اقیانوس مخفی انسلادوس
قمر انسلادوس زحل که به خاطر پوشش یخی‌اش شناخته می‌شود، در واقع یک اقیانوس جهانی زیر سطح یخ خود دارد. در قطب جنوبی این قمر، شکاف‌هایی در پوسته یخی وجود دارد که بخار آب و ذرات یخ را به فضا پرتاب می‌کند. این ذرات به دانشمندان این امکان را می‌دهند که بدون نیاز به حفاری در عمق چند کیلومتری، به مطالعه این اقیانوس بیگانه بپردازند.
یک تیم بین‌المللی از محققان، از جمله پژوهشگران مؤسسه علوم زمین و حیات در توکیو، به بررسی این موضوع پرداخته‌اند که آب این اقیانوس چگونه از زیر سطح به ذرات یخ کوچکی تبدیل می‌شود که در فضا شناسایی شده‌اند.
تنوع ذرات یخ
بین سال‌های 2004 تا 2017، تحلیل‌گر گرد و غبار کیهانی در فضاپیمای کاسینی ناسا، ترکیب ذرات یخ را در حلقه E زحل اندازه‌گیری کرده است. این حلقه به طور مداوم با مواد فوران شده از انسلادوس تغذیه می‌شود. یک تیم تحت رهبری پروفسور فرانک پستبرگ از دانشگاه فری برلین، 961 طیف جرمی از ذرات غنی از نمک به نام ذرات نوع 3 را بررسی کردند.
اگر این ذرات تنها نمونه‌های کوچکی از همان آب اقیانوس بودند، انتظار می‌رفت که ترکیب نمک‌ها در آن‌ها مشابه باشد. اما نتایج نشان داد که تنوع شگفت‌انگیزی در ترکیب شیمیایی این ذرات وجود دارد. برخی از آن‌ها غنی از کلرید سدیم بودند، در حالی که دیگران مقادیر بیشتری کربنات، فسفات یا کلرید پتاسیم را در خود داشتند. نکته جالب این است که کلرید و کربنات به ندرت در یک ذره غنی از سدیم همراه بودند.
این نکته سوالی بنیادی را به وجود آورد: اگر همه این ذرات از یک اقیانوس آمده‌اند، چرا ترکیب شیمیایی آن‌ها اینقدر متفاوت است؟
پژوهش در آزمایشگاه
برای پاسخ به این سوال، پروفسور یاسوهیرو سکی‌نه و همکارانش در ELSI، قطرات آزمایشگاهی حاوی نمک‌های اصلی موجود در اقیانوس انسلادوس را ایجاد کردند. آن‌ها قطرات با اندازه‌های مختلف را تحت شرایط خنک‌کننده متفاوت منجمد کردند و سپس بررسی کردند که عناصر شیمیایی چگونه درون آن‌ها توزیع شده است.
نتایج نشان داد که سرعت انجماد نقش مهمی ایفا می‌کند. در قطرات حدود 200 میکرون، نمک‌ها زمانی که انجماد به آرامی (حدود 10 کلوین در دقیقه یا کمتر) انجام می‌شود، به مناطق مختلف جدا می‌شوند. اما وقتی قطرات سریع‌تر منجمد می‌شوند، ترکیب شیمیایی آن‌ها به طور یکنواخت‌تری باقی می‌ماند.
پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که تنوع مشاهده شده توسط کاسینی می‌تواند از قطراتی ناشی شود که در واقع از یک آب اقیانوس مشابه سرچشمه می‌گیرند. آزمایش‌ها نشان می‌دهد که وقتی قطرات بزرگ اقیانوس به آرامی منجمد می‌شوند، نمک‌های مختلف می‌توانند درون آن‌ها جدا شوند. اگر این قطرات یخ‌زده بعداً شکسته شوند، می‌توانند ذرات یخ کوچکتر و با ترکیب‌های شیمیایی بسیار متفاوتی تولید کنند.
حرکت قطرات به سمت سطح
این یافته‌ها همچنین ممکن است اطلاعاتی درباره آنچه درون پوسته یخی قمر اتفاق می‌افتد، ارائه دهند. تحقیقات قبلی فرض می‌کردند که اسپری آب دریا از انسلادوس به سرعت منجمد می‌شود و به سرعت به سمت فضا حرکت می‌کند. اما آزمایش‌های جدید سناریوی دیگری را نشان می‌دهد. قطرات ممکن است در ابتدا به آرامی از طریق سیستم ونت زیرزمینی حرکت کنند و از مسیرهای پیچیده‌ای از شکاف‌های یخ عبور کنند قبل از اینکه به سطح برسند.
محققان پیشنهاد می‌کنند که اسپری اقیانوس ابتدا قطراتی با اندازه‌های مختلف از ده‌ها تا صدها میکرون تشکیل می‌دهد. در حالی که این قطرات به آرامی از قسمت‌های عمیق‌تر ونت‌ها عبور می‌کنند، به تدریج منجمد می‌شوند و به نمک‌ها زمان کافی برای جدا شدن به مناطق مختلف می‌دهند. نزدیک‌تر به سطح، شرایط تغییر می‌کند و گاز با سرعت بیشتری حرکت می‌کند و قطرات یخ‌زده می‌توانند با سرعت بالا به دیواره‌های کانال‌های یخی باریک برخورد کنند. این برخوردها ممکن است قطرات را به قطعات کوچک‌تری بشکنند که هر کدام می‌توانند از منطقه‌ای با ترکیب شیمیایی متفاوت نشأت گرفته باشند. این قطعات سپس می‌توانند به فضا فرار کرده و بخشی از حلقه E زحل شوند.
