اكتشاف وجود أمواج في بحيرات القمر تيتان الهيدروكربونية

غالبًا ما يُشار إلى تيتان، قمر زحل العملاق، على أنه العالم الأكثر شبهًا بالأرض في نظامنا الشمسي. على الرغم من درجات الحرارة التي تبلغ -180 درجة مئوية تحت الصفر، يضم تيتان بحيرات وبحارًا تحتوي على الميثان والإيثان السائلين. بالإضافة إلى شواطئ تبدو وكأنها قد تشكلت بفعل الأمواج. أثار هذا الدليل الجديد التساؤلات بين علماء الكواكب، الذين يتوقون لمعرفة المزيد عن أوجه التشابه الغريبة بين هذا القمر وكوكبنا. بينما تستعد وكالة ناسا لمهمة (Dragonfly) لاستكشاف تيتان، يعمل الباحثون على فهم القوى التي تشكل محيطاته الغريبة.

البروفيسور بيرون وفريقه، بما في ذلك المؤلفة الأولى روز باليرمو، هم العقول المدبرة وراء هذا البحث. تعتمد دراستهم، المنشورة في مجلة (Science Advances)، على عقود من الاستكشاف والبحث على تيتان، بدءًا من مهمات فوييجر وحتى تحليق المركبة الفضائية كاسيني بالقرب من القمر. وبينما نتطلع إلى مهمة (Dragonfly)، المقرر إطلاقها في عام 2027، يكتسب هذا البحث أهمية جديدة، حيث يقدم رؤى قيمة حول عالم تيتان الغامض.

بحيرات تيتان الغريبة

يتمتع تيتان، أكبر أقمار زحل، بميزة فريدة تميزه عن الأجرام السماوية الأخرى في نظامنا الشمسي. إذ تمتلئ بحيراته وبحاره بالهيدروكربون السائل، وليس الماء. وتوجد هذه البحيرات الغريبة، المكونة من الميثان والإيثان، عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى -179 درجة مئوية. أي أقل بكثير من نقطة تجمد الماء. أصبحت هذه الظاهرة ممكنة بفضل الغلاف الجوي الكثيف لتيتان، والذي يخلق ظروف ضغط مماثلة لتلك الموجودة على الأرض.

تتغذى البحيرات والبحار الهيدروكربونية على تيتان من أنهار الميثان السائل، الذي يتدفق من الأراضي المرتفعة. هذه العملية لا تشبه أي شيء شوهد على كوكبنا، حيث تتكون الأنهار هنا بشكل أساسي من الماء. يسمح الضغط الجوي على تيتان لهذه السوائل الهيدروكربونية بالبقاء في حالة سائلة، مما يخلق منظرًا طبيعيًا يذكرنا بشكل مخيف بمناظر الأرض، ولكن مع كيمياء مختلفة جذريًا.

وقد أثار اكتشاف هذه المحيطات الهيدروكربونية اهتمامًا علميًا مكثفًا، لأنها توفر نافذة فريدة على الكيمياء والمناخ في عالم يختلف تمامًا عن عالمنا. ومن خلال دراسة بحيرات وبحار تيتان، يأمل العلماء في الحصول على معلومات ثاقبة حول التاريخ الجيولوجي لهذا لقمر، والظروف الجوية، وإمكانات الحياة.

تاريخ موجز لاستكشاف تيتان

في الثمانينيات، حلقت المركبة الفضائية فوييجر 1 و2 التابعة لناسا بالقرب من القمر تيتان، وقدمت أول صور قريبة له. على الرغم من أن عمليات الطيران هذه كانت قصيرة، إلا أنها كشفت عن عالم محاط بضباب كثيف برتقالي وبني. أثارت مهمات فوييجر انبهارًا بتيتان، وبدأ العلماء يتساءلون عن إمكانية وجود حياة على هذا القمر الغامض.

وفي التسعينيات، عندما تم إطلاق مهمة كاسيني-هويجنز. أرسل هذا المشروع المشترك بين ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية مسبار هويجنز إلى سطح تيتان، مما وفّر ثروة من المعلومات الجديدة حول الغلاف الجوي للقمر وتكوينه. كان هبوط هويجنز في عام 2005 بمثابة معلم رئيسي في استكشاف تيتان، حيث قدم لمحة عن سطح القمر وأثار المزيد من التساؤلات.

اليوم، بينما تستعد ناسا لمهمة دراجون فلاي (Dragonfly)، يتوق العلماء إلى البناء على الاكتشافات التي توصلت إليها فوييجر وكاسيني. ستستكشف المركبة، المقرر إطلاقها في عام 2027، سطح تيتان والغلاف الجوي بتفاصيل غير مسبوقة. بفضل أدواتها المتقدمة ومركبتها المصممة للهبوط، ستتعمق المركبة في ألغاز بحيرات وبحار وشواطئ تيتان. كما ستلقي دراجون فلاي الضوء على العمليات الجيولوجية والكيميائية للقمر.

• أبرز الإنجازات والاكتشافات العلمية في عام 2019
• اختراع جهاز لتوليد الكهرباء باستخدام البكتيريا
• إصلاح غضروف الركبة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد!
• ما أنواع الأمواج الثقالية؟ وما أهم مصادرها؟
• ما هي الأمواج الثقالية؟

الكشف عن أدلة على وجود موجات في بحيرات تيتان

كان البحث عن الأمواج في بحيرات تيتان لغزًا طويل الأمد. قبل البروفيسور تايلور بيرون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وفريقه التحدي المتمثل في الكشف عن أدلة على التآكل الناجم عن الأمواج على شواطئ بحيرات تيتان. وللقيام بذلك، قاموا بمقارنة أشكال حدود بحيرة تيتان بتلك الموجودة على الأرض، حيث تم توثيق التآكل بفعل الأمواج جيدًا.

بدأ الفريق بنمذجة تطور شواطئ بحيرة تيتان من وديان الأنهار التي غمرتها الفيضانات. ثم تساءلوا عما إذا كانت أنماط التآكل تبدو أشبه بتلك التي خلقتها الأمواج أو العمليات الأخرى. ولمحاكاة التآكل الناجم عن الأمواج، احتاجوا إلى معرفة ارتفاع الموجة، والذي قاموا بتصميمه باستخدام مفهوم “الجلب “(fetch). والجلب هي المسافة التي يمكن أن تهب بها الرياح دون عائق فوق الماء أو سائل آخر.

ومن خلال مقارنة أشكال أربعة من أكبر الأجسام السائلة على تيتان بهذه النماذج، وجد الفريق أن الخطوط الساحلية كانت أكثر اتساقًا مع التآكل الناجم عن الأمواج مقارنة بالتآكل المنتظم أو عدم وجود تآكل على الإطلاق. بمعنى آخر، تشير البيانات إلى أن الأمواج تشكل بالفعل شواطئ بحيرات تيتان.

ماذا سنستفيد من دراسة الأمواج والغلاف الجوي لتيتان وبحيراته؟

إن اكتشاف الأمواج التي تشكل شواطئ بحيرات تيتان له آثار بعيدة المدى تتجاوز محيطات القمر الهيدروكربونية الغامضة. ومن خلال استكشاف عملية التآكل الناجم عن الأمواج على تيتان، قد يفتح علماء مثل باليرمو وبيرون أسرارًا يمكن أن تساعدنا على حماية سواحل الأرض بشكل أفضل من التلف.

فكر في الأمر بهذه الطريقة، عندما ندرس كيف يحدث التآكل في غياب التدخل البشري، يمكننا اكتساب فهم أعمق لكيفية التخفيف من تأثيرات العواصف، وارتفاع منسوب مياه البحر، والأنشطة البشرية على سواحلنا. على الأرض، لا يمكن إنكار تأثير الأنشطة البشرية على السواحل، حيث تهدد التآكل والفيضانات المجتمعات والنظم البيئية في جميع أنحاء العالم.

ومن خلال فحص أنماط الرياح وديناميكيات الأمواج على تيتان، يمكن للباحثين تطوير نماذج أكثر دقة لكيفية تفاعل الرياح والأمواج مع السواحل. ويمكن بعد ذلك تطبيق هذه المعرفة لتحسين توقعاتنا بشأن التآكل الساحلي والفيضانات على كوكبنا.

تخيل أنك قادر على التنبؤ بدقة أكبر بكيفية تأثير إعصار من الفئة الخامسة على المجتمعات الساحلية. أو أنك قادر على التنبؤ بكيفية تشكيل شواطئنا بسبب ارتفاع منسوب مياه البحر المرتبط بالتغير المناخي. يمكن أن يكون للاكتشافات التي ستتم على تيتان تأثير مباشر على قدرتنا على حماية سواحلنا والحفاظ عليها، مما قد يؤدي في النهاية إلى إنقاذ الأرواح وسبل العيش.

المصادر:

The Shores Of Titan’s Lakes Appear To Be Shaped By Waves / iflscience