستکم ۵۰۰ کیلومتر را بپیماید- را برآورد کند.

برای نمونه، مدل های استاندارد نشان می دهند بویی که هویگنس از آرگون-۳۶ ردیابی کرد به اندازه ای بود که اگر تنها ۲ درصد از کل مقدار آرگون هسته هم به بالا آمده باشد می تواند وجود آن در جو را توضیح دهد. به همین روند، نیتروژن هم می بایست تنها ۲ درصدش به بیرون درز کرده باشد که برای توضیح مقدار نیتروژنی که در جو تیتان یافته ایم بسنده می کند. وی برای برآورد درصد بروندهی متان هم از کریپتون بهره گرفت و به نتیجه ای همانند آن ها دست یافت.

چالش کار اینجاست که بیشتر بررسی ها بر پایه ی یک ماموریت (هویگنس) و تنها چند ساعت داده انجام شده. با آن که فضاپیمای کاسینی همچنان به گونه ی منظم از کنار تیتان می گذرد، ولی افزون بر فاصله ی بیشتر، حس‌مندی دستگاه هایش هم به اندازه ی کافی نیست که دانشمندان بتوانند با آن ها گازهای بی اثر [در جو تیتان] را به گونه ی دقیق سنجیده و از این راه، داده های هویگنس را بهبود ببخشند. به همین روند، رصدهای تلسکوپی هم دشوارند زیرا تیتان برای چنین سنجش های سخت و دقیقی بسیار از زمین دور است.
برداشت هنری از هویگنس در حال نزدیک شدن به تیتان
تصاویر واقعی را اینجا ببینید: * نماهای تازه از فرود تاریخی کاوشگر هویگنس بر تیتان * فیلم فرود کاوشگر هویگنس بر سطح تیتان
گلن می گوید: «من فکر می کنم سرانجام ناچار خواهیم شد در آینده ی نزدیک کاوشگر دیگری، چیزی مانند یک خودرو را به تیتان، و چه بسا کاوشگرهای بیشتری را هم به سامانه ی مشتری بفرستیم. اطلاعات سودمندی در آنجاها پیدا خواهد شد.»

وی می افزاید: «یکی از موضوع های بعدی، تلاش برای یافتن پاسخ این پرسش است که چرا گانیمد و کالیستو مانند تیتان جو ندارند.»«اگر ما بتوانیم داده های بیشتری به ویژه از گانیمد به دست آوریم، می توانیم این مدل را بیازماییم و به یک شناخت کلی از ماجرا دست پیدا کنیم. این برای آزمودن پنداشت (فرضیه ی) سامانه ی خورشیدی هیدروگرمایی هم یک گام کلیدی خواهد بود. بر پایه ی این پنداشت، کنش های گرمایی در دل ماه های یخی به آب مایع اجازه ی دوام، و راه اندازی ترادیسی های ژئوشیمیایی کربن و نیتروژن را دادند. این می توانسته زمینه را برای پیدایش زندگی زیرسطحی فراهم کند.»

به گفته ی گلن، فضاپیمای جونو (Juno) که در سال ۲۰۱۶ به سیاره ی مشتری خواهد رسید می تواند در سنجش فراوانی سرتاسری آب های مشتری و توضیح این که چگونه ماه های آن از ابر گازی زاینده ی این سیاره ساخته شدند به ما کمک کند. همچنین کاوشگر ماه های یخی مشتریِ سازمان فضایی اروپا (JUICE) هم که در دهه ی ۲۰۳۰ بررسی چندین ماه یخ زده ی مشتری را خواهد آغازید، می تواند اطلاعات بیشتری درباره ی شیمی و ساختار درونی گانیمد به ما بدهد.


واژه نامه:
Titan - moon - Saturn - astrobiologist - liquid cycle - Earth - Huygens - NASA - Cassini spacecraft - Christopher Glein - University of Toronto - nitrogen - methane - noble gas - solar system - hydrothermal activity - journal Icarus - isotope - argon - rocky core - Argon-40 - radioactive - radioactive decay - potassium-40 - venting - cryovolcanism - volcano - icy shell - Jupiter - satellite - Ganymede - Callisto - gravity field - volatile element - geochemistry - Jovian moons - carbon dioxide - ammonia - krypton - argon-36 - carbon - Juno - JUICE - optical wavelength - Tethys -

منبع: Space.com

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه