ذهن بشر همواره در طول تاریخ پر بوده از سوالات مختلف من باب موضوعات گوناگون و در تمام دوران وجودش، سعی داشته تا به آن‌ها پاسخ دهد. بسیاری از سؤالات پاسخ داده شده‌اند و البته بسیاری هم همچنان بدون جواب هستند. شاید یکی از عمیق‌ترین، مهم‌ترین و جذاب‌ترین سؤالات بشر این باشد که آیا بجز حیات روی سیاره زمین، در جای دیگری از کیهان حیات، حداقل به نوعی که ما می‌شناسیمش، وجود دارد یا نه؟ این سؤالیست که پاسخ به آن می‌تواند بسیاری از مفاهیم ایدئولوژی جهان امروز ما را برای همیشه به چالش بکشد و تغییر دهد. سؤالی که البته هنوز برای آن پاسخی نداریم.
وقتی صحبت از حیات در جایی به غیر از زمین میشود، شاید ذهن‌مان به سراغ سیارات دور دست کهکشان راه‌شیری برود. سیاراتی که ویژگی‌هایی مشابه با ویژگی‌های زمین را دارا باشند. اما این‌طور نیست. حیات می‌تواند در جایی بسیار نزدیک‌تر درحال پرورش باشد. جایی که چندان هم شبیه زمین نیست. بروی جرمی که اصلا سیاره نیست. بلکه قمر است. قمر یک سیاره دیگر. اروپا؛ یکی از چهار قمر بزرگ غول منظومه شمسی، سیاره مشتری، یکی از محتمل‌ترین نقاط این منظومه به غیر از زمین است که ممکن است حیات بتواند در آن‌جا شکل بگیرد. البته منظور از حیات صرفا آدم فضایی‌هایی که در فیلم‌های علمی-تخیلی می‌بینیم نیست. وجود کوچک‌ترین ارگانیزم‌هایی که ما روی زمین آن‌ها را به عنوان موجود زنده می‌شناسیم هم کافی است تا تاریخ بشریت را دگرگون کند.
اروپا، قمر سیاره مشتری جنسی از یخ دارد و بنابر مدارک موجود و به باور کارشناسان، زیر سطح یخی آن، اقیانوسی عظیم سراسر سیاره را فرا گرفته است. وجود این اقیانوس عظیم از آب شور و همچنین حضور دیگر شرایطی که کار تشکیل حیات را راحت‌تر می‌کنند، احتمال وجود حیات، حداقل از نوع میکروبی، را درون این قمر بسیار بالا می‌برد. ماموریت اروپا کلیپر ناسا قصد دارد تا همین شرایط این قمر را از نزدیک بررسی کند و ببیبند که آیا این قمر واقعا شرایط مورد نیاز و پیش‌بینی شده برای تشکیل حیات را دارد یا نه.
سفری به سمت اروپا
اروپا کلیپر به دور سیاره مشتری خواهد چرخید و نه خود اروپا. این فضاپیما سپس حدود ۵۰ بار به نزدیکی اروپا خواهد رفت و داده‌هایی از این قمر جمع‌آوری می‌کند. نزدیکی که گاها تا ۲۵ کیلومتر هم خواهد رسید و در نتیجه باید منتظر مناظر خیره کننده‌ای از سطح این قمر باشیم.
باید توجه داشت که اروپا کلیپر ماموریتی برای یافتن حیات در اروپا نیست. بلکه قرار است این ماموریت به دنبال نشانه‌هایی از وجود محیط و بستر مناسب برای تشکیل حیات در قمر مشتری باشد. در طول نزدیک شدن‌ها به قمر یخی مشتری، اروپا کلیپر هر بار از مناطق مختلف این قمر تصویر برداری می‌کند و در نهایت نقشه تقریبا کاملی از تمام سطح اروپا بدست خواهد آمد.
طبق برنامه‌ریزی انجام شده، فضاپیمای اروپا کلیپر ناسا قرار است در اکتبر سال ۲۰۲۴ به سمت سیاره مشتری پرتاب شود. پس از پرتاب، اروپا کلیپر از کمک گرانشی زمین و مریخ استفاده کرده و مسیر خود به سمت غول منظومه شمسی را در پیش می‌گیرد. بعد از حدود پنج سال و نیم سفر درون منظومه شمسی، قرار است این فضاپیما در آوریل سال ۲۰۳۰ میلادی به مدار سیاره مشتری برسد.
فضاپیمای اروپا کلیپر بزرگ‌ترین فضاپیمایی است که تا کنون ناسا برای یک ماموریت میان‌سیاره‌ای از آن استفاده کرده. این فضاپیمای دارای آنتن‌ها و همچنین پنل‌های خورشیدی بزرگی است. پنل‌های خورشیدی که بتوانند انرژی مورد نیاز ماموریت را از فاصله دور میان خورشید تا سیاره مشتری تأمین کنند. فاصله مشتری تا خورشید پنج برابر فاصله زمین تا خورشید است. وقتی پنل‌های خورشیدی اروپا کلیپر باز شوند طول این فضاپیما به بیش از ۳۰ متر خواهد رسید.
اروپا هدف مهمی برای مطالعه است
اگر تا کنون از پشت تلسکوپهای آماتوری به سیاره مشتری نگریسته باشید، حتما متوجه حداقل سه(اکثر اوقات چهار) نقطه نسبتا پر نور دیگر هم در اطراف آن شده‌اید. اولین بار، گالیله در سال ۱۶۱۰ میلادی بود که با تلسکوپ خودش به این سیاره نگاه کرد و متوجه این چهار نقطه شد. چهار قمر بزرگ سیاره مشتری که از آن زمان به احترام گالیله، قمرهای گالیله‌ای مشتری نام گرفته‌اند. آیو، گانیمد، کالیستو و اروپا. البته پس از کشف، چند قرنی طول کشید تا منجمان متوجه جنس و اهمیت قمر اروپا شوند. اولین بار در دهه ۱۹۶۰ میلادی بود که تلسکوپهای زمینی با رصد این قمر متوجه یخی بودن جنس سطحش شدند.
اروپا کمی از قمر زمین، ماه، کوچک‌تر است. با قطری معادل ۳۱۲۲ کیلومتر و اتمسفری بسیار نازک از جنس اکسیژن با فشار جوی ۱۰۰ میلیارد برابر کمتر از فشار اتمسفر سیاره زمین. دانشمندان همچنین از وجود یک اقیانوس سراسری از آب مایع در زیر سطح یخی این قمر تا حدود زیادی مطمئن هستند. تخمین زده میشود میزان آب این اقیانوس دو برابر میزان آب کل اقیانوس‌های سیاره زمین باشد.
حجم آب اقیانوس‌های زمین ۱/۴ میلیارد کیلومتر مکعب است در حالی که حجم آب اقیانوس اروپا حدود ۳ میلیارد متر مکعب ست. به همین دلیل هم اروپا بهترین کاندید حال حاضر برای وجود بستری مناسب برای تشکیل حیات در بین تمام اجرام منظومه شمسی است.
سطح اروپا پوسته یخی پر از خطوط شکست و ترک، شیار و نوارهای گوناگون در اندازه‌های مختلف است. تخمین زده میشود ضخامت این پوسته چیزی بین ۱۵ تا ۲۵ کیلومتر باشد و در زیر آن نیز اقیانوس آب با عمق بین ۶۰ تا ۱۵۰ کیلومتر. این درحالی است که متوسط عمق اقیانوس‌های سیاره زمین ۴ کیلومتر است. همچنین احتمالا مانند زمین، در مرکز این قمر یک گوشته سنگی و یک هسته آهنی وجود دارد.
حدود ۲۹ درصد سطح زمین خشکی و ۷۱ درصد باقی مانده آب مایع است. در اروپا اما زیر سطح یخی، اقیانوسی سراسری نهفته است. این موضوع از این بابت مهم است که روی زمین، هرجا که آب باشد، گونه‌ای از حیات هم سر بر آورده و درحال زندگی است. اقیانوس‌های زمین خانه ۵۰ تا ۸۰ درصد تمام گونه‌های جانوری زنده روی این سیاره هستند. تقریبا ۲۲۴هزار گونه نام‌گذاری شده در آب‌های زمین زندگی می‌کنند. به طور مثال یکی از آن‌ها اکستروموفیل‌ها هستند. ارگانیزم‌هایی که می‌توانند در سخت‌ترین شرایط، از دماهای فریز در زیر یخهای قطب جنوب تا دمای جوش و فشار بسیار بالای مجراهای گرمایی (Hydrothermal vents) اعماق اقیانوس‌ها هم تاب بیاورند.
نگاهی به قابلیت‌های اروپا کلیپر
فضاپیمای اروپا کلیپر سومین فضاپیمایی است که در مدار سیاره مشتری خواهد چرخید. دومین فضاپیمایی خواهد بود که با وجود فاصله زیاد بین خورشید و مشتری از انرژی خورشیدی استفاده خواهد کرد و اولین ماموریت ناسا که قرار است به طور اختصاصی قمر یک سیاره دیگر بجز زمین را مطالعه کند.
هنگام پرتاب، جرم تقریبی فضاپیما ۶۰۰۰ کیلوگرم خواهد بود که ۶۵ درصد آن سوخت است. پس از طی کردن سفر و رسیدن به مدار مشتری، اروپا کلیپر حدودا یک سال را به انجام تصحیحات مداری مشغول خواهد بود تا برای نزدیک شدن به اروپا آماده شود. سپس در سه سال بعدی این فضاپیما بارها به سمت قمر سیاره مشتری خواهد رفت تا از آن در رزولوشن‌های متفاوت تصویربرداری کند.
یکی از چالش‌های اصلی فضاپیمای اروپا کلیپر، تشعشعات قوی مشتری خواهد بود. سیاره مشتری، به عنوان غول‌پیکرترین سیاره منظومه شمسی، میدان مغناطیسی بسیار قدرتمندی دارد که می‌تواند روی ابزارها و دیگر سیستم‌های الکترونیکی فضاپیماها تاثیر مخرب بگذارد. برای همین هم اروپا کلیپر از یک محافظ ضخیم تیتانیوم-آلمینیومی استفاده خواهد کرد. این محافظ مانند یک سپر در مقابل تشعشعات سیاره مشتری عمل می‌کند. جونو، فضاپیمای ناسا که در مدار مشتری است و ماموریتش مطالعه این سیاره است هم از تکنولوژی مشابهی استفاده می‌کند که تا کنون هم موفقیت آمیز بوده است.
اروپا کلیپر همچنین دارای تعدادی دروبین و طیف‌سنج برای تصویربرداری و تهیه نقشه از ترکیبات سطح و اتمسفر نازک اروپا است. ابزاری برای بررسی و مطالعه محیط درونی و اقیانوس زیر سطح یخی قمر و همچنین گرانش اروپا از دیگر همراهان این فضاپیما است. اروپا کلیپر قرار است یک ابزار گرمایی برای مشخص کردن موقعیت نقاط گرم‌تر یخ و همچنین فوران‌های احتمالی آب و ابزار دیگری برای مطالعه ذرات ریز درون اتمسفر و محیط پیرامون اروپا را با خود به سفر تحقیقاتی‌اش ببرد.
وجود آب مایع جایی بسیار دورتر از خورشید
اگرچه که حدود ۴۰۰ سال پیش گالیله اروپا را کشف کرد و در دهه ۱۹۶۰ میلادی هم جنس ترکیبات سطح این قمر مشخص شد، اما نخستین تصاویر مهم و با ارزش از سطح اروپا در سال ۱۹۷۹ میلادی و توسط دو فضاپیمای وویجر۱ و وویجر۲ گرفته شد. این دو فضاپیما با عبور از کنار سیاره مشتری توانستند تصاویر با ارزشی از این سیاره و قمرهایش از جمله اروپا بگیرند. تصاویر گرفته شده از اروپا شکست‌ها و شکاف‌های فراوان سطح این قمر را نشان می‌دادند. همچنین یکی از موارد تعجب برانگیز که در این تصاویر به وضوح مشخص بود، کم بودن تعداد گودال‌های حاصل از برخورد شهاب سنگ به سطح قمر نسبت به باقی قمرهای یخی منظومه شمسی بود که این یعنی سطح اروپا بسیار صاف‌تر از باقی اقمار است.
دانشمندان همیشه فکر می‌کردند که برای ایجاد شرایط و بستر لازم برای تشکیل حیات، فاصله جرم آسمانی تا خورشید باید طوری باشد تا آب مایع بتواند روی سطح آن وجود داشته باشد. اروپا اما قوانین بازی را تغییر داده است. این قمر از خورشید بسیار دورتر از آن است که آب مایع بتواند روی سطحش وجود داشته باشد. با این حال، در زیر پوسته یخی این قمر، اتفاقات دیگری در جریان است و آب به شکل مایع وجود دارد. اما چگونه چنین چیزی ممکن است؟
جواب این سوال در برهم‌کنش گرانشی بین سیاره مشتری و اروپا و جزر و مد حاصل از آن نهفته است. درست مانند اتفاقی که بین زمین و ماه میفتد که حاصلش جزر و مد دریاهای زمین است، درون اروپا نیز چنین رخ می‌دهد. اروپا در طول هربار چرخش به دور مشتری، جزر و مد حاصل از بر هم کنش با گرانش مشتری را تجربه می‌کند. این جزر و مد باعث ایجاد گرما درون اروپا میشود. هرچند گرمای بوجود آمده برای تشکیل آب روی سطح این قمر کافی نیست اما می‌تواند در زیر پوسته یخی، اقیانوسی از آب مایع شکل دهد. به این فرآیند اصطلاحا خمش جزر و مدی یا گرمایش جزر و مدی گفته میشود.
یخهای گرم شده توسط این فرآیند می‌توانند سطح قمر را به سمت بالا هل دهند و این احتمالا دلیل تشکیل شکاف‌های سطح اروپا است. همچنین اکثر گرمای حاصل از خمش جزر و مدی در مرز بین آب مایع اقیانوس و پوسته یخی متمرکز خواهد شد.
یکی از اهداف اصلی ماموریت اروپا کلیپر نیز تایید وجود همین اقیانوس زیر سطح اروپا است. یکی از سنجه‌های مهم برای تایید این مقوله، میزان کش آمدن سطح اروپا بر اثر جزر و مد است. اگر اقیانوس وجود داشته باشد، جزر و مد باید بتواند سطح قمر را تا ۳۰ متر تغییر شکل دهد. اما اگر سراسر اروپا یخی باشد و خبری از اقیانوس نباشد، جزر و مد حاصل از گرانش مشتری فقط تا ۱ متر می‌تواند سطح این قمر را دگرگون کند.
مدارک وجود آب مایع زیر سطح اروپا
تا به این‌جا درباره وجود اقیانوسی عظیم از آب مایع (احتمالا اقیانوس آب شور) در زیر پوسته یخی اروپا، قمر مشتری صحبت کردیم. اما چه شواهد و مدارکی وجود دارند که ما را از وجود چنین اقیانوسی مطمئن می‌کنند؟ داده‌های جمع‌آوری شده توسط فضاپیمای گالیله ناسا که بین سال‌های ۱۹۹۸ تا ۲۰۰۳ میلادی فعالیت داشته بهترین مدارک ما تا کنون از وجود چنین اقیانوسی هستند.
این فضاپیما که ۱۲ بار از نزدیکی اروپا گذر کرده است (flyby)، چند سند محکم از وجود حجم زیادی از آب مایع زیر سطح اروپا را بدست آورده. مهم‌ترین این سندها توسط ابزار مغناطیس‌سنج این فضاپیما تهیه شده است. سیاره مشتری به دلیل ابعاد غول‌پیکر خود، میدان مغناطیسی بسیار قوی هم دارد. این میدان مغناطیسی اما در فضای اطراف اروپا دچار اختلال میشود. دلیل این اتفاق هم تشکیل یک میدان مغناطیسی دیگر است که از درون اروپا نشأت می‌گیرد.
این یعنی اینکه این میدان مغناطیسی ویژه باید توسط ماده‌ای که رسانای الکتریکی است و در لایه‌های زیرین اروپا وجود دارد تشکیل شود. با توجه به جنس اروپا و عناصری که در آن یافت شده، وجود این میدان مغناطیسی بخاطر وجود اقیانوس آب شور در اعماق اروپا است.
اجرام منظومه شمسی در طول میلیاردها سال تکامل توسط سنگ‌های سرگردان بمب‌باران شده‌اند. رد برخورد این شهاب‌سنگ‌ها در آن‌هایی که جنسی از سنگ و یخ دارند همچنان مشخص است. به عنوان نمونه سطح ماه، قمر زمین پوشیده از گودال‌ها و پستی و بلندی‌ها است که حاصل همین برخوردهاست. اما سطح اروپا بسیار صاف‌تر از سطح باقی اجرام یخی منظومه شمسی است و خبری از گودال‌های حاصل برخورد نیست.
دانشمندان معتقدند که باید چیزی در زیر سطح اروپا باشد تا این گودال‌ها و رد برخوردها را از بین ببرد و سطح قمر را جوان نگه دارد. یکی از محتمل‌ترین دلایل می‌تواند فعالیت‌های جغرافیایی اروپا مانند بالا آمدن یخ گرم از اعماق این قمر باشد.
از دیگر نشانه‌های فعالیت اروپا و بر هم کنش بین سطح و اقیانوس زیرینش، وجود ترک‌ها و شکاف‌هایی است که سراسر سطح یخی قمر را پوشانده‌اند. برخی از آن‌ها رگه‌های تیره و قرمز رنگ هستند و ممکن است تا هزار کیلومتر هم طول داشته باشند. همه این‌ها نشانه‌هایی از بالا آمدن یخهای گرم به سمت سطح است که حاصل وجود آب مایع زیر سطح قمری یخی است.
به دنبال عناصر مورد نیاز برای حیات در اروپا
سه عنصر اصلی برای تشکیل حیات از نوعی که ما زمینی‌ها آن را می‌شناسیم در هرجایی از جهان لازم است. آب، عناصر شیمیایی و انرژی. آب را می‌توان در صدر این لیست قرار دارد زیرا از همه مهم‌تر است. آب مواد مغذی را برای استفاده ارگانیزم‌ها حل می‌کند، مواد شیمیایی مورد نیاز را درون سلول‌های زنده جابجا می‌کند و همچنین به سلول‌ها اجازه می‌دهد تا مواد اضافی خود را خارج کنند.
ما می‌دانیم که در اروپا تقریبا دو برابر زمین آب وجود دارد و حیات احتمالی در آن‌جا از این بابت مشکلی نخواهد داشت. همچنین بستر اقیانوس اروپا ممکن است در بر هم کنش با آب بتواند بخشی از مواد غذایی و عناصر شیمیایی مورد نیاز برای تشکیل حیات را تأمین کند.
مهم‌ترین عناصر شیمیایی که شکل گرفتن حیات به آن‌ها وابسته است کربن، نیتروژن، اکسیژن، فسفر و سولفور هستند. محققان معتقدند که اروپا از زمان شکل‌گیری‌اش می‌توانسته دارای این عناصر باشد. همچنین ممکن است در طول حیات این قمر، دنباله‌دارها و سیارک‌هایی با آن برخورد کرده باشند و مقدار بیشتری از این عناصر را وارد اروپا کرده باشند.
این عناصر شیمیایی می‌توانند در هرجایی از قمر باشند. پوسته، اقیانوس زیر پوسته و یا بخش‌های درونی و سنگی قمر. گرمای حاصل از نیروی جزر و مدی می‌تواند چرخه‌ای را تشکیل دهد که این عناصر را بین پوسته، اقیانوس و بخش داخلی در گردش بیندازد. این باعث ساخته شدن محیطی اقیانوسی میشود که مملو از عناصر شیمیایی مورد نیاز برای حیات است.
آب و سنگ‌های بستر اقیانوس می‌توانند محیط‌هایی مملو از هیدروژن تشکیل دهند. همچنین اگر در نواحی سنگ‌های داغ در بستر اقیانوس اروپا وجود داشته باشند، مانند اتفاقی که درباره‌ی مجراهای گرمایی اقیانوس‌های زمین رخ می‌دهد، مقادیر بسیار زیادی از مواد مغذی تشکیل خواهد شد که حیات در آن‌جا می‌تواند از آن‌ها استفاده کند.
آخرین عنصر مهم برای تشکیل حیات انرژی است. تمام شکل‌های مختلف حیات برای شکل گرفتن و بقا به انرژی نیاز دارند. حیاتی که ممکن در اروپا وجود داشته باشد احتمالا برای دریافت انرژی از فتوسنتز استفاده نمی‌کند؛ بلکه از واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌کند.
سطح اروپا همواره در معرض تشعشعات سنگین سیاره مشتری است. و این خبر بدی برای احتمال تشکیل حیات روی سطح این قمر است. اما همین تشعشعات می‌توانند باعث ایجاد غذا برای حیات درون اقیانوس زیر سطحی باشد.
تشعشعات مشتری مولکول آب را می‌کشند و به دو اتم سازنده آب یعنی هیدروژن و اکسیژن تبدیل می‌کند. اتم هیدروژن اروپا را ترک می‌کند اما اکسیژن باقی می‌ماند. از آن‌جایی که اکسیژن اتمی بسیار واکنش‌پذیر است، می‌تواند با انجام واکنش با دیگر عناصر انرژی آزاد کند. حالا اگر این اکسیژن راهی به درون اقیانوس زیر سطح اروپا پیدا کند می‌تواند انرژی مورد نیاز حیات میکروبی آن‌جا را تأمین کند.
بسیاری از شرایط اروپا، قمر بزرگ‌ترین سیاره‌ی منظومه شمسی می‌توانند از تشکیل و بقای حیات در اقیانوس این قمر پشتیبانی کنند. حالا باید منتظر رسیدن فضاپیمای اروپا کلیپر به این قمر باشیم تا اطلاعات خود درباره قابلیت‌های این قمر را افزایش دهیم و سپس در صورت اطمینان کامل از وجود شرایط کاملا مناسب، جست‌وجوی خود برای پیدا کردن حیات در اروپا را گسترش دهیم.