دنياي بياباني جديد

دشت کوير ،با مساحت بيش از 77000کيلومتر مربع، بزرگ ترين بيابان ايران است . اما جاي ديگري هست که رقيب اين ساختار خارق العاده ي طبيعي است . درياي شني بلت ميليون ها سال است که آب مايع به خود نديده است. در حالي که تپه هاي شني در دشت کوير گاه تا حدود40متر ارتفاع دارند ،همين تپه ها در بلت به ارتفاع 150متر نيز مي رسند . ممکن است اين تپه ها روي بلت ،به جاي سيليس،از يخ پودري يا مواد آلي تشکيل شده باشند که از آسمان مي بارند. بلت ناحيه اي وسيع از شن هاي روان بر سطح بزرگ ترين قمر سياره ي زحل است :تيتان.
بلت تنها يکي از مناظر عجيبي است که، به کمک پيشرفت کاوش هاي فضايي ،بر سطح اين قمر سياره اندازه آشکار شده اند . اين کشف آسان نبوده است . جوّ نارنجي رنگ ،مه آلود و غليظ تيتان ـ و ميليون ها کيلومتر فاصله ميان تيتان و زمين ـ قرن ها رصد اين کره را بي نتيجه مي کرد . اما پرده ها کنار مي روند . پس از نگاه هايي به زير پوشش تيتان در دهه ي 1990ـ به کمک تلسکوپ فضايي هابل ـ نخستين نگاه شفاف را روز 26 اکتبر 4/2004آبان 1383به قمر اسرار آميز زحل انداختيم . آن ،روزي بود که مدارگرد کاسيني نخستين بار از کنار تيتان گذشت و با تصويربرداري در نور فرو سرخ و استفاده از نقشه برداري راداري برخي از عوارض سطحي تيتان را آشکار کرد . در آن روز برخي انتظار داشتند زير ابرها منظره اي پردهانه مانند ماه يا بياباني مريخي ببينيم . اما درعوض چيزي ديديم شبيه ....زمين !
مارتين توماسکو ،دانشمند اين مأموريت، در دفتر مرکزي سازمان فضايي اروپا (اِسا )در پاريس به خبرنگاران گفت ،«حالا کليد درک آنچه که به مناظر سطح تيتان شکل داده در دست ماست . شواهد زمين شناختي رسوب ،فرسايش ،سايش مکانيکي ،و ديگر فعاليت هاي حاصل از آب مي گويند که فرايندهاي فيزيکي شکل دهنده ي تيتان بسيار شبيه آنهايي هستند که زمين را شکل داده اند.»
هر دانشجوي سال اول رشته ي زمين شناسي بلافاصله فرايندهايي را، که شکل دهنده ي مناظر تيتان بوده اند ،شناسايي مي کند. به گفته ي کرولين پورکو ،مدير گروه عکسبرداري کاسيني ،«ما کانال هاي بسياري را ديديم که حاصل فرسايش با مايع اند . هيدروکربن هاي تيره را ديديم که از ارتفاعات شسته شده و در سرزمين هاي کم ارتفاع انباشته شده بودند . اثراتي حاصل از باد ديديم . سامانه هاي ابري را ديديم . خلاصه اينکه فرايندها و پديده هايي زميني را ديديم که در مواد غير زميني رخ مي دهند.»
کاسيني با هر بار گذر از کنار تيتان تصويري غني تر و رنگارنگ تر از اين قمر ترسيم مي کند ؛زيباتر از هر تصويري که استادان نقاشي عصر رنسانس بتوانند در رويا ببينند. سرانجام بزرگ ترين قمر زحل را در مقام دنيايي مجزا ،سياره اي جديد براي کاوش ،درک مي کنيم.

آشکارسازي هاي کاسيني
 

مأموريت کاسيني ـ هويگنس انقلابي در دانش ما از اين کرات اسرار آميز برپا کرد. مدارگرد کاسيني ابزار راداري به نام SAR را به همراه دارد؛مشابه ابزاري که فضا پيماي ماژلان در سال هاي 1990-1994براي نفوذ به درون ابرهاي زهره از آن استفاده کرد . کاسيني ،با هر بار گردش به دور زحل ،از کنار تيتان مي گذرد و رادار را به سوي سطح اين قمر مي گيرد تا نواري باريک از اين سطح را نقشه برداري کند. . افزون بر اين ،سامانه ي تصويربرداري کاسيني مي تواند در محدوده ي نور فروسرخ نزديک به درون ابرهاي تيتان نفوذ کند ؛ درست مانند کاري که هابل حدود دو دهه ي پيش انجام داد. کاوشگر اروپايي هويگنس شناسايي را ،با سقوط به درون ابرهاي تيتان ،کامل کرد. هويگنس ،حين سقوط ،جوّ تيتان را «استشمام »مي کرد و تصاويري از سطح زير «پايش »مي گرفت.
تصاوير آن نخستين گذر در اکتبر 2004/آبان 1383،در نور مرئي و فروسرخ ،سطحي را آشکار کرد که روي آن را نواحي تيره و روشن با الگوهاي پيچيده فراگرفته بودند . در لحظات نخست هيچ عارضه اي از جمله کوه ها ،رودها يا دهانه هاي برخوردي قابل شناسايي نبود . به گفته ي پورکو ،«نخست تصاوير بسيار مبهم بودند.ما از ميان لايه هايي از مه مي نگريستيم. هيچ سايه اي پيدا نبود . نمي توانستيم اختلاف ارتفاعات را تشخيص دهيم.»
قابليت هاي ابزار SAR کاسيني به روشن شدن همه چيز کمک کرد . امواج ريز موجي که از آنتن اصلي کاسيني گسيل
مي شد به درون مه جوّي تيتان نفوذ مي کرد و باز از سطح برمي گشت و به فضاپيما مي رسيد. دانشمندان الگوهاي مخفي در اين «پژواک هاي »راداري را رمز گشايي کردند و تصويري از توپوگرافي (موضع نگاري )سطح ساختند. درياهاي گسترده اي از تپه هاي شني روان مانند ناحيه ي بلت در سرتاسر نواحي استوايي تيتان پراکنده اند . نقشه برداري از بادهاي تيتان براي رصد گران کار مشکلي بوده است . اما تحليل هاي اخير ،با استفاده از چهار سال داده هاي راداري ،نشان مي دهند که اين تپه هاي شني روان هم راستاي جهت وزش بادهاي تيتان اند . اين موجب شگفتي است که به نظر مي رسد بادهاي تيتان به سوي شرق مي وزند . و به گفته ي رالف لورنز ،دانشمند بخش رادار کاسيني، اين برخلاف جهتي است که همه ي مدل هاي شبيه ساز جوّي پيش بيني کرده اند . لورنز اين تپه هاي شني روان را به «بادنماي هواشناسي در ابعاد يک سياره »تشبيه مي کند که «ما را به جهت وزش بادها آگاه مي کند.»متخصصين رادار ،با کمک بيست بار گذر کاسيني ،16هزار تپه ي شني روان را نقشه برداري کردند.
به نظر مي رسد تپه هاي شني تيتان ،برخلاف تپه هاي مريخ ،که در جا محکم شده اند و بسيار کم حرکت مي کنند ،جوان و پويا هستند . تپه هاي شني پوياي تيتان تحت تأثير توپوگرافي زير سطح اند . آنها در اطراف تپه ها و صخره ها ي سد ـ مانند جاري اند و بيشتر جهت وزش باد را نشان مي دهند.
جهت اسرارآميز باد روي تيتان شايد ـ کمي ـ به سبب اين حقيقت باشد که جوّ تيتان هنگامي که رو به سوي زحل دارد برآمده مي شود . وقتي اين قمر به دور سياره ي مادر مي گردد اين برآمدگي نيز دور تا دور قمر مي گردد درست مانند کشندهاي اقيانوسي که دور تا دور زمين مي گردند. اما هنوز براي درک کامل ظرافت هاي جوّ غريب تيتان کارهاي بيشتري بايد صورت بگيرد .يکي از عللي که لورنز و ديگر دانشمندان مي خواهند بادهاي تيتان را درک کنند براي کاوشگران آينده است: آنها سرانجام مي خواهند بالني را بر فراز تيتان بفرستند تا در بادهاي اين قمر غوطه بخورد و سطحش را از نزديک بررسي کند.
خود تپه هاي شني نيز عجيب و غريب اند . لورنز و ديگران بر اين باورند که اين تپه هاي شني از دانه هاي شن هيدروکربن ساخته شده اند که حاصل «باراني »آلي از آسمان تيتان بر سطح آن است . کرولين پورکو مي گويد ،«به جاي باران مايع، باراني از دوده را تصور کنيد.» به باور دانشمندان شايد ماده ي ديگر سازنده ي تپه ها يخي باشد که از سطح يخ زده ي تيتان فرسايش يافته و روي هم انباشته شده است.

آتشفشان يا يخ فشان ؟
 

نخستين نوار تحت پوشش رادار مأموريت کاسيني نواري از سطح تيتان به طول تقريبا ً 8000کيلومتر بود . در آن سرزمين هاي تيره و روشني از دشت هاي هموار و ارتفاعات ناهموار ديده مي شدند. اما دانشمندان مأموريت همچنين عارضه اي دايره اي را ديدند که در سرتاسر نوار راداري پراکنده بود. آنها نام اين ساختار 180کيلومتري را گنشا گذاشتند؛به نام خداي هندوي فرزانگي و هنر که سرش سر فيل است.
محققان به دنبال اين موضوع اند که آيا گنِشا عارضه اي حاصل از يک برخورد شهاب سنگي در گذشته است ؟اما اين عارضه هيچ لبه ي بر آمده يا ديگر ويژگي هاي عارضه اي برخوردي را ندارد . در عوض ،به نظر مي رسد ظاهر گنشا شبيه به چيزي آشناست که دانشمندان با بررسي تصاوير راداري زهره ديده بودند :آتشفشان . رُزالي لوپس ،از اعضاي گروه رادار کاسيني در آزمايشگاه جت پروپالشن ناسا در پاسادنا کاليفرنيا، چنين توضيح مي دهد که، «ما دريافتيم که گنشا عارضه اي برخوردي نيست و سپس شباهت هايي با گنبدهاي کلوچه اي روي زهره ديديم.»
گنبدهاي کلوچه اي کوه هاي آتشفشاني عريض و تخت سر روي زهره اند که از فوران سنگ هاي مذاب يا ماگما ـ درست مانند فرايند آتشفشان روي زمين ـ تشکيل مي شوند . اما سطح تيتان ،با وجودي که به سختي سنگ است ، بيشتر از آب يخ زده تشکيل شده است . بنابراين ،آتشفشان گنشا سنگ مذاب فوران نمي کرده،بلکه در عوض «يخ گدازه »اي آبکي از جنس آب و شايد کمي آمونياک فوران مي کرده است.
لوپس ،که کارشناس آتشفشان هاي فرازميني و مدير گروه ژئوفيزيک و علوم زمين شناختي سيارات در آزمايشگاه جت پروپالشن (JPL) ناساست ،مي گويد ،«شايد گنشا يک سپر آتشفشاني باشد.» سپرهاي آتشفشاني از جريانات چند لايه ي گدازه ي رونده تشکيل مي شوند که به تدريج روي هم انباشته شده و ساختاري عريض و کم شيب را درست مي کنند که شبيه يک سپر وارونه است . جزيره ي بزرگ هاوايي بزرگ ترين سپر آتشفشاني زمين و گنشا نيز به طرز عجيبي به آن شبيه است. همچنين ممکن است که گنشا يک کالدرا يا دهانه ي آتشفشاني البته از نوع يخ فشان باشد ؛کالدرا فرورفتگي سر آتشفشان و حاصل نشست سطح پس از فوران است.
دومين عبور از کنار تيتان به دانشمندان امکان داد که تصويري استريو از گنشا تهيه کنند و اين تصوير آنها را بهت زده کرد :نه تنها اين منطقه گنبد نيست بلکه تقريبا مسطح هم هست و بر لبه ي شمال غربي آن تعدادي تپه ي به هم ريخته وجود دارند . با وجودي که گنشا با شکل گنبد کلوچه اي همخواني ندارد،همچنان داراي عارضه اي دهانه مانند در مرکز است که جريان هايي از آن سرچشمه مي گيرند . به اين ترتيب هنوز بسياري با يخ فشان موافق اند .
برخي يخ گدازه هاي جاري بر تيتان بسيار حجيم اند . در فاصله ي 2200کيلومتري گنشا جرياني به ضخامت 300متر وجود دارد . يخ گدازه براي اينکه تا اين ارتفاع انباشته شود بايد از مخلوط آبکي آب ـ آمونياک غليظ تر و ضخيم تر باشد. لوپس و همکارانش به اين نتيجه رسيدند که متانول (نوعي الکل )اضافي جريان را به حد کافي چسبنده و غليظ مي کند.
به نظر مي رسد کاسيني يخ فشان فعالي را در منطقه اي به نام هوتاي آرکوس به دام انداخته باشد. در کنفرانس ماه و سياره شناسي سال 2009،محققان تصاوير تازه ي راداري و فروسرخ از اين ناحيه را ،که به سبب وجود کماني از کوه ها به نام «لبخند تيتان »مشهور شده ،نمايش دادند . داده هاي جديد به دانشمندان امکان مي دهد نمايي واضح تر از اين منظره ـ که ظاهراً جريان هايي در سرتاسرش دارد ـ ببينند . مهم تر اينکه اين مکان تغيير کرده است . بين اکتبر 2005تا مارس 2006/آبان تا اسفند 1384،ناحيه ي هوتاي آرکوس روشن تر شد و داده هاي ابتدايي نشان مي دهد که آمونياک ـ نامزدي براي يخ گدازه ـ در طيف نواحي روشن تر قوي تر شده است . دو گذر نزديک در19نوامبر و5 دسامبر 2008(29آبان و 15آذر1387) داده هاي کافي براي تحليل راداري مفصل از اين منطقه را فراهم کردند.
هوتاي منطقه اي دشت مانند است که در جنوب و شرق آن کوه هاي ناهموار وجود دارند .اين دشت در زانادوي (xanadu )
غربي در عرض جغرافيايي 28درجه ي جنوبي و طول جغرافيايي 78 درجه ي غربي کره ي تيتان قرار دارد. کانال هاي بسياري ـ که ظاهراً بستر خشک رودها هستند ـ از سوي کوه ها به سوي اين دشت جريان دارند و در نزديکي جريان هاي مرتفع مواد محو مي شوند . اين مايع ممکن نيست آب باشد؛تيتان با دما 173-درجه ي سانتي گراد زيادي سرد است . اين مايع بايد متان باشد که در دماي زمين گاز است اما روي اين قمر يخ زده به صورت مايع باقي مي ماند. احتمالاً بستر رودها را نيز باران هاي متان حک کرده است که در تصاوير راداري و فروسرخ ديده مي شود.

طوفان هاي متان
 

تيتان غني از متان است. اما اين ماده از کجا آمده است؟متان برسطح تيتان بايد سال ها پيش با گازهاي ديگر ترکيب شيميايي مي شد ،اما چيزي آن را از نو مي سازد.بسياري از دانشمندان بر اين باورند که آتشفشان ها منبع متان تازه در تيتان اند . اگر گمان آنها درست باشد،به اين ترتيب فرايند يخ فشان نيز سازنده ي سطح يخي تيتان است ؛درست همان طور که مواد مذاب آتشفشاني طي ميلياردها سال سطح سنگي زمين را شکل دادند.
کاوشگر اروپايي بسيار موفق هويگنس همچنين نوري بر اسرار متان در تيتان تاباند. اين فضا پيما ـ که به اندازه ي يک اتومبيل سمند ايران بود ـ حين سقوط به درون جوّ تيتان اطلاعاتي از دما ،فشار ،بادها و ترکيبات جوّي آن جمع آوري کرد. هويگنس ،پس از عبور از لايه ي ابر ،عکس هاي هوايي از تپه ها و نواحي همواري را ارسال کرد که رودهايي ،شايد بستر خشک رودها ،از ميان آنها عبور مي کردند . اين کاوشگر دريافت که بخار متان در هوا نزديک نقطه ي اشباع است و شرايط را براي باران هاي فراوان مهيا کرده است . اما اين متان کجا مخفي شده بود؟به گفته ي لوپس ،«براي اينکه اين حجم متان در جوّ وجود داشته باشد واقعاً به اين گمان برديم که بايد حجمي از متان مايع جايي روي سطح باشد که اين متان جوّي را تغذيه مي کند.»
در26ژوييه 4/2006مرداد 1385،دانشمندان موضوع را دريافتند . مدار کاسيني آن را به عرض جغرافيايي 80درجه ي شمالي رساند؛ شمال تر از همه ي گذرهاي پيشين .سامانه ي راداري کاسيني تصاويري از کانال ها،خليج ها ،و نواحي بسيار تيره و واضح با خطوط ساحلي را آشکار کرد. رادار نواحي هموار (مانند يک سطح مايع )را تيره مي بيند و اين نواحي تا حد قابل آشکارسازي براي اين سامانه تيره بودند. به گفته ي لوپس ،«سرانجام منبع همه ي اين متان را پيدا کرديم .»بسياري از آنها بيضي شکل يا کمان شکل اند اما برخي نيز ظاهري شبيه کالدراهاي پر از مايع دارند.
از زمان نخستين گذر کاسيني ،در هر گذر بعدي شواهد بيشتري از شيارهاي رودها ،حوضچه ها ،و نواحي شبيه به خطوط ساحلي در حصار خليج آشکار شد. در يکي از تصاوير عارضه ي تيره اي به شکل «کليه »در نزديکي قطب جنوب تيتان ديده مي شود که شبيه درياچه اي به اندازه ي درياچه ي اونتاريو در آمريکاي شمالي است. به گفته ي پورکو ،«اين عارضه بيش از هرچيز به درياچه اي شبيه بود. اما مطمئن نيستيم که درونش پر از مايع است يا رسوبي تيره. به همين سبب از اظهار نظر خودداري کرديم.»
در اطراف بسياري از اين ساختارهاي درياچه مانند حلقه هاي پي در پي و هم مرکز خطوط ساحلي ديده مي شوند ؛شبيه به ساحل درياچه ها روي زمين که با تبخير آب و پايين رفتن سطح آن مواد معدني در اطرافشان رسوب مي کنند. دانشمندان به جستجو به دنبال شواهدي از پراکندگي ادامه دادند ؛الگويي شبيه پژواک راداري که نشان دهنده ي حرکت امواج بر سطحي مايع باشد . اواخر سال 2008/زمستان 1387،محققان به قدر کافي داده هاي راداري دريافت کرده بودند که مطمئن شوند اين نواحي تيره در واقع با متان مايع پر شده اند . به نظر مي رسد سطح برخي از درياچه ها در جنوب طي چند سال گذشته بالا آمده است و اين نشان مي دهد که آنها با باراني از متان پر شده اند.
اندازه گيري هاي هويگنس و مدارگرد کاسيني تأييد مي کند که نم نم ثابتي از باران متان بر حدود نيمي از سطح اين قمر مي بارد . به گفته ي کريس مک کي ،اختر زيست شناسي از مرکز تحقيقات ايمز ناسا در مافت فيلد کاليفرنيا ،«به نظر مي رسد ميزان متان در جو بيشتر از سطح است. ظاهرا جو تيتان بيش از حد ظرفيت خود متان دارد.»
باران از ابرهاي متان ـ نيتروژن در ارتفاع 20کيلومتري سطح مي بارد و به همين سبب است که هويگنس در رسوبي از متان فرود آمد. بالاي آن لايه ي ابر، لايه اي هواي شفاف وجود دارد و سپس لايه اي مرتفع از بلورهاي يخ متان . رطوبت متان در نزديکي قطب ها ،همان جايي که درياچه ها کشف شدند ،بيشتر است.
دانشمندان سياره شناس مي خواهند بدانند متان چطور از ابرها به سوي سطح حرکت مي کند و باز به سوي ابرها باز مي گردد. روي زمين ميانجي آب است ؛جامد،مايع و گاز. اين مواد در«چرخه ي جهاني آب» ميان زمين و دريا در گردش اند .تيتان نيز چرخه اي مشابه بر پايه ي متان دارد.
به گفته ي مک کي ،«هنوز چرخه ي متان روي تيتان را درست نفهميده ايم .انتظار داشتيم در بيشتر سطح اين قمر درياچه هايي بيابيم و از اينکه فقط در نواحي قطبي شمال آنها را يافتيم در تعجبيم.»
در حال حاضر در شمال تيتان زمستان است که شايد مسئول پيدايش درياچه هاي متان نيز باشد . وقتي تابستان از راه برسد ممکن است اين درياچه ها تبخير شوند و در زمستان جنوبي دوباره شکل بگيرند. مک کي چنين شرح مي دهد که ،«بسياري از دانشمندان بر اين باورند که اين درياچه ها فصلي اند و وقتي 15سال ديگر زمستان به نواحي قطبي جنوبي برسد اين درياچه ها نيز به آنجا منتقل مي شوند.»
راز حل نشده اين است که متان در جو چگونه باز توليد مي شود . لوپس و همکارانش بر اين باورند که شايد پديده ي يخ فشان نقشي در اين ميان بازي مي کند . وقتي برهم کنش ميان نور خورشيد و هيدروکربن ها در جوّ بالايي متان را از بين مي برد ،شايد يخ فشان ها بار ديگر از درون تيتان اين سامانه را تغذيه کنند.

دنياي جديد
 

تا به اينجا ،مأموريت فوق العاده موفق کاسيني ـ هويگنس بخش هاي وسيعي از جو و زمين شناسي تيتان را آشکار کرده است . حالا نوبت جزييات ظريف است ؛جزييات مهمي درباره ي نحوه ي رفتار تيتان . مثلا ما دشت هاي وسيعي از تپه هاي شن روان مي بينيم که به احتمال بسيار از بلورهاي يخ تشکيل شده اند . اين ها در کجاي چرخه ي متان جاي دارند ؟
به گفته ي لوپس، «هويگنس به ما نشان داد که بر تيتان باران مي بارد . کانال هايي ديديم . اما تپه هاي شن روان بايد به صورت ذرات خشک شکل گرفته باشند. بسياري از اين تپه ها به کانال ها نزديک اند ،پس در اين چرخه ي متان چه اتفاقي مي افتد؟شايد اين نواحي هم مانند بيابان هاي زميني گاهي دچار خشکسالي مي شوند.»محققان اميدوارند ،با انجام گذرهاي بيشتر از کنار تيتان ،ديد بهتري درباره ي ارتباط فيزيکي ميان تپه هاي شن روان و متان مايع سطحي به دست آورند.
راز ديگر بر سطح تيتان تعداد بسيار دهانه هاي برخوردي است که تا به حال شناسايي شده اند . سطح يخ زده ي تيتان ،با چنين دماي پاييني به سختي سنگ است . شهاب سنگ هاي برخوردي ،درست مانند روي زمين ،دهانه هايي را بر سطح آن حفر کرده اند . بزرگ ترين دهانه ي شناسايي شده ،به نام مينروا ،حوضچه اي برخوردي به قطر 80کيلومتر است.
نکته ي عجيب درباره ي دهانه هاي تيتان کمبود نمونه هاي کوچک ،با قطر بين 20تا30کيلومتر، است . شبيه سازي هاي رايانه اي نشان مي دهد که بايد چنين دهانه هايي را نيز ببينيم اما نديديم .آنها کجا هستند ؟ آيا فرايند هنوز ناشناخته ي ديگري برروي سطح آنها را مخفي مي کند ،يا ذرات آلي که از آسمان مي بارند درون آنها را پر کرده اند ؟
همين طور که کاسيني اطلاعات بيشتري را از تيتان گردآوري مي کند دانشمندان انتظار دارند به پاسخ هاي بيشتر و البته رازهاي بيشتري برسند.در حالي که دانشمندان سياره شناس اروپايي در لذت موفقيت کاسيني ـ هويگنس غرق اند ،مديران ناسا و سازمان فضايي اروپا درخواست انجام مطالعاتي براي ماموريت هاي آينده را داده اند. مدارگرد تيتان که طرح پيشنهادي جديد ناسا و اسا بود و قرار بود حامل يک بالن کاوشگر باشد به تازگي به نفع مأموريتي به اروپا قمر مشتري ،کنار گذاشته شد. اما تيتان ما را فرا مي خواند. تيتان دنيايي پوياست که منتظر است تا کاوش شود: دنيايي با باران هاي طوفاني ،بيابان ها ،درياچه ها و شايد آتشفشان ها. با وجود همه ي اسرار ،به احتمال قوي روزي رالف لورنز بالن خود را بر فراز تيتان خواهد فرستاد.
منبع:نجوم،شماره 87.