اگرچه ما در سیاره‌ای پوشیده از آب زندگی می‌کنیم، اما زمین تنها جهان آبی در منظومه شمسی نیست. از سیاره کوتوله سرس (Ceres) تا برخی قمرهای منظومه شمسی، چندین جهان آبی در این منظومه وجود دارد. در این گزارش قمرهای شناخته‌شده سیاره‌های مشتری و زحل که دارای آب هستند، پرداخته می‌شود.
قبل از اختراع تلسکوپ در اوایل دهه ۱۶۰۰، انسان‌ها ماه را به عنوان یک جرم آسمانی نجومی گرد و مرموز می‌پنداشتند که مردم در آسمان شب به آن خیره می‌شوند. با گذشت زمان، ستاره‌شناسان دریافتند که قمر فقط مختص زمین نیست و سیاره‌های دیگر نیز قمر یا قمرهای خود را دارند. اما قمر چیست؟
قمر چیست؟
قمر در حوزه نجوم یک جرم آسمانی است که به دور یک سیاره می‌چرخد. از قمر گاهی با عنوان ماهواره طبیعی (Natural Satellite) نیز یاد می‌شود و از این طریق آن را از سایر اجرام کیهانی که به دور جسم آسمانی دیگری می چرخند، متمایز می‌کنند؛ مانند سیاره‌ای که به دور یک ستاره در چرخش است. ماهواره طبیعی در واقع در مقابل عبارت ماهواره مصنوعی (Artificial satellite) قرار می‌گیرد که ساخته دست بشر است و مانند یک قمر به دور زمین گردش می‌کند!
یک واقعیت جالب در مورد برخی از بزرگترین قمرهای منظومه شمسی که اکثر مردم ممکن است از آن آگاه نباشند، این است که تعدادی از آن‌ها از نظر زمین‌شناختی فعال هستند. در منظومه شمسی برخی سیاره‌ها تعداد زیادی قمر دارند و برخی نیز بدون قمر هستند. برای آگاهی از قمرهای سیارات منظومه شمسی ادامه مطلب را حتما بخوانید و از شگفتی‌های بیشتر سامانه خورشیدی‌مان مطلع شوید.
قمرهای منظومه شمسی
سیاره مشتری چند قمر دارد؟
سیاره مشتری بزرگترین سیاره منظومه شمسی و یک غول گازی است که ۸۰ قمر شناخته‌شده دارد. ۴ قمر بزرگ این سیاره در سال ۱۶۱۰ توسط گالیله کشف و به قمرهای گالیله‌ای معروف شدند. این چهار قمر به ترتیب دوری از مشتری عبارتند از آیو (Io)، اروپا (Europa)، گانیمد (Ganymede) و کالیستو (Callisto) که سه قمر گالیله‌ای دنیاهای مملو از آب هستند.
در همین رابطه بخوانید: قمر چوپان چیست؟
قمر اروپا چهارمین قمر بزرگ از قمرهای مشتری و مسطح‌ترین آن‌ها در میان تمام اجرام سنگی منظومه شمسی است. تقریبا هیچ دهانه برخوردی در آن وجود ندارد؛ با اینکه شبکه متراکم شکاف‌ها و برجستگی‌ها این قمر را پوشانده است، اما هیچ کدام از آن‌ها بیش از چند متر ارتفاع یا عمق ندارند. این موضوع نشان می‌دهد سطح اروپا از نظر زمین‌شناسی جوان و احتمالا بر روی یک گوشته مایع شناور است.
تلسکوپ فضایی هابل همچنین شواهدی از بخار آب را که به‌صورت آبفشان از سطح قمر مذکور به بیرون پرتاب می‌شوند، مشاهده کرده است. به‌گفته ناسا چنین امری نشانگر آن است که اروپا دارای اقیانوس زیرسطحی آب شور با لایه‌ای از یخ در سطح است. عمق این اقیانوس در برخی مناطق به حدود ۱۰۰ کیلومتر می‌رسد.
اروپا به‌طور مداوم توسط میدان‌های گرانشی مشتری در فرآیندی که انعطاف جزر و مدی (Tidal Flexing) نامیده می‌شود، فشرده و کشیده می‌شود. این فرایند گرمای کافی برای مایع نگه داشتن اقیانوس داخلی را فراهم می‌کند، اما چون این قمر از خورشید بسیار دور است، سطح آن یخ‌زده باقی می‌ماند.
اروپا همچنین دارای اتمسفری رقیق بوده که بیشتر از اکسیژن تشکیل شده است. هنگامی‌که تابش، مولکول‌های آب را درسطح یخ‌زده تجزیه می‌کند، اکسیژن ایجاد می‌شود. بخش کوچکی از اکسیژن ایجادشده می‌تواند در یخ محبوس شده و در نهایت با فرورانش تکنوتیکی به اقیانوس زیر سطحی راه یابد.
در مطالعه‌ای که سال ۲۰۰۷ در دانشگاه استنفورد (Stanford University) آمریکا انجام شد، محققان دریافتند ممکن است غلظت اکسیژن در اقیانوس قمر اروپا با غلظت آن در دریاهای عمیق زمین برابر باشد؛ بنابراین اروپا به‌طور بالقوه می‌تواند از حیات پشتیبانی کند.
بزرگترین قمر منظومه شمسی چیست؟
گانیمد قمر مشتری و بزرگترین قمر منظومه شمسی است. این قمر ۸ درصد بزرگتر از سیاره عطارد است و کمتر از نصف آن جرم دارد. چگالی کم آن نشان می‌دهد مقدار سنگ و آب در این قمر مساوی است. در دهه ۱۹۹۰، فضاپیمای گالیلئو (Galileo) آژانس فضایی اروپا (ESA) که در مدار مشتری بود، دریافت میدان مغناطیسی گانیمد مختص همین قمر است؛ بدین معنی که هسته آن از آهن مذاب است و گرمای تولیدشده توسط این هسته برای ذوب یخ و همچنین ایجاد یک اقیانوس زیرزمینی عظیم کافی است.
احتمالا این اقیانوس که عمقی در حدود ۱۰۰ کیلومتر دارد، مانند ساندویچ بین دو لایه یخ محبوس شده است. در مدل‌های دیگر پیش‌بینی شده است احتمالا چندین اقیانوس مختلف در این قمر وجود دارد که مانند پیاز به‌شکل لایههای متحدالمرکز توسط فازهای مختلف یخ از هم جدا شده‌اند. از آنجایی که اقیانوس گانیمد در زیر سطح این قمر بین لایههای یخ به دام افتاده است، بنابراین برخلاف اروپا پدیده آبفشان در این قمر از قمرهای منظومه شمسی رخ نمی‌دهد.
گانیمد به سیاره مشتری نزدیک است، ازاین‌رو میدان مغناطیسی آن با میدان مغناطیسی قدرتمند مشتری برهمکنش دارد و همین موضوع وقوع شفق قطبی در اتمسفر نازک آن را در پی دارد؛ اما نمک موجود در اقیانوس گانیمد، آن را به یک رسانای الکتریکی تبدیل کرده و موجب می‌شود میزان نوسان شفق‌های قطبی در اطراف قطب‌های گانیمد کاهش یافته و به اطراف حرکت کند.
دانشمندان با مشاهده حرکت شفق قطبی در این قمر توسط تلسکوپ هابل توانستند مقادیر بیشتری از آب شور را شناسایی کنند که زیر پوسته گانیمد وجود دارد و بر میدان مغناطیسی آن اثر می‌گذارد.
در همین رابطه بخوانید: اگر قمر زمین، گازی بود چه اتفاقی می‌افتاد؟
کالیستو دومین قمر مشتری از لحاظ بزرگی است که تقریبا به‌اندازه عطارد است، اما یک سوم آن چگالی دارد. حدود ۵۰ درصد کالیستو را آب تشکیل می‌دهد. نکته عجیب در مورد کالیستو این است که سطح آن کاملا توسط دهانه‌های برخوردی پوشیده شده است. برخلاف بقیه اقمار گالیله‌ای هیچ اثری از فعالیت‌های زمین‌شناختی جدید یا قدیمی در سطح آن به‌چشم نمی‌خورد، بنابراین کالیستو نه‌تنها امروزه از نظر زمین‌شناسی یک جهان مرده و غیرفعال به‌شمار می‌رود، بلکه احتمالا همیشه همینطور بوده است.
با محاسبه گرانش کالیستو توسط فضاپیمای گالیلئو مشخص شد در ساختار داخلی آن، هسته سنگی از گوشته یخ‌آب کاملا جدا نشده است. این بدان معناست که یخ هیچ‌گاه در طول شکل‌گیری کالیستو به‌طور کامل ذوب نشده است. بااین‌وجود می‌دانیم که کالیستو یک اقیانوس مایع در نزدیکی سطح دارد.
بررسی برهمکنش آن با میدان مغناطیسی مشتری نشان می‌دهد این قمر دارای لایه رسانای الکتریکی به‌ضخامت حداقل ۱۰ کیلومتر در زیر سطح است. كالیستو در فاصله زیادی از مشتری قرار دارد و چندان تحت تاثیر انعطاف جزرومدی این سیاره نیست، بنابراین برای مایع ماندن این اقیانوس، باید چیزی به‌جز آب هم وجود داشته باشد تا به‌عنوان ضد یخ عمل كند. به‌عنوان مثال، مخلوط آمونیاک ۵ درصد برای مایع نگه داشتن این اقیانوس کافی است.
کالیستو خارج از کمربند تشعشعی مشتری قرار دارد و پوشیده از یخ‌آب در سطح است. این ویژگی آن را به گزینه مناسبی برای ساخت پایگاه سفرهای فضایی سرنشین‌دار در آینده تبدیل می‌کند، اما شرایط اقیانوس زیرزمینی آن خیلی مناسب نیست. آب مایع علاوه بر اینکه بسیار سرد است، بین دو لایه یخ قرار گرفته، بنابراین مواد معدنی راه نفوذی به سطح ندارند و انتقال حرارت از هسته به‌کندی انجام می‌شود و شرایط شکل‌گیری حیات در آن چندان مناسب نیست.
قمرهای زحل
زحل ششمین سیاره منظومه شمسی و دومین سیاره بزرگ این سامانه محسوب می‌شود. این سیاره نیز همچون مشتری یک سیاره گازی شکل بوده که بخاطر حلقه‌های اطرافش زیبایی چشمگیری دارد و به جواهر سیاره‌ها معروف است. زحل دارای ۸۲ قمر تاییدشده است که تنها ۱۳ عدد از آن‌ها دارای قطری بیش از ۵۰ کیلومتر هستند.
میماس (Mimas) یکی از اقمار داخلی زحل است که توسط ویلیام هرشل (William Herschel) در ۱۷سپتامبر۱۷۸۹ کشف شد و کوچکترین جرم شناخته‌شده منظومه شمسی است. بااین‌حال گرانش میماس آن‌قدر قوی است که توانسته ظاهر آن را کروی نگه دارد، البته شکل آن کمی به‌حالت تخم‌مرغی است.
به‌خاطر چگالی کمی که این قمر دارد احتمالا از یخ آب به‌همراه تکه‌های پراکنده سنگ تشکیل شده است. به‌همین‌دلیل به این قمر لقب گلوله برفی کثیف داده‌اند. برخلاف دیگر قمر زحل یعنی انسلادوس (Enceladus)، هیچ توده یا آبفشان قابل مشاهده‌ای در آن وجود ندارد و سطح این قمر بسیار سخت است. طبق گفته ناسا، پوسته میماس از میلیاردها سال قبل منجمدشده و برخلاف قمرهای منظومه شمسی و سیاره‌های سنگی فاقد فعالیت‌های درونی است و بازسازی نمی‌شود. این اتفاق عجیبی است، زیرا میماس به زحل نزدیک است و باید گرمایش جزر و مدی بیشتری دریافت کند.
بااین‌حال، بر اساس گزارش دانشگاه کرنل (Cornell University) آمریکا، بررسی تصاویر فضاپیمای کاسینی (Cassini) ناسا نشان داد میماس در مدار خود کمی نوسان دارد. تنها دو مدل نظری می‌تواند این نوسان مداری را توضیح دهد:
۱. هسته متراکم و کشیده میماس آن را از حالت تعادل خارج می‌کند.
۲. اقیانوسی مایع در زیر پوسته میماس وجود دارد که اجازه می‌دهد هسته جابه‌جا شود.
اگر میماس دارای اقیانوس مایع باشد، باید پوسته‌ای بسیار ضخیم و مستحکم آن را بپوشاند تا از وقوع آبفشان یا ترک‌خوردن پوسته جلوگیری شود. ازسوی‌دیگر، مدل‌های فعلی تشکیل قمرهای منظومه شمسی، نمی‌توانند توضیح دهند چرا انسلادوس دارای گوشته مایع است و میماس فاقد آن است.
انسلادوس ششمین قمر زحل از لحاظ بزرگی است که در سال ۱۷۸۹ توسط ویلیام هرشل کشف شد. کاوشگرهای وویجر (Voyager) ناسا در دهه ۱۹۸۰ بر سطح آن یخ یافتند. کاوشگر کاسینی ناسا در سال ۲۰۰۵ فوران توده‌های بخار آب در نزدیکی قطب جنوب انسلادوس را مشاهده کرد. ازآنجاکه گرانش روی انسلادوس به‌اندازه یک درصد گرانش زمین است، بلورهای یخ به‌راحتی به مدار پرتاب می‌شوند و ما اکنون می‌دانیم این بلورهای کوچک بیشتر مواد موجود در حلقه E زحل را تشکیل می‌دهند.
انسلادوس دارای هسته‌ای سنگی با ضخامت حدود ۳۷۰ کیلومتر بوده که توسط اقیانوسی به‌عمق ۱۰ کیلومتر در زیر یک پوسته یخی احاطه شده است. در ابتدا دانشمندان تصور می‌کردند یک دریاچه زیرزمینی در قطب جنوب انسلادوس وجود دارد، اما تحقیقات جدید نه‌تنها وجود آب‌های زیرزمینی زیرسطحی را تایید کرده است، بلکه تایید می‌کند که این آب‌ها در تمام سیاره پخش هستند.
پژوهشگران ناسا به‌کمک مدارگرد کاسینی توانسته‌اند لرزش‌های ضعیفی را دراین قمر ثبت کنند. اگر سطح و هسته توسط لایه‌ای سخت به یکدیگر متصل بودند، میزان وزن به‌‌قدری بیشتر می‌شد که لرزشی ثبت نمی‌شد. در نتیجه این لرزش‌ها می‌توان این موضوع را ثابت کرد که لایه‌ای مایع سطح آن را از هسته قمر جدا کرده است. این اقیانوس مایع احتمالا ۴۰ درصد حجم قمر را به‌خود اختصاص داده است.
در همین رابطه بخوانید: آیا انسان می‌تواند بر روی قمر زحل زندگی کند؟
دلیل اینکه آبفشان‌ها فقط در قطب جنوب رخ می‌دهند این است که ضخامت سطح منجمد در این ناحیه بسیار کم و در حدود ۵ کیلومتر است، درحالی‌که ضخامت پوسته یخی در سایر مناطق انسلادوس ۲۰ تا ۴۵ کیلومتر است. تحلیل شیمیایی این اقیانوس‌ها گویا حاکی از آن است که بستر دریای انسلادوس حاوی فواره‌های آب داغ است.
همین فواره‌ها در بستر اقیانوس‌های زمین محل رشد و نمو ارگانیسم‌هاست. انسلادوس با ویژگی‌هایی مثل اقیانوس سراسری، شیمی منحصربه‌فرد و گرمای داخلی یکی از گزینه‌های اصلی حیات در منظومه شمسی است.
تیتان یا تایتان بزرگترین قمر از قمرهای زحل قمر زحل و دارای متراکم‌ترین اتمسفر در منظومه شمسی است. این قمر در سال ۱۶۵۵ توسط کریستین هویگنس (Christiaan Huygens)، منجم هلندی، کشف شد. تیتان جرمی متفاوت به‌شمار می‌رود، زیرا تنها جسم منظومه شمسی است که همانند زمین اتمسفر و مایعات سطحی دارد. دمای سطح تیتان منفی ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد است، بنابراین برای مایع نگه‌داشتن آب روی سطح بسیار سرد به‌حساب می‌آید، اما این دما برای مایع کردن متان و اتان تقریبا مناسب است.
این ترکیبات آلی در جو تبخیرشده و بارانی از جنس متان و اتان بر سطح این قمر می‌بارد که رودها، دریاچه‌ها و دریاها را تشکیل می‌دهد. دریاچه‌ها و رودخانه‌ها تنها حدود ۳ درصد از سطح را می‌پوشانند، بنابراین تیتان هنوز بسیار خشک‌تر از زمین است. مه غلیظ نارنجی رنگ تیتان از تجزیه ذرات مولکول تولوئن (Toluene) در جو توسط پرتو فرابنفش خورشید ایجاد می‌شود.
طبق مطالعات پژوهشگران، میلیاردها سال پیش باید تمام متان روی سطح این قمر مصرف می‌شد، درحالی‌که اینگونه نیست. پس احتمالا تیتان دارای مخازن زیرزمینی متان است که به سطح راه می‌یابند. تیتان نیز مانند کالیستو، قمر مشتری، ممکن است دارای اقیانوسی باشد که به‌علت اثرات ضدیخ محلول آمونیاک، مایع نگه‌داشته می‌شود.
حتی اگر میکروارگانیسمی در این قمر باشد، تکامل حیات در آن بسیار دشوار خواهد بود، زیرا اقیانوس مایع آن احتمالا بین لایههای یخ غیرقابل نفوذ محسور شده است. به‌گفته ناسا، حیات ممکن است در دریاهای هیدروکربنی روی سطح تکامل یافته باشد، اما بدون دسترسی به آب مایع، شیمی بسیار متفاوتی با حیات روی زمین خواهد داشت.
اگر قرار است در آینده سفرهای سرنشین‌دار به بخش‌های دوردست منظومه شمسی داشته باشیم، نمی‌توانیم همه آبی را که نیاز داریم با خود ببریم. بنابراین لازم است جستجوی دقیق‌تری داشته و به‌کمک فناوری، آب را از قمرهای منظومه شمسی استخراج کنیم.