قمر زحل، إنسيلادوس. (ناسا/مختبر الدفع النفاث/معهد علوم الفضاء)
لدى زحل 146 قمرًا مؤكدًا - أكثر من أي كوكب آخر في النظام الشمسي - لكن قمرًا واحدًا يسمى إنسيلادوس يبرز. ويبدو أن لديها مقومات الحياة.
من عام 2004 إلى عام 2017، قامت كاسيني - وهي مهمة مشتركة بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الإيطالية - بالتحقيق في كوكب زحل وحلقاته وأقماره. قدمت كاسيني نتائج مذهلة . إنسيلادوس، الذي يبلغ قطره 313 ميلاً (504 كيلومترًا) فقط، يضم محيطًا مائيًا سائلًا تحت قشرته الجليدية التي تغطي القمر بأكمله.
تطلق السخانات الموجودة في القطب الجنوبي للقمر الغاز وحبيبات الجليد المتكونة من مياه المحيط إلى الفضاء.
على الرغم من أن مهندسي كاسيني لم يتوقعوا تحليل حبيبات الجليد التي كان إنسيلادوس ينبعث منها بشكل نشط، إلا أنهم قاموا بتعبئة محلل الغبار على المركبة الفضائية. قامت هذه الأداة بقياس حبيبات الجليد المنبعثة بشكل فردي وأخبرت الباحثين عن تكوين المحيط تحت السطح.
باعتباري عالم كواكب وعالم أحياء فلكي يدرس حبيبات الجليد من إنسيلادوس، فأنا مهتم بمعرفة ما إذا كانت هناك حياة على هذا القمر أو على الأقمار الجليدية الأخرى. أريد أيضًا أن أفهم كيف يمكن للعلماء مثلي اكتشافه.
مكونات الحياة
تمامًا مثل محيطات الأرض، يحتوي محيط إنسيلادوس على الملح ، معظمه من كلوريد الصوديوم ، المعروف باسم ملح الطعام. ويحتوي المحيط أيضًا على مركبات كربونية مختلفة، وله عملية تسمى تسخين المد والجزر والتي تولد الطاقة داخل القمر . الماء السائل والكيمياء القائمة على الكربون والطاقة كلها مكونات أساسية للحياة.في عام 2023، عثرت أنا وعلماء آخرون على الفوسفات، وهو مركب آخر يدعم الحياة ، في حبيبات الجليد القادمة من محيط إنسيلادوس. الفوسفات، وهو أحد أشكال الفوسفور، ضروري لجميع أشكال الحياة على الأرض. وهو جزء من الحمض النووي وأغشية الخلايا والعظام. وكانت هذه هي المرة الأولى التي يكتشف فيها العلماء هذا المركب في محيط مائي خارج كوكب الأرض.
من المحتمل أن يتفاعل قلب إنسيلادوس الصخري مع مياه المحيط من خلال الفتحات الحرارية المائية . تبرز هذه الهياكل الساخنة التي تشبه السخان من قاع المحيط. ويتوقع العلماء أن مكانًا مشابهًا ربما كان مهد الحياة على الأرض .
الجزء الداخلي من قمر زحل إنسيلادوس. ( السطح: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute؛ الجزء الداخلي: LPG-CNRS/U. Nantes/U. Angers. التكوين الرسومي: ESA )
الكشف عن الحياة المحتملة
وحتى الآن، لم يتمكن أحد من اكتشاف وجود حياة خارج الأرض. لكن العلماء متفقون على أن إنسيلادوس مكان واعد للغاية للبحث عن الحياة. إذن، كيف يمكننا أن نبدأ في البحث؟في بحث نُشر في مارس 2024، أجريت أنا وزملائي اختبارًا معمليًا يحاكي ما إذا كانت أدوات تحليل الغبار الموجودة على المركبات الفضائية يمكنها اكتشاف وتحديد آثار الحياة في حبيبات الجليد المنبعثة.
ولمحاكاة اكتشاف حبيبات الجليد أثناء قيام محللي الغبار في الفضاء بتسجيلها، استخدمنا إعدادًا معمليًا على الأرض. باستخدام هذا الإعداد، قمنا بحقن شعاع ماء صغير يحتوي على خلايا بكتيرية في الفراغ، حيث تفكك الشعاع إلى قطرات. ومن الناحية النظرية، تحتوي كل قطرة على خلية بكتيرية واحدة.
بعد ذلك، أطلقنا الليزر على القطرات الفردية، مما أدى إلى تكوين أيونات مشحونة من الماء ومركبات الخلية. وقمنا بقياس الأيونات المشحونة باستخدام تقنية تسمى قياس الطيف الكتلي . ساعدتنا هذه القياسات على التنبؤ بما يجب أن تجده أدوات تحليل الغبار الموجودة على متن مركبة فضائية إذا واجهت خلية بكتيرية موجودة في حبة ثلج.
لقد وجدنا أن هذه الأدوات من شأنها أن تقوم بعمل جيد في تحديد المواد الخلوية. يجب أن تكون الأدوات المصممة لتحليل حبيبات الجليد المنفردة قادرة على تحديد الخلايا البكتيرية، حتى لو كان هناك 0.01% فقط من مكونات خلية واحدة في حبة ثلج من نبع ماء حار يشبه إنسيلادوس.
يمكن للمحللين التقاط عدد من التوقيعات المحتملة من المواد الخلوية، بما في ذلك الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية. تمثل الأحماض الأمينية المكتشفة إما أجزاء من بروتينات الخلية أو مستقلباتها، وهي جزيئات صغيرة تشارك في التفاعلات الكيميائية داخل الخلية. الأحماض الدهنية هي أجزاء من الدهون التي تشكل أغشية الخلايا.
في تجاربنا، استخدمنا بكتيريا اسمها Sphingopyxis alaskensis . إن خلايا هذه المزرعة صغيرة للغاية، بنفس حجم الخلايا التي قد تكون قادرة على احتواء حبيبات الجليد المنبعثة من القمر إنسيلادوس. بالإضافة إلى صغر حجمها، تحب هذه الخلايا البيئات الباردة، وتحتاج فقط إلى عدد قليل من العناصر الغذائية للبقاء على قيد الحياة والنمو، على غرار الطريقة التي قد تتكيف بها الحياة مع الظروف في محيط إنسيلادوس.
لم يكن لدى محلل الغبار المحدد في كاسيني القدرات التحليلية لتحديد المواد الخلوية الموجودة في حبيبات الجليد. ومع ذلك، يقوم العلماء بالفعل بتصميم أدوات تتمتع بقدرات أكبر بكثير لمهمات إنسيلادوس المستقبلية المحتملة. ستستفيد نتائجنا التجريبية من تخطيط وتصميم هذه الأدوات.
البعثات المستقبلية
يعد إنسيلادوس أحد الأهداف الرئيسية للبعثات المستقبلية لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية. في عام 2022، أعلنت وكالة ناسا أن مهمة إنسيلادوس لها ثاني أعلى أولوية حيث اختارت مهامها الكبيرة التالية - وكانت لمهمة أورانوس الأولوية القصوى.أعلنت الوكالة الأوروبية مؤخرًا أن إنسيلادوس هو الهدف الرئيسي لمهمتها الكبيرة القادمة. من المحتمل أن تشتمل هذه المهمة على محلل غبار ذو قدرة عالية لتحليل حبيبات الجليد.
إنسيلادوس ليس القمر الوحيد الذي يحتوي على محيط مائي سائل. يمتلك قمر المشتري أوروبا أيضًا محيطًا يمتد القمر بأكمله تحت قشرته الجليدية. تطفو حبيبات الجليد الموجودة على أوروبا فوق السطح، ويعتقد بعض العلماء أن أوروبا ربما تحتوي على ينابيع مياه حارة مثل إنسيلادوس، والتي تطلق الحبيبات إلى الفضاء . سيساعد بحثنا أيضًا في دراسة حبيبات الجليد من أوروبا.
ستزور مهمة أوروبا كليبر التابعة لناسا أوروبا في السنوات القادمة. من المقرر إطلاق Clipper في أكتوبر 2024 والوصول إلى كوكب المشتري في أبريل 2030. وقد تم تصميم أحد جهازي قياس الطيف الكتلي الموجودين على المركبة الفضائية، وهو SUrface Dust Analyzer ، لتحليل حبيبات الجليد الفردية.
ستقوم أداة SUrface Dust Analyzer الموجودة على Clipper بتحليل حبيبات الجليد من قمر المشتري أوروبا. ( ناسا/جامعة كاليفورنيا بولدر/جلين أساكاوا )
توضح دراستنا أن هذه الأداة ستكون قادرة على العثور حتى على أجزاء صغيرة من الخلية البكتيرية، إذا كانت موجودة في عدد قليل فقط من حبيبات الجليد المنبعثة.
ومع خطط هذه الوكالات الفضائية للمستقبل القريب ونتائج دراستنا، فإن احتمالات البعثات الفضائية القادمة التي تزور إنسيلادوس أو يوروبا مثيرة بشكل لا يصدق. نحن نعلم الآن أنه باستخدام الأجهزة الحالية والمستقبلية، يجب أن يتمكن العلماء من معرفة ما إذا كانت هناك حياة على أي من هذه الأقمار.
