متان موجود در یخ‌فشان‌های قمر زحل دانشمندان را شگفت‌زده کرده است

یخ‌فشان‌های عظیمی که از سطح انسلادوس فوران می‌کنند، دانشمندان را حیرت‌زده کردند و الهام‌بخش پژوهش‌ها و گمانه‌زنی‌هایی درباره اقیانوس وسیعی زیرسطح انسلادوس بودند. گمان می‌رود این اقیانوس بین هسته سنگی این ماه و پوسته یخی آن قرار دارد. فضاپیمای کاسینی با پرواز از میان یخ‌فشان‌ها و نمونه‌برداری از ترکیب‌ شیمیایی آن‌ها تراکم نسبتا زیادی از مولکول‌های مرتبط با کانال‌های گرمابی را کشف کرد که مشابه کانال‌های اقیانوس‌های زمین بودند. این مولکول‌ها عبارت‌اند از: دی‌هیدروژن و متان و کربن‌دی‌اکسید. مقدار متان یافت‌شده در یخ‌فشان‌ها غیرمنتظره بود.

رجیس فریره، استادیار بخش بوم‌شناسی و زیست تکاملی دانشگاه آریزونا، درباره این موضوع می‌گوید: «می‌خواستیم بدانیم آیا میکروب‌های زمینی که دی‌هیدروژن می‌خورند و متان تولید می‌کنند، می‌توانند دلیل مقدار زیاد متان کشف‌شده کاسینی باشند؟ جست‌وجوی چنین میکروب‌هایی ازجمله متانوژن‌ها در بستر دریاهای انسلادوس مستلزم مأموریت‌های طاقت‌فرسای غواصی است که تا چند دهه آینده امکان‌پذیر نخواهند بود.»

فریره و تیمش مسیر ساده‌ و متفاوتی را بررسی کردند. آن‌ها مدل‌هایی ریاضی را برای محاسبه احتمال فرایندهای مختلف ازجمله متانوجنسیس بیولوژیکی ساختند که می‌توانند داده‌های کاسینی را توصیف کنند. مؤلفان از مدل‌های جدید ریاضی نیز استفاده کردند که ژئوشیمی و بوم‌شناسی میکروبی را برای تحلیل داده‌های یخ‌فشان کاسینی با یکدیگر و فرایندهای احتمالی را برای توصیف مشاهدات ترکیب می‌کنند. همچنین طبق نتایج، داده‌های کاسینی متناظر با فعالیت‌های کانال‌های گرمابی میکروبی یا فرایندهایی هستند که شامل اشکال حیات نیستند؛ اما با آنچه در زمین رخ می‌دهد، تفاوت دارند.

فعالیت هیدروترمال یا گرمابی روی زمین زمانی رخ می‌دهد که آب سرد به بستر اقیانوس نفوذ و در گذرگاه‌ها و سنگ‌های زیرزمینی گردش کند و قبل از خروج مجدد به منابع گرمایی مثل حفره‌های ماگما نزدیک شود. در زمین متان براثر فعالیت گرمابی تولید می‌شود؛ اما سرعت این فرایند آهسته است. بخش زیادی از تولید متان زمین به‌دلیل وجود جانداران کوچکی است که از نبود توازن شیمیایی هیدروترمالی استفاده می‌کنند. در این فرایند، دی‌هیدروژن و متان تولید می‌شود. دی‌هیدروژن منبع انرژی است و متان از کربن‌دی‌اکسید در فرایندی به نام متانوجنسیس تولید می‌شود.

پژوهشگران ترکیب یخ‌فشان‌ها را بررسی کردند. یخ‌فشان‌ها حاصل فرایندهای فیزیکی و شیمیایی هستند که داخل انسلادوس رخ می‌دهند. آن‌ها در درجه اول تولید گرمابی دی‌هیدروژن و تطبیق آن با مشاهدات کاسینی را ارزیابی می‌کنند. همچنین، پژوهشگران بررسی کردند که آیا این مقدار دی‌هیدروژن می‌تواند غذای کافی را برای حفظ جمعیت متانوژن‌های هیدروژنتروفیک مشابه زمین فراهم کند. برای این منظور، مدلی برای مجموعه متغیرهای متانوژن‌ هیدروژنتروفیک فرضی توسعه دادند که معیارهای انرژی و گرمایی آن براساس تغییرات زمینی مدل‌سازی شدند.

در مرحله بعد مؤلفان مدل را اجرا کردند تا بررسی کنند مجموعه مشخصی از شرایط شیمیایی مثل تراکم دی‌هیدروژنی در مایع گرمابی و دما می‌توانند محیطی مساعد را برای رشد میکروب‌ها فراهم کنند یا خیر. آن‌ها تأثیر جمعیت میکروبی فرضی بر محیط اطراف ازجمله نرخ گریز دی‌هیدروژن و متان در یخ‌فشان‌ها را نیز بررسی کردند.

برش انسلادوس، قمر زحل: تفسیری هنری از فرایند گرمابی احتمالی

فریره می‌گوید: «به‌طور خلاصه، نه‌تنها می‌توانیم تطبیق مشاهدات کاسینی با قابلیت حیات انسلادوس را تطبیق دهیم؛ بلکه پیش‌بینی‌هایی کمّی درباره مشاهدات قابل‌انتظار و احتمال فرایند متانوجنسیس در بستر دریاهای انسلادوس را ارائه کنیم.» براساس نتایج، حتی بیشترین میزان تخمینی تولید متان غیرآلی (تولید متان بدون کمک‌های زیستی) در فعالیت‌های گرمابی انسلادوس برای توصیف تراکم متان موجود در یخ‌فشان‌ها کافی نیست. با‌این‌حال، به‌کمک متانوجنسیس زیستی احتمال تولید متان منطبق با مشاهدات کاسینی بیشتر است.

فریره می‌افزاید: «واضح است نمی‌توان خیلی زود نتیجه گرفت حیات در اقیانوس‌های انسلادوس وجود دارد؛ بلکه می‌خواهیم چگونگی قابلیت حیات در کانال‌های گرمابی انسلادوس و تطبیق آن با کانال‌های گرمابی زمین را حدس بزنیم. داده‌های کاسینی می‌توانند اطلاعات زیادی را ارائه کنند. همچنین، به‌نظر می‌رسد متانوجنسیس زیستی منطبق با داده‌ها است؛ اما برای رد فرضیه حیات به داده‌های بیشتری از مأموریت‌های آینده نیاز خواهیم داشت.»

فریره درپایان بیان می‌کند: «همه‌چیز به فرضیه‌های اولیه بستگی دارد. برای مثال، اگر احتمال حیات در انسلادوس را نسبتا اندک فرض کنیم، مکانیزم‌های غیرآلی جایگزین محتمل‌تری خواهند بود؛ حتی اگر در‌مقایسه‌با آنچه روی زمین داریم، کاملا متفاوت باشند.» به‌نقل از مؤلفان، پیشرفت این تحقیقات به روش‌شناسی وابسته است و به سیستم‌های خاص مثل اقیانوس‌های زیرسطح قمرهای یخی محدود نیست و می‌تواند راه را برای کار با داده‌های شیمیایی سیاره‌های منظومه‌ شمسی خارجی در دهه‌های آینده هموارتر کند.