إطلاق بعثة جوس

د. لويزا بريستون Dr. Louisa Preston

لطالما سرى الاعتقاد بأن الأرض هي المقياس الأمثل لعالم صالح للسُّكنى. وعلمتنا الدروس المستفادة من الحياة على الأرض أننا إذا أردنا البحث عن الحياة على كواكب أخرى في المجموعة الشمسية، فنحن في حاجة إلى إيجاد ثلاثة مكونات أساسية في المكان نفسه وفي الزمن نفسه: الماء السائل، واللبنات الكيميائية الأساسية للحياة، ومصدر للطاقة. ظننا في السابق أن هذه المكونات لا يمكن العثور عليها إلا داخل حلقة ضيقة حول الشمس تُسمى ”المنطقة المعتدلة“ (منطقة غولدي لوكس نسبة إلى القصة المعروفة) Goldilocks Zone أو “المنطقة الصالحة للحياة” Habitable Zone. لكننا كنا على خطأ.

”كوكب المشتري، على الرغم من وجوده خارج المنطقة الصالحة للحياة في مجموعتنا الشمسية، أنشأ منطقة صالحة للحياة خاصة به“

صور أقمار كوكب المشتري التي التقطتها بعثات فوياجر Voyager في العام 1979 ومركبة غاليليو الفضائية بين العامين 1995 و2003 عدلت نظرتنا للمجموعة الشمسية تماماً. لقد كشفت عن أدلة على وجود مياه سائلة في المناطق الخارجية لجوار كوكبنا، بعيداً عن المكان الذي اعتقدنا أنها يجب أن تكون موجودة فيه. حالياً نعلم أن يوروبا Europa، رابع أكبر قمر لكوكب المشتري، يحتوي على كمية من المياه تفوق ما تحتويه كل محيطات الأرض مجتمعة. اتضح أن كوكب المشتري، على الرغم من كونه خارج المنطقة التقليدية الصالحة للسكنى في مجموعتنا الشمسية، أنشأ منطقة صالحة للسكنى خاصة به، ليس بفضل دفء الشمس – ضوء الشمس في كوكب المشتري أضعف بمقدار 30 مرة منه على الأرض – ولكن بتأثير من جاذبيته القوية على نحو هائل. بالنظر إلى هذه الخيارات الصالحة للحياة ”الأكثر برودة“، انطلقت في أبريل من هذا العام، بعثة JUpiter ICy Moons Explorer (اختصاراً: البعثة جوس JUICE) إلى أقمار المشتري لمساعدة علماء البيولوجيا الفلكية على فهم كيف ظهرت عوالم صالحة للسكن في الأجزاء الخارجية من المجموعة الشمسية.

ستكشف بعثة جوس التأثيرات البيولوجية للتفاعل بين كوكب وأقماره من خلال استكشاف ثلاثة من أقمار المشتري الجليدية: غانيميد Ganymede وكاليستو Callisto ويوروبا Europa وبيئاتها المائية تحت السطحية. سيحظى غانيميد بنصيب عادل من تركيز بعثة جوس، لكن النتائج التي يمكن أن تحصل عليها من يوروبا، بالتعاون مع مهمة Europa Clipper التي تستعد لها الوكالة ناسا، ستكون مثيرة جداً لأنها ستكون المرة الأولى التي نتمكن فيها من دراسة بيئات مناسبة للحياة خارج الأرض في وقتنا الحاضر.

عالم من الماء
تأتي المياه السائلة على رأس قائمة ما يصبو علماء الأحياء الفلكية إلى العثور عليه عند استكشاف كواكب أخرى، لأن المياه تعمل على إذابة العناصر الغذائية ونقل المواد الكيميائية داخل البيئة. يمكن أن يساعد الماء على تخزين المواد الكيميائية للحياة وتدويرها في جميع أنحاء جِرم كوكبي، والماء موجود بوفرة على يوروبا.

إن كون قسم كبير من مياه يوروبا جامداً أدى إلى تكوين قشرة جليدية لامعة؛ إنه مشهد طبيعي لا يشبه أي شيء على الأرض. تغطي هذه القشرة الجليدية القمر بكامله، ويُعتقَد أن سمكها يتراوح بين 16 و24 كيلومتراً، ولكنها تطفو فوق محيط سائل مالح يتراوح عمقه بين 64 و160 كيلومتراً مباشرة فوق قاع البحر الصخري. إن أبرز سمات هذا الجليد هي الحواف المزدوجة المتقاطعة والأخاديد المتشابكة المؤلفة من مادة غير جليدية ضاربة إلى الحمرة (من الماء الممزوج بكبريتات المغنيسيوم وحمض الكبريتيك، على سبيل المثال) التي تبدو مثل ندوب على سطح هذا القمر. أشارت دراسات حديثة حول الأخاديد المماثلة في صفيحة غرينلاند الجليدية إلى أنها قد تكون ناتجة عن جيوب من الماء السائل بالقرب من سطح القشرة الجليدية تتعرض لضغوط صاعدة من المحيط السفلي من خلال شقوق في الجليد.

من المتفق عليه عموماً أن هناك محيطاً على يوروبا، لكننا لم نشاهده بنحو مباشر بعد. يرجع أفضل دليل على وجود هذا المحيط بنحو غير مباشر إلى ملاحظة مجال مغناطيسي ينشأ داخل القمر يوروبا حين يمر المجال المغناطيسي القوي لكوكب المشتري بالقمر؛ وما يمكن أن يؤدي إلى ذلك على الأرجح هو وجود محيط هائل من المياه المالحة.

إضافةً إلى ذلك هناك أدلة متزايدة على تصاعد أعمدة من بخار الماء من سطحه، على غرار تلك التي تحدث عموماً على أحد أقمار زحل وهو إنسيلادوس. يبدو أيضاً أن السطح الجليدي حديث، أو على الأقل أجزاء منه. ليس به كثير من حفر الارتطام مثل الأقمار الأخرى، مما قد يعني أن نشاطاً جيولوجياً مثل ارتفاع الجليد الدافئ من المحيط أدناه، يمحو الحفر ويسمح ليوروبا بالحفاظ على مظهره الشاب نسبياً.

إشعاع وتفاعلات
كما هي الحال مع أي جِرم كوكبي، قد يشهد القمر يوروبا عدداً من العمليات التي تعمل معاً وبنحو مستقل لتوليد الطاقة اللازمة لجعل الحياة ممكنة. ولكن نظراً إلى مدى بُعد القمر عن الشمس، لن تحصل هذه الحياة على الطاقة عن طريق البناء (التمثيل) الضوئي Photosynthesis باستخدام حرارة الشمس، ولكن على الأرجح من خلال التفاعلات الكيميائية التي تحدث على السطح وداخل المحيط. يتعرض سطح يوروبا للإشعاع من كوكب المشتري الذي يتفاعل مع القشرة الجليدية وغيرها من المواد، مما يحولها إلى بعض اللبنات الأساسية للحياة بما في ذلك الأكسجين الحر وبيروكسيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت. الأكسجين، على سبيل المثال، إذا شق طريقه إلى المحيط، يمكن استخدامه في التفاعلات الكيميائية التي تطلق الطاقة التي يمكن لأشكال الحياة الاستفادة منها.

التفاعلات بين المياه المالحة وقاع المحيط الصخري يمكن أن تخلق أيضاً مواد مغذية لدعم الحياة. يتفاعل المحيط مع صخور ساخنة منبثقة من قاع البحر، ومن ثم يمكن لهذه المياه أن تصب المغذيات الكيميائية التي يمكن أن تغذي الحياة، تماماً مثل الفتحات الحرارية المائية في محيطات الأرض. الطاقة الحرارية الداخلية من يوروبا، التي قد تكون كافية للمساعدة على الحفاظ على المحيط السائل في المقام الأول، يمكن أن تكون مفيدة أيضاً، وربما تنشأ عندما يُضغط القمر الجليدي إلى الداخل والخارج بتأثير من قوة سحب جاذبية المشتري، في عملية تسمى ثني المد والجزر Tidal flexing.

لكي يكون يوروبا صالحاً للحياة، يجب أن يحتوي، إضافة إلى الماء السائل والطاقة، على العناصر الأساسية للحياة: الكربون والهيدروجين والنتروجين والأكسجين والفوسفور والكبريت. نعتقد أن هذه العناصر كانت موجودة على القمر في أثناء تشكله، ثم أضيفت إليها أخرى على مدى بلايين السنين بسبب ارتطام المذنبات والكويكبات به؛ وستكون موجودة داخل قشرته الجليدية ومحيطه المائي ولبه الصخري.

الغوص في جوف القمر
في ظاهر الأمر، لا يبدو يوروبا مكاناً ملائماً لظهور الحياة عليه. يتعرض سطحه للإشعاع الشديد ودرجات الحرارة في أثناء النهار بالكاد تتجاوز -160°س. لا يمكن لأي من أشكال الحياة الموجودة في ظروف قصوى على الأرض والمعروفة حالياً أن تتحمل هذه الظروف القاسية، وعلى هذا النحو نعتقد أن أي حياة على يوروبا موجودة تحت السطح حيث يمكن العثور على بيئات معتدلة وتوفر حماية نسبياً. عززت الدراسات على الأرض هذه الفكرة. منذ سبعينات القرن العشرين، اكتشفنا أكثر من 370 بحيرة مخبأة تحت عدة كيلومترات من الجليد في القارة القطبية الجنوبية (العديد منها يحتوي على حياة ميكروبية بداخلها)، وبكتيريا تعيش في الأحجار الرملية في الوديان الجافة الباردة وغير المضيافة في القارة القطبية الجنوبية (أنتاركتيكا)، ونُظماً إيكولوجية Ecosystems مزدهرة حول الفتحات الحرارية المائية Hydrothermal vents العميقة تحت محيطات العالم.

لقد بينت لنا الأرض أن الحياة تعيش في أماكن أكثر برودة وظلاماً وغرابة مما تخيلناه في أي وقت مضى. حالياً تعد فكرة وجود حياة تطفو في المحيط السائل تحت القشرة الجليدية ليوروبا أو تتجمع حول فتحات أعماق البحار المفترضة الغنية بالمعادن والطاقة، على نطاق واسع الخزان الواعد للحياة خارج الأرض.

”قد يكون لدى يوروبا نظام حيوي قوي مخبَّأ داخل أعماقه المائية“

كيف يمكن أن تبدو هذه الحياة؟ بصراحة لا أحد يدري. منطقياً نعتقد أنها ستكون ميكروبية بمعظمها أو كلها، مثل أشكال الحياة المحبة للظروف القصوى التي نجدها على الأرض في بيئات شبيهة ببيئة يوروبا. ولكن من الممتع دائماً التكهن. ربما كان المحيط الذي يلف يوروبا موجوداً منذ بلايين السنين، وهو وقت أكثر من كافٍ لبدء التطور. يمكن أن يكون لدى يوروبا نظام حيوي قوي مخبأ داخل أعماقه المائية يدعم أشكالاً أكبر من الحياة؛ ربما يكون ممتلئاً بالأخطبوطات اليوروبية؟ هذا بالطبع غير مرجح، لكن لا يمكن أن نستبعد تماماً مثل هذا الاحتمال. ما يثير الحماس بشأن يوروبا، هو أن الحياة التي نتحدث عنها ليست حياة قديمة أو بصمات لوجودها الغابر سنجدها في المعادن والجليد، بل هي الحياة التي يمكن أن نجدها حية حالياً!

البحث عن الحياة
في يوليو 2031، عندما تصل جوس إلى نظام المشتري، ستشغِّل المركبة الفضائية التي تعمل بالطاقة الشمسية جميع أدواتها العلمية العشر للكشف عن المحيطات الجوفية الخفية وفرص وجود حياة على يوروبا وكاليستو وغانيميد. ستحلق جوس مرتين بالقرب من يوروبا وتعمل بالتعاون مع بعثة يوروبا كليبر Europa Clipper التابعة لناسا (والتي تنطلق في العام 2024 وتصل في العام 2030)، قبل أن تتوج جولتها بالدخول في المدار حول غانيميد، محطتها النهائية.

نظراً إلى أننا لن نهبط على يوروبا في أي وقت قريب، ولا يمكننا الحفر في الجليد أو أخذ عينات من المحيط مباشرة، سنحتاج إلى إجراء أرصاد للسطح من بُعد وأخذ عينات بنحو غير مباشر. يمكن أن يساعدنا مسح السطح بدقة عالية وبأطوال موجية متعددة على معرفة تكوين الجليد والمواد غير الجليدية المائلة للحمرة، وتقييم مدى ملاءمة القمر لظروف الحياة من خلال البحث عن بصمات حيوية وتحديد توزيع العناصر الأساسية بيولوجياً الضرورية لوجود حياة.

يمكننا أيضاً استخدام الرادار المخترق للجليد لرسم خريطة للبنية تحت السطحية للقمر حتى تسعة كيلومترات. قد نتمكن أيضاً من معرفة تكوين محيط يوروبا، لأنه من المحتمل أنه يتسرب إلى الفضاء. في نوفمبر 2019، أعلنت الوكالة ناسا أنها اكتشفت بخار الماء بنحو مباشر لأول مرة فوق سطح يوروبا، ونحن على يقين من أن أعمدة رفيعة من الماء تُنفث في الفضاء. إذا كانت الأعمدة موجودة بالفعل، فستتمكن جوس من فحص الغبار والمواد الأخرى الصاعدة فيه، وإذا كانت هذه المادة مَنشؤها المحيط، فقد تحتوي على جزيئات تدل على الحياة.

على الرغم من أن جوس لم تصمَّم للعثور على حياة خارج كوكب الأرض، فإنها ستساعدنا على تقييم مدى ملاءمة يوروبا للعيش. ستسمح لنا بمعرفة مزيد عن الحدود بين السطح والمحيط، وإلى أي مدى تكون الظروف عليه مناسبة للتفاعلات الحيوية. وستستكشف مقدار النشاط الجيولوجي الداخلي للقمر.

يتعين علينا نحن العلماء باستمرار تغيير تفكيرنا وتكييفه، خاصة فيما يتعلق برصد وجود حياة ومداها وحدودها. بفضل يوروبا والبيانات التي سترسلها جوس، نعمل بقدر كبير على توسيع قائمة العوالم التي يحتمل أن تكون صالحة للسُّكنى، ليس فقط في مجموعتنا الشمسية، ولكن في أنظمة شمسية أخرى عبر المجرة. إذا وجدنا من خلال جوس والبعثات والأرصاد اللاحقة أن الحياة نشأت على يوروبا، فإن الحياة في الكون يمكن أن تكون حرفياً في كل مكان! إذا اكتشفنا أن الحياة لم تنشأ على يوروبا على الرغم من كل الظروف المناسبة، فسنعود إلى التأمل والتفكر في مدى تميز الأرض وفرادتها حقاً.

رحلة إلى كوكب المشتري

كل ما تحتاج إلى معرفته حول بعثة وكالة الفضاء الأوروبية جوس التي طال انتظارها

الكلمات: كاثرين ريغان Catherine Regan
الرسومات: جيمس راوند James Round

ما بعثة جوس؟
جوس، أو مستكشف أقمار المشتري الجليدية، هي بعثة تابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (اختصاراً: الوكالة إيسا ESA) انطلقت نحو كوكب المشتري وأقماره حاملة أجهزة وأدوات مختلفة لمساعدتنا على فهم أنظمة هذا العملاق الغازي. أطلقت المركبة في 14 أبريل 2023. وعلى الرغم من أنها بعثة تقودها الوكالة إيسا، فقد حصلت على مساهمات في المجال الهندسي من ناسا ووكالة الفضاء اليابانية (اختصاراً: الوكالة جاكسا).

لمساعدتنا على فهم مجموعتنا الشمسية وعمالقة الغاز في الكون، ستدرس بعثة جوس بيئة كوكب المشتري، إضافة إلى بعض أقماره الجليدية. موضوع البعثة هو ”ظهور عوالم صالحة للحياة حول عمالقة الغاز“، إذ يُعتقد أن أقماراً مثل يوروبا من المحتمل أن تحتوي على علامات على الحياة.

ستكون جوس أول مركبة فضائية على الإطلاق تدور حول قمر في الأجزاء الخارجية من المجموعة الشمسية، عندما تغير مدارها من كوكب المشتري إلى غانيميد في نهاية مهمتها الرئيسة.

جوس: بالأرقام

10 عدد الأجهزة العلمية التي تحملها جوس، من أدوات التصوير الطيفي إلى الرادار. تعرَّف على مزيد حول هذه الأدوات في الصفحة المقابلة.

8 سنوات المدة الإجمالية لبعثة جوس. خلال ذلك الوقت ستكون قد بلغتْ كوكب الزهرة وعادت إلى الأرض (مرتين!)، قبل الوصول إلى كوكب المشتري وأقماره.

85m² المساحة المذهلة لألواح جوس الشمسية. يجب أن تعمل جوس حيث يكون ضوء الشمس أضعف بمعدل 25 مرة من الأرض، لذلك يجب أن تكون قادرةً على جمع كثير من الضوء.

230°C- درجة الحرارة التي يجب على جوس أن تتحملها في أثناء وجودها في مدار كوكب المشتري. ومع ذلك في أثناء التحليق بالقرب من كوكب الزهرة، ستكون درجة الحرارة +250°س!

أكثر من 2,000 عدد الأشخاص الذين عملوا على بعثة جوس. شمل هذا التعاون العالمي الذي تقوده وكالة الفضاء الأوروبية 18 مؤسسة و23 دولة و83 شركة.

في العام 2024، ستنطلق مركبة Europa Clipper لتصل إلى القمر في العام 2030 لإجراء مزيد من الأبحاث.

 د. لويزا بريستون
(@LouisaJPreston)

لويزا محاضرة في علوم الكواكب والبيولوجيا الفلكية في مختبر مولارد لعلوم الفضاء Mullard Space Science Laboratory بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس. كتابها المنطقة الصالحة للحياة ودببة الماء Goldilocks And The Water Bears (منشورات: Bloomsbury Sigma) متوافر حالياً.