مناطق صالحة للسكن محتملة خارج الأرض

Linas Juozenas

المحيطات تحت السطحية للأقمار (مثل أوروبا، إنسيلادوس) والبحث عن علامات الحياة

إعادة التفكير في صلاحية السكن

لعقود، كان علماء الكواكب يبحثون بشكل أساسي عن بيئات صالحة للسكن على الأسطح الأرضية المشابهة للأرض، على الأرجح في "منطقة جولديلوكس" حيث يمكن أن يوجد الماء السائل. ومع ذلك، أظهرت الاكتشافات الحديثة أقمارًا جليدية تحتوي على محيطات داخلية تحافظ عليها الحرارة الناتجة عن المد والجزر أو التحلل الإشعاعي، حيث يستمر وجود الماء السائل تحت قشور جليدية سميكة—بعيدة عن تأثير الإشعاع الشمسي. توسع هذه النتائج منظورنا حول الأماكن التي قد تزدهر فيها الحياة، من المناطق القريبة من الشمس (الأرض) إلى المناطق الباردة والبعيدة حول الكواكب العملاقة، بشرط وجود مصادر طاقة وظروف مستقرة.

أوروبا (تدور حول المشتري) وإنسيلادوس (تدور حول زحل) تبرزان كمرشحين رئيسيين: كل منهما يظهر أدلة قوية على محيطات مالحة تحت السطح، ومسارات طاقة حرارية مائية أو كيميائية، وإمكانية توفر المغذيات. دراسة هذه الأقمار، وأخرى مثل تيتان أو جانيميد، توحي بأن الصلاحية للسكن يمكن أن تنشأ بأشكال متعددة—متجاوزة الافتراضات التقليدية القائمة على السطح. أدناه، نوضح كيف تم اكتشاف هذه البيئات، وما هي الظروف المحتملة للحياة هناك، وكيف تهدف المهام المستقبلية إلى اكتشاف البصمات الحيوية.

2. أوروبا: محيط تحت الجليد

2.1 أدلة جيولوجية من فوياجر وجاليليو

أوروبا، أصغر قليلاً من قمر الأرض، لها سطح لامع من جليد الماء متقاطع بميزات خطية داكنة (شقوق، حواف، تضاريس فوضوية). أشارت الصور المبكرة من فوياجر (1979) وبيانات المسبار جاليليو الأكثر تفصيلاً (التسعينيات) إلى سطح شاب ونشط جيولوجيًا مع عدد قليل من الفوهات. هذا يشير إلى أن الحرارة الداخلية أو الانثناء المدّي قد يعيد تشكيل قشرتها، وأن محيطًا تحت قشرة جليدية قد يوجد—مما يحافظ على تضاريس جليدية ناعمة و"فوضوية".

2.2 التسخين المدّي والمحيط تحت السطحي

أوروبا محاصرة في رنين لابلاس مع آيو وجانيميد، مما يسبب تفاعلات مدية تثني داخل أوروبا في كل مدار. هذا الاحتكاك يولد حرارة تمنع المحيط من التجمد. تقترح النماذج الحالية:

سمك القشرة الجليدية: من بضعة كيلومترات إلى حوالي 20 كم، رغم أن التقدير الشائع يتراوح بين 10 و15 كم.
طبقة الماء السائل: قد تكون عميقة من 60 إلى 150 كم، مما يعني أن أوروبا قد تحتوي على ماء سائل أكثر من جميع محيطات الأرض مجتمعة.
الملوحة: من المحتمل أن يكون المحيط مالحًا وغنيًا بالكلوريد (محاليل NaCl أو MgSO₄)، كما تشير البيانات الطيفية والاستدلالات الجيوكيميائية.

التسخين المدّي يحافظ على المحيط من التجمد، بينما تساعد القشرة الجليدية العلوية على العزل والحفاظ على طبقات سائلة أدناه.

2.3 إمكانية وجود الحياة

للحياة كما نعرفها، تشمل المتطلبات الأساسية الماء السائل، ومصدر طاقة، والمغذيات الأساسية. على أوروبا:

الطاقة: التسخين المدّي، بالإضافة إلى احتمال وجود فتحات حرارية مائية في قاع البحر إذا كان الغلاف الصخري نشطًا جيولوجيًا.
الكيمياء: قد تتكون المؤكسدات على السطح الجليدي بفعل الإشعاع وتهاجر إلى الداخل عبر الشقوق، مما يغذي الكيمياء التأكسدية-الاختزالية. قد تكون الأملاح والمواد العضوية موجودة أيضًا.
البصمات الحيوية: يشمل الكشف المحتمل البحث عن جزيئات عضوية في المواد المطرودة من السطح، أو الشذوذات في كيمياء المحيط (مثل عدم التوازن الناتج عن الحياة).

2.4 المهام والاستكشاف المستقبلي

ستقوم مركبة يوروبا كليبر التابعة لناسا (الإطلاق في منتصف عقد 2020) بعدة تحليقات، لرسم خريطة سمك قشرة الجليد والكيمياء، والبحث عن نتوءات أو شذوذات في تركيب السطح. تم اقتراح مفهوم هبوط لأخذ عينات من المواد القريبة من السطح. إذا كانت الشقوق أو الفتحات تودع مواد المحيط تحت السطحي على الجليد، فإن تحليل هذه الرواسب قد يكشف عن آثار حياة ميكروبية أو مواد عضوية معقدة.

3. إنسيلادوس: قمر الينابيع الساخنة في زحل

3.1 اكتشافات كاسيني

إنسيلادوس، قمر صغير (~500 كم قطر) تابع لكوكب زحل، فاجأ العلماء عندما رصدت المركبة الفضائية كاسيني (منذ 2005) نتوءات من بخار الماء وحبيبات الجليد والمواد العضوية تنفجر بالقرب من منطقته القطبية الجنوبية ("خطوط النمر"). هذا يشير إلى وجود خزان داخلي من الماء السائل تحت قشرة رقيقة نسبيًا في تلك المنطقة.

3.2 خصائص المحيط

تكشف بيانات مطياف الكتلة عن:

ماء مالح في جزيئات النتوء، يحتوي على NaCl وأملاح أخرى.
المواد العضوية، بما في ذلك بعض الهيدروكربونات المعقدة، مما يعزز احتمال الكيمياء قبل الحيوية.
الشذوذات الحرارية: من المحتمل أن يكون التسخين المدّي مركزًا عند القطب الجنوبي، مما يدفع محيطًا تحت السطحيًا على الأقل في مناطق معينة.

تشير التقديرات إلى أن إنسيلادوس قد يحتوي على محيط عالمي تحت ~5–35 كم من الجليد، رغم أنه قد يكون أكثر سمكًا أو أقل في مناطق معينة. كما تشير الأدلة إلى تفاعلات مائية حرارية بين الماء ومعادن النواة الصخرية، مما يوفر مصادر للطاقة الكيميائية.

3.3 إمكانات القابلية للسكن

يحتل إنسيلادوس مرتبة عالية من حيث قابلية السكن:

الطاقة: التسخين المدّي بالإضافة إلى فتحات مائية حرارية محتملة.
الماء: محيط ملحي مؤكد.
الكيمياء: عضويات في النتوءات، وأملاح متنوعة.
الوصول: تنفث النتوءات النشطة مواد المحيط إلى الفضاء، حيث يمكن للمركبات الفضائية أخذ عينات مباشرة دون الحاجة للحفر.

تشمل المهام المقترحة تصميمات لمسبار مدار أو هبوط لتحليل مواد النتوءات بحثًا عن جزيئات عضوية معقدة أو توقيعات نظيرية تدل على عمليات الحياة.

4. أقمار وأجسام جليدية أخرى مع محيطات تحت سطحية محتملة

4.1 غانيميد

غانيميد، أكبر أقمار المشتري، من المحتمل أن يكون له باطن متعدد الطبقات مع محيط داخلي محتمل. تشير قياسات المجال المغناطيسي التي أجراها جاليليو إلى وجود طبقة موصلة تحت السطح من الماء المالح. قد يكون محيطه محصورًا بين طبقات متعددة من الجليد. على الرغم من كونه أبعد عن المشتري، فإن التسخين المدّي أقل حدة، لكن التحلل الإشعاعي والحرارة المتبقية قد يحافظان على طبقات سائلة جزئية.

4.2 تيتان

أكبر قمر لـ زحل تيتان لديه غلاف جوي كثيف من النيتروجين، وبحيرات هيدروكربونية سائلة على السطح، ومحيط داخلي محتمل من الماء/الأمونيا. أشارت بيانات كاسيني إلى وجود شذوذات جاذبية تتوافق مع داخل سائل. بينما السوائل السطحية هي الميثان/الإيثان، قد يكون محيط تيتان تحت السطحي (إذا تم تأكيده) قائمًا على الماء، مما يوفر ساحة ثانية محتملة للحياة.

4.3 تريتون، بلوتو، وآخرون

تريتون (قمر نبتون الذي تم التقاطه من حزام كويبر) قد يحتوي على محيط داخلي من التسخين المدّي بعد التقاطه. الكوكب القزم بلوتو (الذي درسته مهمة نيو هورايزنز) ربما لديه داخل جزئي سائل. قد تحافظ العديد من الأجسام العابرة لنبتون على محيطات عابرة أو مجمدة جزئيًا، رغم أن التأكيد المباشر صعب. فكرة أن عدة أجسام في النظام الشمسي خارج المريخ قد تستضيف مياهًا تحت سطحية توسع البحث عن علامات الحياة.

5. البحث عن علامات الحياة

5.1 مؤشرات الحياة

علامات محتملة للحياة في المحيطات تحت السطح تشمل:

عدم التوازن الكيميائي: مثل وجود مؤكسدات ومختزلات متعايشة بتركيزات من غير المحتمل أن تكون ناتجة عن عمليات لامحيطة فقط.
الجزيئات العضوية المعقدة: الأحماض الأمينية، الدهون، أو الهياكل البوليمرية المتكررة في السحب أو المواد المطرودة.
نسب النظائر: نظائر الكربون أو الكبريت التي تنحرف عن أنماط التجزئة اللامحيطة النموذجية.

نظرًا لأن هذه المحيطات تقع تحت عدة كيلومترات من الجليد، فإن أخذ عينات مباشرة صعب. ومع ذلك، توفر إنسيلادوس منابعه أو أوروبا احتمالية التهوية عينات يمكن الوصول إليها. تهدف الأجهزة المستقبلية إلى اكتشاف أدنى مستويات من المركبات العضوية، أو هياكل شبيهة بالخلايا، أو توقيعات نظيرية فريدة في الموقع.

5.2 المهمات الميدانية ومفاهيم الحفر

تقترح مقترحات مسبار أوروبا أو مسبار إنسيلادوس حفر بضعة سنتيمترات أو أمتار في الجليد الطازج أو جمع مواد من السحب لتحليل مختبري متقدم (مثل GC-MS، التصوير المجهري). على الرغم من العقبات التكنولوجية (خطر التلوث، الإشعاع القاسي، الطاقة المحدودة)، يمكن لمثل هذه المهمات أن تؤكد أو تنفي بشكل قاطع وجود أنظمة بيئية ميكروبية.

6. الأهمية الأوسع لعوالم المحيطات تحت السطحية

6.1 توسيع مفهوم المنطقة الصالحة للسكن

تقليديًا، المنطقة الصالحة للسكن تعني المسافات من النجم حيث يمكن لكوكب صخري أن يحافظ على الماء السائل على سطحه. اكتشاف المحيطات الداخلية التي تحافظ عليها الحرارة المدية أو الإشعاعية يعني أن الصلاحية للسكن قد لا تعتمد بالضرورة على الإشعاع النجمي المباشر. الأقمار حول الكواكب العملاقة — في نطاقات أبعد بكثير من مدارات "غولديلوكس" الكلاسيكية — قد تحتوي على حياة إذا كانت تمتلك المصادر الكيميائية والحرارية المناسبة. هذا يشير إلى أن أنظمة الكواكب الخارجية قد تحتوي أيضًا على أقمار خارجية صالحة للسكن تدور حول كواكب خارجية كبيرة، حتى في المناطق الخارجية للنجم.

6.2 علم البيئة الفلكية وأصول الحياة

دراسة هذه العوالم المحيطية تضيء مسارات تطورية بديلة محتملة. إذا كان بإمكان الحياة أن تنشأ أو تستمر تحت الجليد بدون ضوء الشمس، فهذا يعني أن توزيع الحياة الكوني قد يكون أوسع. تُعتبر الفتحات الحرارية المائية في قيعان محيطات الأرض غالبًا مواقع رئيسية لنشأة الحياة؛ قد تكرر نظائرها في قيعان محيطات أوروبا أو إنسيلادوس تلك الظروف—التدرجات الكيميائية التي تغذي الحياة الكيميائية التركيبية.

6.3 تداعيات على الاستكشاف المستقبلي

سيكون تحديد علامات حياة حاسمة على قمر جليدي اكتشافًا عميقًا، يثبت "نشأة ثانية" للحياة في نظامنا الشمسي. هذا سيشكل فهمنا لكونية الحياة، ويحفز المزيد من الاستكشافات الموجهة للأقمار الخارجية حول عمالقة الغاز في أنظمة نجمية بعيدة. المهمات التي تستهدف هذه البحار—مثل يوروبا كليبر التابعة لناسا، المدارات المقترحة لإنسيلادوس، أو تقنيات الحفر المتقدمة—ضرورية لهذا الحدث القادم في علم الأحياء الفلكي.

7. الخاتمة

تشكل المحيطات تحت السطحية في الأقمار الجليدية مثل أوروبا وإنسيلادوس بعضًا من أكثر المرشحين وعدًا لـ الصلاحية للسكن خارج الأرض. يشير التفاعل بين التسخين المدّي، العمليات الجيولوجية، والطاقة الحرارية المائية المحتملة إلى أن هذه البحار الخفية قد تستضيف أنظمة بيئية ميكروبية، رغم بعدها عن دفء الشمس. قد تمتلك أجسام أخرى—غانيميد، تايتان، وربما تريتون أو بلوتو—طبقات مائية مماثلة، كل منها بتركيبة كيميائية وإعدادات جيولوجية فريدة.

إن البحث عن علامات الحياة في هذه المواقع يتضمن تحليل المواد المنبعثة من السحب أو تصور مركبات هبوط/اختراق مستقبلية قادرة على أخذ عينات من تحت الجليد. اكتشاف الحياة أو حتى الكيمياء ما قبل الحياتية القوية داخل هذه المحيطات سيحدث ثورة في فهمنا لتوزيع الحياة الكوني ومرونة بيئات الحياة. مع استمرار الاستكشاف، تتسع فكرة أن "الصلاحية للسكن" تقتصر فقط على البيئات السطحية في المنطقة الصالحة للسكن الكلاسيكية، مؤكدة أن الكون قد يحمل الحياة في أماكن غير متوقعة بعيدًا عن مدار الأرض.

المراجع والقراءات الإضافية

كيفلسون، م. ج.، وآخرون (2000). "قياسات مقياس المغناطيس لجاليليو: حالة أقوى لمحيط تحت السطح في أوروبا." ساينس، 289، 1340–1343.
بوركو، س. س.، وآخرون (2006). "كاسيني تراقب القطب الجنوبي النشط لإنسيلادوس." ساينس، 311، 1393–1401.
سبون، ت.، & شوبيرت، ج. (2003). "المحيطات في أقمار جاليليو الجليدية حول المشتري؟" إيكاروس، 161، 456–467.
باركنسون، س. د.، وآخرون (2007). "إنسيلادوس: ملاحظات كاسيني وتداعياتها على البحث عن الحياة." علم الأحياء الفلكي، 7، 252–274.
هاند، ك. ب.، & تشيبا، س. ف. (2007). "قيود تجريبية على ملوحة محيط أوروبا وتداعياتها على قشرة جليدية رقيقة." إيكاروس، 189، 424–438.

← المقال السابق المقال التالي →

العودة إلى الأعلى

العودة إلى المدونة

البلد/المنطقة

لغة