آیا در سیارات بیگانه، یخ‌هایی عجیب مواد غذایی را به اقیانوس‌های مخفی حمل می‌کنند؟

طبق پژوهشی جدید، هرگونه حیات بیگانهٔ بالقوه در سیارات اقیانوسی می‌تواند مواد غذایی حیاتی خود را، که از هستهٔ مذاب سیاره می‌آید، از طریق لایه‌های ضخیم گونه‌ای عجیب از یخ با فشار بالا دریافت کند که می‌تواند نمک‌ها را انتقال دهد.

آب یکی از متداول‌ترین مولکول‌های کیهان است و سیاراتی که سرتاسر آن‌ها با اقیانوس‌هایی به عمق صدها کیلومتر پوشیده شده است، به احتمال زیاد بسیار بیشتر از سیارات «خشک‌تر» مانند زمین باشند. سیاره‌های آبی از این دست شامل چندین سیاره در منظومهٔ TRAPIST-1 و همچنین GJ 1214b و Kepler-62e و Kepler-62f می‌شوند.

شرایط محیطی در کف این اقیانوس‌ها بسیار شدید است و آب به اندازه‌ای فشرده می‌شود که گونه‌ای یخ فشار بالا به اسم یخ ۷ (Ice VII) به وجود می‌آید. مولکول‌های یخ ۷ در یک ساختار کریستالی مکعبی منظم می‌شوند و نیاز به فشار بیشتر از ۳ گیگاپاسکال (تقریبا ۲۹٬۰۰۰ اتمسفر) و دمای بالاتر از ۳۵۰ درجهٔ سلسیوس دارند.

با این حال، دانشمندان مطمئن نبودند که نمک‌ها و دیگر مواد غذایی می‌توانند از یک هستهٔ سنگی در مرکز سیاره و از طریق گوشتهٔ یخ ۷ به اقیانوس مایع برسند ــ و دوباره به هسته باز گردند. یخ معمولی هنگام شکل‌گیری نمک‌ها را از خود خارج می‌کند، اما یک مدلسازی جدید نشان می‌دهد که یخ ۷ می‌تواند کریستال‌های نمک را در خود نگه دارد.

خصوصا این پژوهش نشان می‌دهد که یخ ۷ می‌تواند تا ۲٫۵ درصد وزنی سدیم کلرید، نمک طعام، در خود نگه دارد. حضور نمک نقطهٔ ذوب یخ را کم، آن را نرم و در نتیجه کمک می‌کند تا جریان‌های همرفتی گرمایی باعث بالا رفتن یخ شوند.

ژان الکسیس هرناندز (Jean-Alexis Hernandez)، دانشمند تاسیسات تابش سنکروترون اروپا در فرانسه و سرپرست این پژوهش، می‌گوید «انتقال یخ می‌تواند نه تنها از پایین به بالا، بلکه از بالا به پایین نیز باشد. یخ گرم در کف پوسته از لحاظ گرانشی ناپایدارتر می‌شود، چون به خاطر گرم‌تر بودن از یخ‌های اطراف خود چگالی کمتری دارد، که باعث می‌شود به بالا حرکت کند. یک جریان سرتاسری شکل می‌گیرد و به علت اختلاف دما بین بالا و پایین پوسته حفظ می‌شود.»

این جریان مواد غذایی و نمک‌های لازم برای بیوشیمی را بازیافت می‌کند. در حالی که حضور این جریان‌ها تضمین نمی‌کند که حیات در اقیانوس‌های این سیارات آبی وجود دارد، اما احتمال قابل سکونت بودن این دنیاها را افزایش می‌دهد.

باتیست ژورنو (Baptiste Journaux)، استاد دپارتمان علوم زمین و فضا در دانشگاه واشینگتن در سیاتل که نقشی در این پژوهش نداشته است، می‌گوید «این یافته‌ها تعداد کاندیدهای سیاره‌ای قابل سکونت را با اضافه کردن ابر-زمین‌های دارای پوستهٔ یخ با فشار بالا، افزایش می‌دهد.»

همچنین این نتایج می‌توانند بینش‌هایی تازه را دربارهٔ خانهٔ خود ما به ارمغان آورند. بیشترین شباهت با سیارات اقیانوسی را در منظومهٔ خورشیدی می‌توان در قمرهای مشتری و زحل پیدا کرد.

با این که بسیاری از این قمرها کوچکتر از آن هستند که یخ با فشار بالا در آن‌ها شکل بگیرد، بزرگ‌ترین‌های آن‌ها ــ کالیستو و گانیمدِ مشتری و تایتانِ زحل ــ به قدری پرجرم هستند که گوشته‌ای از یخ ۶ در آن‌ها ایجاد شود؛ با فشاری به اندازهٔ ۱ گیگاپاسکال (حدود ۱۰٬۰۰۰ اتمسفر).

با این که یخ ۶ حلال نیست، پژوهشگران پیش‌تر کانی‌های نمکی آبداری را در لکه‌هایی روی سطح برخی از قمرهای منجمد مشتری و زحل یافته‌اند؛ احتمالا این نمک‌ها از اقیانوس‌های زیر سطوح یخی قمرها بالا آمده‌اند.

دانشمندان باور دارند این یافته‌ها نشان می‌دهند که گونه‌ای انتقال نمک در این قمرها جریان دارد. در منظومهٔ مشتری، برخی از این قمرها یک میدان مغناطیسی القایی دارند که از اندرکنش بین اقیانوس‌های زیرسطحی شور و هادی الکتریسیتهٔ آن‌ها و میدان مغناطیسی عظیم مشتری ریشه می‌گیرند.

به گفتهٔ هرناندز «نمک‌ها همچنان نقش مهمی در این اجرام ایفا می‌کنند چون مرزهای فازی [نواحی گذار بین سنگ، یخ و مایع] و خصوصیات آب را تغییر می‌دهند؛ آبی که به شدت بر دینامیک پوستهٔ یخی و اقیانوس‌های این قمرهای منجمد تاثیر دارد.»

بنابراین طبق گفتهٔ ژرنو، کالیستو، گانیمد و تایتان در حال حاضر بهترین مکان‌ها برای آزمایش مدل‌های ژئولوژیکی توصیف کنندهٔ تراوایی یخ‌های فشار بالا هستند.

دانشمندان به زودی انبوهی از داده‌های جدید را از ماموریت کاوشگر قمرهای منجمد مشتری (Jupiter Icy Moons Explorer - JUICE) در اختیار خواهند داشت. آژانس فضایی اروپا این ماموریت را در سال ۲۰۲۳ به فضا ارسال می‌کند.

JUICE در ادامه از پشتیبانی ماموریت سال ۲۰۲۴ ناسا به نام اروپا کلیپر (Europa Clipper) ــ که در سال ۲۰۲۴ به فضا پرتاب می‌شود و از قمرهای گانیمد، کالیستو و اروپا دیدار می‌کند ــ و ماموریت ۲۰۲۷ هلیکوپتر دراگون‌فلای (Dragonfly) ناسا روی تایتان، برخوردار خواهد شد.

ژورنو می‌گوید «داده‌هایی که از قمرهای منجمد دریافت خواهیم کرد، کمک بزرگی به فهم ما از نقش گوشته‌های یخی فشار بالا در کنترل ترکیب و قابلیت سکونت اقیانوس‌های فراخورشیدی خواهند کرد.»

با این وجود، کاوش‌هایی مشابه روی سیارات فراخورشیدی غیر ممکن نیستند. پس فعلا تعیین سکونت‌پذیری سیاره‌های اقیانوسی تا حد زیادی یک مسالهٔ مدلسازی، و نه مشاهده‌ای، باقی خواهد ماند.

پژوهش مذکور در تاریخ ۲۱ ژوئن (۳۱ خرداد) در ژورنال Nature Communications منتشر شد.