دوشنبه 4 دلو|بهمن 1395 برابر با 23 جنوری 2017

زمین‌سازی اقمار سیارات گازی؛ امید به زنده‌گی بشر در خارج از زمین



 14 قوس|آذر 1395

یونس بخشی اخترشناس  

گالیله با دیدن این چهار قمر به دور مشتری، دیدگاه ارسطو در مورد جهان زمین‌محور را غلط ثابت کرد.

اخترشناسان منظومۀ شمسی را به دو بخش درونی و بیرونی تقسیم کرده اند. بخش درونی شامل چهار سیارۀ سنگی-‌عطارد، زهره، زمین و مریخ- است و بعد از مریخ کمربند سیارک‌ها-‌خانۀ میلیون‌ها سنگِ کوچک و بزرگ – آغاز می‌شود و با عبور از کمربند سیارک‌ها وارد منطقۀ بیرونی منظومۀ شمسی یا جایگاه سیاراتِ بزرگِ گازی منظومۀ شمسی می‌شویم. تا حال چندین قمر مناسب برای حیات، حول سیارات گازیِ بزرگ- مشتری و زحل- کشف شده است. بعضی از این اقمار بزرگ‌تر از سیارۀ عطارد بوده و سرشار از اقیانوس‌های آب و یخ اند.

به باور دانشمندان، اقمار سیارات گازی نه تنها آب بلکه ذرات و عناصر لازم برای ایجاد سیستم آب و هوا نظیر آمونیاک و متان را به صورت یخ زده در خود نگه‌داشته اند. وجود این ویژه‌گی‌ها ما را به کشف و کاوش‌های بیشتر این دنیاهای کوچک، اما مناسب برای نسل‌های بعدِ بشر می‌کشاند و تا کنون طرح‌های زیادی برای رفتن به سوی اقمار مشتری و زحل روی میز مهندسان ناسا، ایسا و سازمان‌های خصوصی فضایی قرار دارند.

سیارۀ مشتری و دیگر اقمار بزرگ آن چنان نیروی گرانش یا کشنده‌گی را بر اروپا ایجاد می‌کنند که هستۀ این دنیا به قدر کافی داغ می‌شود تا یخ‌های لایۀ درونی را آب کند. بررسی تصاویر تهیه‌شده توسط سفینه‌های فضایی ویجر 1 و کاوشگر گالیله پلۀ ترازو را به نفع این ادعا سنگین‌تر کرد و حالا اخترشناسان در صدد این اند تا در آیندۀ نزدیک یک سفینه را بر سطح اروپا فرود آورند.

در ادامۀ روند زمین‌سازیِ سیارات بیرونی، اول به سراغ اقمار بزرگ‌ترین سیاره یا به عبارت دیگر غول منظومۀ شمسی- مشتری یا برجیس- می‌رویم. مشتری با نیروی جاذبه بسیار قوی که دارد بیش از 67 قمر را به دور خود نگه‌داشته، ولی قطر 51 قمر آن بیشتر از 10 کیلومتر نمی‌باشد. اما چهار قمر بزرگ، آیو، اروپا، گانیمد و کالیستو در میان اقمارش که به نام اقمار گالیله‌یی نیز یاد می‌شوند، مورد علاقۀ جدی دانشمندان فضایی می‌باشند. گالیله در سال 1609 میلادی به وسیلۀ تلسکوپ کوچکی که توانایی 20 مرتبه بزرگ نمایی اجرام را داشت، این چهار قمر را به دور سیارۀ مشتری کشف کرد و در نتیجه، دید ما نسبت به جهان هستی دگرگون شد. تا قبل از آن همه به ادعای ارسطو باور داشتند که می‌گفت: «خورشید، ماه و سیارات به دور زمین در گردش اند.»

فشار درونی یخ‌های سطح اروپا را هرازگاهی می‌شکند و در نتیجه سطح این قمر یخیِ مشتری پر از شیارهای بزرگ است.

 در این چند سال اخیر اخترشناسان دریافته اند که زیر سطح یخی قمر اروپا، اقیانوسی از آب مایع وجود دارد. شاید این پرسش ایجاد شود که در بیرون از کمربند حیات – فاصلۀ زمین از خورشید- چه‌گونه آب به صورت مایع می‌تواند وجود داشته باشد؟ پاسخ این پرسش در گرمای ناشی از جذرومد- و مدار غیرعادی و تشدیدمدار اروپا با دیگر اقمار مشتری- نهفته است. به زبان ساده‌تر، سیارۀ مشتری و دیگر اقمار بزرگ آن چنان نیروی گرانش یا کشنده‌گی را بر اروپا ایجاد می‌کنند که هستۀ این دنیا به قدر کافی داغ می‌شود تا یخ‌های لایۀ درونی را آب کند. بررسی تصاویر تهیه‌شده توسط سفینه‌های فضایی ویجر 1 و کاوشگر گالیله پلۀ ترازو را به نفع این ادعا سنگین‌تر کرد و حالا اخترشناسان در صدد این اند تا در آیندۀ نزدیک یک سفینه را بر سطح اروپا فرود آورند. این سفینه که از چند دستگاه ترکیب شده در نگاه اول بیشتر شبیه یک ماشین حفر چاه می‌ماند و بعد از فرود بر سطح اروپا، قسمت‌های استواییِ این دنیای یخی را سوراخ خواهد کرد و سپس کاوشگری را برای غواصی به دل اروپا می‌فرستد. این کاوشگر که بیشتر شبیه یک روبات هوشمند می‌ماند، در مرحلۀ نخست به جست‌وجوی موجودات زنده می‌پردازد و با روشن‌کردن نورافگن‌هایش، ساختار درونی اروپا را تصویربرداری می‌کند. به باور من با کشف موجوداتِ زندۀ آبزی در دل اروپا تصور ما نسبت به حیات و شرایط پیدایش حیات از اساس دگرگون خواهد شد و صرف نظر از این که چه‌گونه موجوداتی ممکن در اقیانوس‌های اروپا زندگی کنند، ما دیگر در منظومۀ شمسی تنها نخواهیم بود. کشف حیات در دل اروپا به ما نشان خواهد داد که حیات یک امر طبیعی بوده و مختص سیارۀ زمین نیست. اما اگر روزی مجبور شویم برای ادامۀ حیات به اروپا سفر کنیم با چه شرایطی روبه‌رو خواهیم شد؟

مهمترین مشکل در شرایط زنده‌گی برای بشر مهاجر به سوی سیارات بیرونی، نبود انرژی کافی از خورشید حیات‌بخش است. به گونۀ مثال، سیارۀ مشتری 800 میلیون کیلومتر یا 5 برابر فاصله زمین از خورشید فاصله دارد و در چنین فاصله‌های دور، دیگر از گرمای خورشید خبری نخواهد بود و سرما در سطح اقمار سیارات گازی کشنده و غیرقابل تحمل است.

اندازۀ خورشید از سطح سیارات منظومۀ شمسی. با دورشدن از بخش درونی منظومۀ شمسی گرمای خورشید دیگر چندان اثر ندارد و خورشید هم بیشتر به یک ستاره بزرگ می‌ماند.

دما در سطح اروپا به منفی 160 تا منفی 260 درجۀ سانتی‌گراد می‌رسد. قطب‌های اروپا به حدی سرد اند که یخ به شکل سنگ گرانیت سفت و محکم شده. اروپا با این اوصاف یک اتموسفیر یا جو بسیار نازک دارد که بیشتر از مولکول‌های اکسیجن-O2- ساخته شده. فشار در سطح اروپا به حدی کم است که به سختی می‌توان در آن نفس کشید. البته اصلاً امکان گشت‌وگذار بدون کپسول اکسیجن و پوشش مخصوص را در سطح اروپا نخواهیم داشت؛ زیرا تابش ذرات پرانرژی از میدان مغناطیسی مشتری، ما را در یک لحظه نابود می‌کند. اگر بشر آینده ناگزیر باشد در منظومۀ شمسی به اروپا مهاجرت کند، باید در درون اکواریوم‌های بزرگ یا مکان‌های شیشه‌یی در دل اقیانوس اروپا زندگی کند. بنابرین در دل اروپا نه از انرژی خورشیدی خبری است و نه سطح محکم و سفتی برای رشد گیاهان و تولید مواد خوراکی در دسترس داریم. بشر محکوم به زیستن در دل اقیانوس‌های اروپا بیشتر شبیه سرنشین یک زیردریاییِ بزرگ است. باید به خاطر داشت که با عبور از سیارۀ مریخ، شرایط برای زمین‌سازی مکان‌ها در منطقۀ بیرونیِ منظومۀ شمسی بسیار محدود بوده و در فاصله‌های نزدیک 1.5 میلیارد کیلومتر، خورشید بیشتر به یک ستاره درخشان می‌ماند.

با گرم‌شدن تیتان و آب‌شدن یخ سطح که دوسوم سطح این قمر غبارآلود را تشکیل داده، بشر می‌تواند در شهرک‌های بزرگ در سطح سفت و یا در شهرک‌های شناور در سطح آب در تیتان زنده‌گی کند. تفاوت تیتان با دیگر اقمار این است که اتموسفیر لازم برای جلوگیری از تابش ذرات شارژدار از زحل، مشتری و خورشید را دارد و هم آب کافی، هوای قابل تنفس و گازهای لازم برای تهیۀ سوخت در آن یافت می‌شود.

یکی از چهار قمر گالیله‌یی، سیارۀ مشتری و بزرگ‌ترین آن‌ها گانیمد نام دارد که حتا بزرگ‌تر از ماهِ زمین و سیارۀ عطارد است. گانیمد با قطر «5268 کیلومتر» 8 درصد بزرگ‌تر از سیارۀ عطارد (4879 کیلومتر)، 1.5 درصد بزرگ‌تر از ماه (3474 کیلومتر) و 2 درصد بزرگ‌تر از تیتان (5125 کیلومتر)، بزرگ‌ترین قمر سیارۀ زحل است. در طرح زمین‌سازی گانیمد، با چالش‌ها و شرایط مشابه در اروپا روبه‌رو خواهیم بود. اگر بتوانیم یخ‌های سطح گانیمد را آب کنیم، یک اتموسفیر قابل توجه به دور این دنیای یخی ایجاد شده و در نهایت به یک دنیای آبی تبدیل می‌شود. گانیمد از این جهت می‌تواند در مقایسه با اروپا جالب‌تر باشد که میدان مغناطیسی دارد؛ یعنی پوشش لازم در برابر تابش‌های پرانرژی از سیارۀ مشتری. باقی ماجراجویی برای زمین‌سازی با شرایط زمین‌سازی در اروپا تفاوت چندانی ندارد. بر اساس تصویربرداری‌های تلسکوپ فضایی هابل، آب موجود زیرسطح یخی گانیمد، بیشتر از تمام اقیانوس‌های زمین است و عمق اقیانوس‌های این قمر یخی تا 100 کیلومتر، ده بار عمیق‌تر از اقیانوس‌های زمین می‌رسد. در آینده با رشد تکنولوژیِ لازم برای استخراج معادن در فضا، شاید بعضی از شرکت‌های خصوصی قصدِ آوردن آب از اروپا و گانیمد را بکنند. البته چنین طرح‌ها بیشتر به یک سناریوی خیالی شبیه است تا به یک سرمایه‌گذاری معقول برای کسب درآمد. در حال حاضر دانشمندان با هدف یافتن گونه‌های حیات آبزی در دل اروپا، گانیمد و انسلادوس به شدت علاقمند این اقمار یخی هستند. بعد از بررسی شرایط زمین‌سازی در اقمار سیارۀ برجیس بهتر است به سراغ دو قمر بزرگ سیار زحل یا کیون- تیتان و انسلادوس- برویم.

شرایط موجود در تیتان این قمر مه‌آلود و سرد زحل را بیشتر شبیه یک سیارۀ کرده تا یک قمر.

پس از سیارۀ مشتری، کیوان یا زحل دومین سیارۀ بزرگ در منظومۀ شمسی است. این دومین غول گازی منظومه شمسی توانسته بیش از 62 قمر در اندازه‌های مختلف را به دور خود نگه‌دارد. هرچند تمام سیارات گازی به دور خود حلقه دارند، اما حلقه‌های زحل، این سیاره را به یکی از زیباترین اعضای منظومۀ شمسی مبدل کرده است. به باور اخترشناسان، در گذشته یک قمر یخی به حدی به سیارۀ کیوان نزدیک شده که در نتیجه فشار گرانشی منفجر گشته و به توده‌های کوچک و بزرگ یخی تبدیل گردیده است و در نهایت، در بیش از 4 حلقۀ اساسی و 3 حلقۀ کم رنگ جداگانه سیارۀ کیوان را دور می‌زنند. اما در طرح زمین‌سازی، در میان همه اقمار منظومۀ شمسی، تیتان که بزرگ‌ترین قمر زحل و دومین قمر بزرگ در میان همه اقمار منظومی شمسی‌ست یکی از جذاب‌ترین مکان‌ها برای بررسی گذشتۀ منظومۀ شمسی و مکانی مناسب برای مهاجرت بشر آینده می‌باشد.

تیتان با داشتن سطح سفت و محکم، ذخایر طبیعی زیاد و ده‌ها ویژه‌گی دیگر، بهترین گزینه برای کوچ اجباری بشر به سوی سیارات بیرونی منظومۀ شمسی است. در سطح تیتان گازهایی چون متان و ایتان به حدی زیاد است که به شکل مایع دریاچه‌هایی را شکل داده و به صورت یخ در قطب‌های تیان هم نگه‌داری می‌شود. تیتان تنها قمر طبیعی در منظومۀ شمسی است که اتموسفیر بسیار چگال و درخور توجه دارد. وجود چنین اتموسفیر به معنی این است که می‌توانیم فشار لازم برای ساکنین آینده در تیتان را کاهش دهیم. در طرح زمین‌سازی، اول باید دما را در سطح تیتان بالا ببریم. چون تیتان خیلی از خورشید دور است تنها به کمک قراردادن آیینه‌های بزرگ در مدار تیتان می‌توانیم سطح آن را گرم کنیم. در نتیجۀ این دست‌کاری، یخ در سطح تیتان آب می‌شود و آمونیاک موجود در زیر سطح آن آزاد می‌گردد و گرمای بیشتری را به وجود می‌آورد. در گام بعدی، باید اتموسفیر تیتان را با گازهای قابل تنفس جاگزین کنیم. چون اتموسفیر تیتان سرشار از نایتروجن است، این خود کمک بسیار زیادی برای تغییر آن می‌کند. با موجودیت آب، اکسیجن لازم برای تنفس هم فراهم می‌شود، اما باید متان و دیگر گازهای هایدروکاربونیک در تیتان را طوری منزوی کنیم تا مبادا در برخورد با اکسیجن، کل تیتان منفجر شود و در نهایت آتش بگیرد.

هرازگاهی آب‌فشان‌های انسلادوس تا ارتفاع صدها کیلومتر فوران می‌کند. برای یافتن مواد ارگانیک در انسلادوس نیازی به حفاری نداریم و کافی‌ست یک کاوشگر از میان یکی از این فواره‌ها عبور کند.

با گرم‌شدن تیتان و آب‌شدن یخ سطح که دوسوم سطح این قمر غبارآلود را تشکیل داده، بشر می‌تواند در شهرک‌های بزرگ در سطح سفت و یا در شهرک‌های شناور در سطح آب در تیتان زنده‌گی کند. تفاوت تیتان با دیگر اقمار این است که اتموسفیر لازم برای جلوگیری از تابش ذرات شارژدار از زحل، مشتری و خورشید را دارد و هم آب کافی، هوای قابل تنفس و گازهای لازم برای تهیۀ سوخت در آن یافت می‌شود. تیتان بیشتر شبیه سیاره است تا قمر؛ زیرا شبیه سیارۀ زهره، اتموسفیر چگال دارد، مانند شرایط اقلیمی زمین، در سطح تیتان باد می‌وزد، باران می‌بارد و دریاچه‌هایی از مواد هایدروکاربونیک جاری‌ می‌شود. این همه اطلاعات زمانی به دست آمد که سفینۀ فضاییِ کاسینی با رسیدن به دور زحل در سال 2004، سطح‌نشین کوچک‌اش به نام هیگینز را در سال 2005 رها کرد تا بر سطح تیتان فرود آید؛ تا پیش از آن به خاطر اتموسفیر بسیار چگال تیتان، شناخت درستی از سطح این دنیای مه‌آلود نداشتیم.

انسلادوس، ششمین قمر بزرگ به دور سیارۀ زحل است و تا کنون بارها توسط سفینه‌های فضایی دور و سفینۀ فضاییِ کاسینی که در قلمرو زحل مشغول کاوشگری‌ست، مطالعه و بررسی شده است. انسلادوس یکی از راحت‌ترین مکان‌های برای جست‌وجوی حیات و یافتن مواد ارگانیک می‌باشد، زیرا آب‌فشان‌های زیادی با فشار از سطح آن تا صدها کیلومتر به فضا فوران دارد. در آینده دانشمندان قصد دارند، سفینه‌یی را بفرستند که با عبور از میان این فواره‌ها اسرار نهفته در دل این قمر یخی را برای ما بازگو کند.

هرچند اقمار سیارات مشتری و زحل مکان‌های مناسب و گزینه‌های خوبی برای زمین‌سازی نیستند، اما در عوض گزینه‌های خوبی برای جست‌وجوی حیات و یافتن مواد ارگانیک در چنین فاصله‌های دور که گرمای خورشید اصلاً قابل توجه نیست، می‌باشد. مأموریت‌های ناسا و دیگر سازمان‌های پیش‌گام در عرصۀ کاوش‌های فضایی در سال‌های آینده، ما را یک گام دیگر به شناخت اسرار نهفته در منظومۀ شمسی نزدیک‌تر می‌کند. در بخش بعدی این مقاله، مزیت‌ها و چالش‌های موجود در مأموریت‌های زمین‌سازی سیارات و اقمار منظومۀ شمسی را برای شما بازگو می‌کنیم.