اقیانوس‌های پنهان: ماه‌های اورانوس رازها را فاش می‌کنند!

برنامه‌های ناسا برای بررسی قمرهای یخ‌زده اورانوس

زمانی که فضاپیمای وویجر ۲ ناسا در سال ۱۹۸۶ از کنار اورانوس عبور کرد، تصاویری مبهم از قمرهای بزرگ یخ‌زده این سیاره ثبت کرد. اکنون تقریباً ۴۰ سال بعد، ناسا قصد دارد فضاپیمای دیگری به اورانوس ارسال کند که این بار به منظور بررسی وجود اقیانوس‌های آب مایع زیر این قمرهای یخی مجهز شده است. این مأموریت هنوز در مراحل اولیه برنامه‌ریزی قرار دارد. اما محققان مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تگزاس (UTIG) در حال آماده‌سازی برای این مأموریت با ساخت یک مدل کامپیوتری جدید هستند که می‌تواند با استفاده از دوربین‌های فضاپیما، اقیانوس‌های زیر یخ را شناسایی کند.

این تحقیق اهمیت زیادی دارد زیرا دانشمندان نمی‌دانند کدام روش شناسایی اقیانوس در اورانوس بهترین نتیجه را خواهد داد. آن‌ها می‌خواهند بدانند آیا آب مایع در آنجا وجود دارد یا خیر، چرا که آب مایع یکی از عناصر کلیدی برای وجود حیات است. مدل کامپیوتری جدید با تحلیل نوسانات کوچک یا لرزش‌های قمرها در حین چرخش به دور سیاره مادر کار می‌کند. از این طریق می‌تواند محاسبه کند که چه مقدار آب، یخ و سنگ درون قمرها وجود دارد. لرزش کمتر به معنای آن است که قمر عمدتاً جامد است، در حالی که لرزش زیاد نشان‌دهنده این است که سطح یخی بر روی یک اقیانوس آب مایع شناور است.

این مدل با ترکیب داده‌های گرانشی، عمق اقیانوس و ضخامت یخ روی آن را محاسبه می‌کند. اورانوس به همراه نپتون در دسته‌ای از سیارات به نام غول‌های یخی قرار دارد. ستاره‌شناسان تعداد بیشتری از اجسام به اندازه غول‌های یخی در خارج از منظومه شمسی ما نسبت به هر نوع دیگر سیاره‌های فراخورشیدی شناسایی کرده‌اند. اگر مشخص شود که قمرهای اورانوس دارای اقیانوس‌های داخلی هستند، این می‌تواند به معنای وجود تعداد زیادی از جهان‌های بالقوه حیات‌پذیر در سراسر کهکشان باشد، به گفته داگ همیگوی، دانشمند سیاره‌شناسی UTIG که این مدل را توسعه داده است. او گفت: “کشف اقیانوس‌های آب مایع درون قمرهای اورانوس، تفکر ما را درباره دامنه امکاناتی که حیات می‌تواند در آن‌ها وجود داشته باشد، متحول خواهد کرد.”

تحقیقات UTIG که در نشریه Geophysical Research Letters منتشر شده است، به دانشمندان و مهندسان مأموریت کمک خواهد کرد تا شانس خود را برای شناسایی اقیانوس‌ها افزایش دهند. UTIG یک واحد تحقیقاتی از مدرسه علوم زمین جکسون در دانشگاه تگزاس در آستین است.

قمرهای بزرگ منظومه شمسی و قفل جزر و مدی

تمامی قمرهای بزرگ در منظومه شمسی، از جمله قمرهای اورانوس، به صورت جزر و مدی قفل شده‌اند. این بدین معناست که نیروی جاذبه، چرخش آن‌ها را تنظیم کرده است به طوری که همیشه یک سمت آن‌ها به سیاره مادرشان رو به جلو است، در حالی که در حال گردش هستند. با این حال، این به معنای ثابت بودن کامل چرخش آن‌ها نیست و تمام قمرهای قفل جزر و مدی در حین گردش خود به جلو و عقب نوسان می‌کنند.

نوسانات و اقیانوس‌های زیرسطحی

تعیین میزان این نوسانات برای فهمیدن اینکه آیا قمرهای اورانوس دارای اقیانوس هستند و اگر بله، اندازه آن‌ها چقدر است، بسیار مهم خواهد بود. قمرهایی که دارای اقیانوس آب مایع درون خود هستند، بیشتر از قمرهای جامد نوسان خواهند داشت. با این حال، حتی بزرگ‌ترین اقیانوس‌ها نیز تنها نوسانات جزئی ایجاد می‌کنند؛ چرخش یک قمر ممکن است تنها چند صد فوت انحراف داشته باشد در حین گردش در مدار خود. این انحراف هنوز هم برای فضاپیماهای عبوری قابل تشخیص است.

در واقع، این تکنیک قبلاً برای تأیید وجود یک اقیانوس جهانی درون قمر انسلادوس، قمر زحل، مورد استفاده قرار گرفته است. برای بررسی اینکه آیا همین تکنیک در اورانوس نیز کارایی دارد، همیگوی محاسبات نظری برای پنج قمر این سیاره انجام داد و مجموعه‌ای از سناریوهای ممکن را ارائه کرد. به عنوان مثال، اگر قمر آریل اورانوس ۳۰۰ فوت نوسان کند، احتمالاً دارای اقیانوسی به عمق ۱۰۰ مایل است که توسط یک پوسته یخی به ضخامت ۲۰ مایل احاطه شده است.

چالش‌های شناسایی اقیانوس‌ها

شناسایی اقیانوس‌های کوچک‌تر به این معناست که یک فضاپیما باید به قمر نزدیک‌تر شود یا دوربین‌های بسیار قوی‌تری را به همراه داشته باشد. اما این مدل به طراحان مأموریت‌ها یک ابزار مفید می‌دهد تا بدانند چه چیزی کارساز خواهد بود. کریستا سادرلند، استاد پژوهش در UTIG، گفت: “این می‌تواند تفاوت بین کشف یک اقیانوس و عدم توانایی در شناسایی آن هنگام رسیدن باشد.” سادرلند در مفاهیم مأموریت اورانوس با ناسا همکاری کرده و همچنین بخشی از تیم علمی مأموریت یورپا کلیپر ناسا است که به تازگی راه‌اندازی شده و دارای رادار نفوذی یخ است که توسط UTIG توسعه یافته است.

گام بعدی در تحقیق

همیگوی گفت: “گام بعدی این است که مدل را گسترش دهیم تا شامل اندازه‌گیری‌های دیگر ابزارها شود و ببینیم چگونه می‌توانند تصویر داخلی قمرها را بهبود بخشند.” مقاله‌ای که در این زمینه منتشر شده، به صورت مشترک توسط فرانسیس نیمو از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز نوشته شده و این تحقیق توسط UTIG تأمین مالی شده است.