האם יש חיים באחד הירחים הקפואים של שבתאי?

הראיות המרמזות על נביעה של מים חמים מן הקרקע של אנקלדוס, אחד הירחים הקפואים של שבתאי, מציבות אותו בראש רשימת המקומות הלוהטים לחיפוש חיים מחוץ לכדור הארץ.

אדי מים וחלקיקי מינרלים מיתמרים אל החלל מפני השטח של הירח אֶנקֶלַדוּס, אחד הירחים הקפואים המקיפים את שבתאי. התמרות מרמזות על קיומו של אוקיינוס מתחת לקרח ועל האפשרות המרתקת שיש בו חיים. הדמיית אמן: NASA / David Seal.
אדי מים וחלקיקי מינרלים מיתמרים אל החלל מפני השטח של הירח אֶנקֶלַדוּס, אחד הירחים הקפואים המקיפים את שבתאי. התמרות מרמזות על קיומו של אוקיינוס מתחת לקרח ועל האפשרות המרתקת שיש בו חיים. הדמיית אמן: NASA / David Seal.

מאת פרנק פוסטברג, גבריאל טובי, תורסטן דאמבק, הכתבה מתפרסמת באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל ורשת אורט ישראל 01.12.2016

  • נתונים מן החללית קאסיני מראים שמתחת לקרח באֶנקֶלַדוּס, ירחו הקפוא של שבתאי, יש אוקיינוס המשחרר לחלל סילונים של מי ים. הסילונים מאפשרים להציץ אל לב הירח.
  • חקר הירח והסילונים המיתמרים ממנו מסייע למדענים להעריך את הטמפרטורה ואת הרכב האוקיינוס של אֶנקֶלַדוּס וחשף עדויות לנביעות הידרותרמיות בקרקעיתו.
  • בכדור הארץ, נביעות הידרותרמיות מקיימות מערכות אקולוגיות וייתכן שהיו חממה לראשית החיים. האפשרות לחיים על פני אֶנקֶלַדוּס תלויה בגילו ובתוחלת החיים של האוקיינוס ושל הפעילות ההידרותרמית בו.
  • האוקיינוס של אֶנקֶלַדוּס והפעילות ההידרותרמית אינם יכולים להתקיים בלי אספקת חום מפנים הירח. משימות עתידיות יוכלו אולי לברר את מקור של החום הזה ואולי אף לגלות לראשונה חיים חוץ ארציים.

לו הייתם מכינים רשימה של המקומות שבהם הכי פחות סביר למצוא עיר סואנת בוודאי הייתם מציבים בראשה את קרקעית הים בצפון האוקיינוס האטלנטי, באמצע הדרך שבין ברמודה לאיים הקנאריים. אבל דווקא שם, בחשֵכה השוררת בעומק של כמעט קילומטר מתחת לפני המים שטופי השמש, הקים הטבע מטרופולין תת־ימי: מתחם של מגדלי גיר גבוהים כגורדי שחקים המשמשים בית להמוני חלזונות, סרטנים וצדפות. המגדלים נוצרים בעת שמינרלים מתגבשים כשסילוני מים חמים ובסיסיים (אלקליים) פורצים מפתחים של נביעות ההידרותרמיות המצויות על הקרקעית. ביולוגים גילו את "העיר האבודה" האקזוטית הזאת בראשית שנות ה–2000 באמצעות צוללות ומצלמות הנשלטות מרחוק ומאז הם חוקרים אותה ולומדים כיצד יכולות להתקיים בנביעות האלה מערכות אקולוגיות משגשגות, הרחק כל כך מאור השמש מעניק החיים. ובינתיים, מדענים פלנטריים, הנעזרים בחללית קאסיני גילו בפאתי מערכת השמש כמה תגליות מהפכניות. הם מצאו ראיות משכנעות לכך שנביעות הידרותרמיות, הדומות מאוד לאלה של העיר האבודה, אינן ייחודיות רק לכדור הארץ. הראיות מרמזות על קיומן של נביעות כאלה בקרקעיתו של אוקיינוס מסתורי השוכן מתחת לפני השטח של אחד הירחים של שבתאי, ירח קטן וקרחוני הקרוי אנקלדוס. הייתכן שגם שם יש חיים?

מטבע הדברים, האפשרות של חיים מחוץ לכדור הארץ מגרה את דמיונם של המדענים, אבל נביעות הידרותרמיות כאלה היו מרתקות אותם גם ללא האפשרות לקיומם של חייזרים. הראיות המעידות על פעילות הידרותרמית בירח המרוחק הזה מספקות גם מידע חיוני בדבר הרכב האוקיינוס של אֶנקֶלַדוּס ותוחלת החיים שלו. אלמלא הפעילות הזאת, היו הסודות האלה עלולים להיות קבורים לעד תחת הקרום הקפוא של הירח, כפי שהם קבורים אולי בירחים אחרים במערכת השמש, שגם בהם קבורים אוקיינוסים מתחת למעטה לפני השטח, אבל עד כה לא נמצאו בהם עדויות מוצקות לפעילות הידרותרמית, כמו הירח אירופה, למשל, המקיף את כוכב הלכת צדק.

נביעות הידרותרמיות בכדור הארץ. מקור: NOAA.
נביעות הידרותרמיות בכדור הארץ. מקור: NOAA.

לעומק העניין, עצם קיומן של הנביעות ההידרותרמיות באֶנקֶלַדוּס מעלה חידה שאי אפשר להתעלם ממנה. מלבד מים, המרכיב ההכרחי השני בפעילות הידרותרמית הוא חום כמובן. אבל אין זה פשוט כלל להסביר מדוע קרביו של הירח הקפוא הזה מבעבעים. אֶנקֶלַדוּס הוא ירח קטנטן – קוטרו כ-500 קילומטרים, כרוחבה של אנגליה בערך – קטן בהרבה מכדי שיישאר בו חום קדמוני מימי היווצרותו. חייבים אפוא לפעול במעמקיו מקורות חום אחרים. אם נבין כיצד מייצר אֶנקֶלַדוּס את החום בתוכו ומשמר אותו עשויה להתחולל מהפכה באופן שבו אנו מבינים את הירחים מכוסי הקרח במערכת השמש ובאופן שבו אנו מעריכים את הסיכויים למצוא בהם חיים.

רמזים ראשונים

מדענים החלו לחשוד שיש אוקיינוס בתוך אֶנקֶלַדוּס ב-2005, כשנה אחרי שקאסיני הגיעה למערכת שבתאי. החללית הבחינה אז בתִמרה ענקית של אדי מים וגרגרי קרח הנפלטת מאזור פעיל מבחינה טֶקטונית סמוך לקוטב הדרומי של הירח ומיתמרת לגובה של מאות קילומטרים בחלל. לאחר מכן, בסדרה של יעפים שערכה החללית סמוך לאֶנקֶלַדוּס היא זיהתה שהתמרה נובעת מכמה סילונים הפורצים מארבעה סדקים קוויים. הסדקים חמים יותר מסביבתם הקרה ולכן הם זוהרים באינפרה־אדום. מדעני המשימה כינו את הסדקים האלה בשם "פסי הטיגריס" וזיהו את הסילונים הפורצים מהם כמקור לטבעת קלושה של חלקיקי קרח המשתרעת מסביב לשבתאי. הטבעת הזאת, טבעת E, היא החיצונית במערכת הטבעות הקלאסית של שבתאי. ואולם, מרבית גרגרי הקרח הנפלטים לחלל בסילונים האלה נעים לאט מכדי להגיע לטבעת E והם צונחים חזרה על אֶנקֶלַדוּס כשלג דק. בהתבסס על תלוליות השלג המכסות כמה חלקים בחציו הדרומי של אֶנקֶלַדוּס ונישאות לגובה של כ-100 מטרים, מעריכים החוקרים שהירח פולט מים לחלל כבר 10 מיליון שנים או יותר.

"השערת האוקיינוס", שהועלתה כדי להסביר את סילוני המים של אֶנקֶלַדוּס, עוררה מחלוקת בתחילה. אבל סדרה ארוכה של מחקרים שנערכו באמצעות קאסיני הוכיחה באופן חד־משמעי שאוקיינוס גלובלי עמוק אכן חבוי בתוך הירח. אנרדיי צ'אדק מאוניברסיטת קארל בפראג ועמיתיו, ובהם אחד מאִתנו (טובי), ערכו לאחרונה ניתוח של שדה הכבידה של אֶנקֶלַדוּס, טופוגרפיית פני השטח שלו, וההתנודדות הקלה של ציר הסיבוב שלו. בהסתמך על תוצאות הניתוח הזה הציבו החוקרים את החסמים ההדוקים ביותר עד כה על היקף האוקיינוס ונפחו. חישוביהם מורים שעובי הקרום בקרבת קו המשווה של אֶנקֶלַדוּס חייב להיות כ-35 קילומטרים, אבל פחות מ-5 קילומטרים בקוטב הדרומי ובסביבתו. קרקעית האוקיינוס, כך עולה, מצויה בעומק של 70 קילומטרים מתחת לפני השטח, ולפיכך כמות המים בים של אֶנקֶלַדוּס היא כעשירית מכמות המים באוקיינוס ההודי. ועל פי הנתונים שאספה קאסיני ב-2009 וב-2011, אחד מאִתנו (פוסטברג) הראה שהמים הניתזים בסיסיים ומכילים נתרן כלורי (מלח בישול). ההרכב הזה נובע מכך שהאוקיינוס מצוי כנראה מעל ליבתו הסלעית של הירח (שממנה מתמוססים מינרלים).

הראיה החותכת לקיומן של נביעות הידרותרמיות באֶנקֶלַדוּס התקבלה כבר ב-2004, עוד לפני שקאסיני בכלל הגיעה לשבתאי וגילתה את התמרה המיתמרת מן הירח הזה. כשקאסיני התקרבה לשבתאי מן החלל שבין כוכבי הלכת פגעו בה ממטרים בלתי צפויים של חלקיקי־ננו מיקרוסקופיים ומהירי תנועה שהיכו בה כקליעים של רובה ציד. החלקיקים התגלו באמצעות מכשיר מיוחד שהותקן על החללית כדי לנתח את הרכב האבק בחלל, מכשיר הקרוי CDA (ראשי תיבות של "מכשיר לניתוח אבק קוסמי"). שנים אחר כך, לאחר גילוי התמרה, חזר פוסטברג ובדק את נתוני ה–CDA כדי לבחון את התפלגות הגדלים של החלקיקים ואת שכיחותם. הוא מצא שאף אחד מהם לא עלה בקוטרו על 20 ננומטר ושהרכב של כולם דומה: צורן דו־חמצני טהור, המוכר גם בשם סיליקה, המרכיב העיקרי בסלעי קווארץ ובחול ים. שיאנגן-־וון הסו מאוניברסיטת קולורדו בבולדר חישב באמצעות הדמיות מחשב את המסלולים הסבירים ביותר של חלקיקי הסיליקה הננומטריים האלה, והגיע למסקנה שמקורם בשוליים החיצוניים של טבעת EE. מאחר שאנחנו יודעים שאֶנקֶלַדוּס הוא שיוצר את טבעת E, ממצא זה מחזק את ההשערה שהחלקיקים האלה אכן באו מן הירח עטוי הקרח. הרכב החלקיקים, כך התברר, היה לראיה המכריעה בגילוי הפעילות ההידרותרמית באֶנקֶלַדוּס.

אֶנקֶלַדוּס (במרכז) כפי שהוא נראה ממרחק של שני מיליון קילומטרים. הירח משובץ בטבעת E של שבתאי, הנוצרת מתמרת הקרח שהוא פולט. מקור: NASA/JPL/Space Science Institute.
אֶנקֶלַדוּס (במרכז) כפי שהוא נראה ממרחק של שני מיליון קילומטרים. הירח משובץ בטבעת E של שבתאי, הנוצרת מתמרת הקרח שהוא פולט. מקור: NASA/JPL/Space Science Institute.

העובדה שסיליקה טהורה ניתזת מאֶנקֶלַדוּס הפתיעה את המדענים מפני שהמקור הסביר היחיד לסיליקה הוא בגלעין הסלעי של הירח, עמוק מתחת לקרח ולאוקיינוס, שם הצורן מצוי בעיקר במינרלים, כשהוא קשור בקשרים כימיים ליסודות אחרים כמו ברזל ומגנזיום. חלקיקי־ננו של סיליקה עשויים להיווצר בגריסה של המינרלים האלה כשהסלעים המכילים אותם מתנגשים זה בזה ומתרסקים לפיסות יותר ויותר קטנות. אבל אם כך אכן קרה, החלקיקים היו אמורים להימצא במגוון רחב של גדלים, ולא בטווח צר כל כך כמו בתצפיות של קאסיני. נשאר אפוא רק הסבר טבעי אחד: החלקיקים התגבשו מתמיסה מימית חמה ובסיסית, רוויה רוויון־יתר בסיליקה, שזרמה דרך סדקים בסלע – כלומר מנביעות הידרותרמיות בדיוק כמו אלה שהתגלו ב"עיר האבודה" בכדור הארץ.

האם יש חיים באוקיינוס?

ב"עיר האבודה", ואולי גם בקרקעית הים של אֶנקֶלַדוּס, כשמים חמים זורמים כלפי מעלה בין הסלעים הסיליקאטיים, הם ממיסים מקצת הסיליקה. כשהמים פורצים מן הפתחים החוצה אל הים שמסביב הם מתקררים, כמות המינרלים המסוגלים להתמוסס בהם קטנה, וחלקיקי הסיליקה הננומטריים מתגבשים. בשלב זה, מולקולות אחרות יכולות להיספח אל החלקיקים, להגדיל אותם ולהעלות את משקלם, עד שהם שוקעים בסופו של דבר לקרקעית. אלא אם כן המים בסיסיים ולא מלוחים מדי. הקשר הזה, בין גודל החלקיקים ומשך קיומם ובין הטמפרטורה וההרכב הכימי של מולדתם המימית, פותח למדענים חלון הצצה נדיר אל תנאי הסביבה השוררים באוקיינוס של אֶנקֶלַדוּס.

לאחר הגילוי הראשון של החלקיקים הננומטריים בידי קאסיני, ערך צוות חוקרים בראשות יסוהיטו סקינה מאוניברסיטת טוקיו ניסויי מעבדה לבדיקת אופן היווצרותם של החלקיקים ולבירור התנאים במעמקי אֶנקֶלַדוּס. מדעני הקבוצה גילו שהתנאים המיטביים ליצירת חלקיקי־ננו קטנים ומאריכי ימים של סיליקה שוררים במים שהטמפרטורה שלהם היא 90 מעלות צלזיוס או יותר, שדרגת הבסיסיות שלהם גבוהה מזאת של מי הים בכדור הארץ אך מליחותם מעט נמוכה יותר. מן הניסויים עלה שדרגת הבסיסיות של האוקיינוס של אֶנקֶלַדוּס צריכה להיות בין זו של מי הים בכדור הארץ ובין זו של חומרי ניקוי ביתיים המבוססים על אמוניה. אם הם בסיסיים יותר מתמיסה מימית של אמוניה, מסיסות הסיליקה במים האלה תהיה גבוהה מדי ולא תאפשר התגבשות של חלקיקי־ננו. אם המים פחות בסיסיים ממי הים בכדור הארץ, הם חייבים להיות חמים במידה בלתי מתקבלת על הדעת כדי להמיס די צורן דו־חמצני בשביל ליצור ממנו חלקיקי סיליקה ננומטריים.

שילוב הממצאים של הסו, פוסטברג וסֶקינה מעלה אפוא את האפשרות שהמערכת האקולוגית העשירה של "העיר האבודה" ושל נביעות הידרותרמיות אחרות בכדור הארץ עשויה לשרוד אם יעתיקו אותה למעמקי אֶנקֶלַדוּס. במילים אחרות, נראה שהאוקיינוס של ירח הקרח הרחוק הזה יכול לקיים חיים.

הרכבו הפנימי של אנלקדוס. מקור: NASA/JPL-Caltech.
הרכבו הפנימי של אנלקדוס. מקור: NASA/JPL-Caltech.

ייתכן, כמובן, שאֶנקֶלַדוּס של היום הוא מקום עוין־חיים ושחלקיקי הסיליקה שגילתה קאסיני הם רק שאריות מפעילות הידרותרמית קדומה שפסקה מזמן. אבל עבודתם של סֶקינה ושל שותפים אחרים מלמדת שאין זה כך. ניסויי מעבדה ומודלים חישוביים מלמדים שקוטרו הממוצע של חלקיק סיליקה שזה עתה נוצר הוא כארבע ננומטרים. החלקיקים יכולים להוסיף ולגדול בטווח זמן של כמה חודשים עד שנים אחדות לכל היותר. נתוני ה-CDA מראים שקוטרו של חלקיק טפוסי מאֶנקֶלַדוּס הוא בין 4 ל-16 ננומטרים, ואף אחד מהם אינו עולה על 20 ננומטרים. לפיכך, חלקיקי הננו שליקט קאסיני חייבים היו להיווצר זמן קצר בלבד לפני שנמדדו, שאלמלא כן היו גדולים יותר. זוהי הראיה הטובה ביותר שבידינו לכך שבשעה שאתם קוראים מאמר זה, הנביעות ההידרותרמיות בקרקעית הים של אֶנקֶלַדוּס גועשות.

ממצולות הים לעומק החלל

על סמך המנגנון הגאוכימי שגילינו, אנחנו יכולים עכשיו להתחקות אחר מסעו של חלקיק־ננו טיפוסי מקרקעית הים התת־קרקעי של אֶנקֶלַדוּס החוצה אל מרחבי מערכת השמש. לאחר שהחלקיק נוצר בשוליים המתקררים של תמיסה חמה ועתירת סיליקה הזורמת אל מי האוקיינוס הקרים, הוא נסחף מעלה במשך כמה חודשים או שנים וצולח כ-60 קילומטרים של מי ים.

כשהוא מגיע לפני המים, עולה החלקיק בסדקים מלאי מים החוצים לאורך ולרוחב את הקרום הקפוא של הקוטב הדרומי, שעוביו כמה קילומטרים. מאחר שמי הים צפופים יותר מן הקרח שסביבם, התקדמות החלקיק מעלה אמורה להיעצר פחות מקילומטר מתחת לפני הקרקע של אֶנקֶלַדוּס. אבל כאן הוא מקבל עוד דחיפה מגורם המכונה "אפקט השמפניה": במים מומס גם פחמן דו־חמצני, וכשהם עולים והלחץ עליהם קטן, הם תוססים בבועות של פחמן דו־חמצני כמשקה מוגז. הבועות האלה עוזרות להעלות את מי הים כנראה עד למרחק של כ-100 מטרים מפני השטח של אֶנקֶלַדוּס.

שם, כך אנחנו משערים, הם נקווים במערות קרח. הלחץ הנמוך השורר בבריכות שנקוו קרוב כל כך לריק הקיצוני של החלל גורם למים לבעבע כשבועות פחמן דו־חמצני עולות בהם ומתפוצצות. הבריכות המבעבעות פולטות אפוא עננים של ערפל ואדי מים. טיפות הערפל הזעירות קופאות עד מהרה לגרגרי קרח בקוטר של כמה מיקרונים, ובתוכם טמונים חלקיקי הסיליקה כצימוקים בלחמנייה. האדים עולים למעלה כמו בארובה דרך סדקים בקרח השביר והיבש המצוי סמוך לפני הקרקע. מקצת האד קופא על דפנות הקרח ומשחרר חום כמוס שאותו אנחנו רואים כזוהר אינפרה-אדום ב"פסי הטיגריס" שעל פני אֶנקֶלַדוּס. האד שלא קפא נושא את הגרגרים משובצי החלקיקים אל פני השטח ומשגר אותם לחלל במזרקות של קרח.

מרבית הגרגרים בתִמרה נופלים בחזרה לקרקע כשלג, אבל המהירים שבהם נמלטים מאֶנקֶלַדוּס ומצטברים בטבעת E. בטבעת זו, גז מיונן שוחק את גרגרי הקרח ומשחרר את חלקיקי הננו הטמונים בהם. החלקיקים המשוחררים צוברים אז מטען חשמלי מן הגז המיונן ומאלקטרונים חופשיים ונכפפים למרותם של השדות האלקטרומגנטיים העצומים של שבתאי. לבסוף, בעזרת רוחות השמש, אחדים מאותם חלקיקי־ננו מגיעים למהירויות של עד מיליון קמ"ש – כ-0.1% ממהירות האור – ונוסקים אל מערכת השמש. מעטים מן החלקיקים שנמלטו יכולים אף להגיע לחלל הבין־כוכבי ולגלוש בריק שבין הכוכבים.

נושאים חמים

ככל שהסיפור הזה מורכב, יפה, ולדעתנו, אמיתי, הוא אינו עונה על מה שהיה לחידה המרכזית בעניין אֶנקֶלַדוּס: מה מקור החום הפנימי הנחוץ לשמירה על האוקיינוס הדינמי שלו. החום הזה, החיוני לקיום מים נוזליים וחיים, אינו בא מן השמש כמובן. קרני השמש באֶנקֶלַדוּס חלשות בכ-99% מן האור בסביבת כדור הארץ, וטמפרטורת פני הקרקע של הירח הקרחוני קרובה אפוא לזו של חנקן נוזלי.

הירח אנקדלוס והירח טיטאן מופיעים יחדיו בצילום של החללית קאסיני, 2006. כפי שניתן לראות, אנקלדוס הוא ירח קטן מאד, עם קוטר של כ-500 ק"מ בלבד. מקור: NASA/JPL/Space Science Institute.
הירח אנקדלוס (בחזית) והירח טיטאן בצילום של החללית קאסיני, 2006. כפי שניתן לראות, אנקלדוס הוא ירח קטן מאד, עם קוטר של כ-500 ק"מ בלבד. מקור: NASA/JPL/Space Science Institute.

כמחצית מחומו הפנימי של כדור הארץ נובעת מדעיכה אִטית של איזוטופים רדיואקטיביים של אורניום, תוריום ואשלגן. החימום הרדיוגני הזה שומר כבר מיליארדי שנים על טמפרטורות של אלפי מעלות צלזיוס בתוך כדור הארץ. אמנם אֶנקֶלַדוּס מכיל, יש להניח, ריכוזים דומים של יסודות רדיוגניים, אבל הירח הקטן, שקוטרו רק כ-500 קילומטרים, פולט את חומו הפנימי ביעילות גבוהה בהרבה מכדור הארץ. בלי מקור חום נוסף, ליבתו של אֶנקֶלַדוּס הייתה צריכה להיות קפואה כמו אבן. ממדיו הקטנים של הירח וכבידתו החלשה גם הם גורמים לדינמיקה פנימית שונה מאוד מזו של כוכבי לכת כבדים יותר כמו כדור הארץ: הלחץ הנמוך והטמפרטורות הנמוכות בתוך אֶנקֶלַדוּס מגבילים את הדחיסה ואת ההתמצקות של חומר בגלעינו, מה שמאפשר למים לחלחל מטה דרך סלעים נקבוביים ולהניע תהליכים הידרותרמיים ממש במרכזו של הירח. בכדור הארץ, לעומת זה, העלייה המהירה בלחץ ובטמפרטורה התת־קרקעיים תוחמת את מחזור המים לקילומטרים העליונים של קרומו.

סביר להניח שהשטיפה הזאת של ליבת אֶנקֶלַדוּס תסיע את החום הרדיוגני מן הליבה, תזרז את התקררותה, ותמנע את הטמפרטורות הגבוהות ההכרחיות להיווצרותם של חלקיקי סיליקה ננומטריים. אבל מלבד החימום הרדיוגני הרגיל, יש עוד מקור אנרגיה שיכול להסביר את הפעילות ההידרותרמית הנוכחית בירח: אנרגיית גאות.

באוקיינוסים של כדור הארץ, הכבידה של הירח ושל השמש גורמת לגאות ושפל. באופן דומה, עשויים כוחות הגאות לגרום לחימום של כוכב לכת או ירח באמצעות כיווץ ומתיחה מחזוריים של החלקים הפנימיים שלו. הדבר מתרחש כשהגוף השמימי נע במסלול לא מעגלי מאורך. העיוות שגורמים השינויים בכוחות הכבידה יוצר חיכוך בתוך השכבות הפנימיות של אותו גרם שמים, והחיכוך מפיק חום. חימום כתוצאה מכוחות גאות יהיה חזק במיוחד בגלעין נקבובי וספוג מים כמו זה של אֶנקֶלַדוּס. ואמנם, הנתונים של קאסיני מראים ברור שכוחות הגאות של שבתאי משפיעים במידה ניכרת על הירח הזעיר. הבהירות של סילוניו המתפרצים, ולפיכך כמות החומר הנפלט בהם, משתנה באופן מחזורי עם סיבובו של הירח סביב כוכב הלכת עטור הטבעות. ככל הנראה, הסדקים דמויי הארובות שמובילים את הערפל ואת אדי המים דרך שכבת הקרח מצטופפים ומתרווחים בשל כוחות הגאות שמייצרים גם כמות לא מבוטלת של חום.

גאות ושפל חליפות

מה שאיננו יודעים הוא אם האוקיינוס שאנחנו רואים היום הוא תופעה חולפת הנמשכת רק כמה עשרות מיליוני שנים או מאפיין ארוך טווח של הירח, שמחזיק מעמד כבר מאות מיליוני שנים אם לא מיליארדי שנים. התשובה תלויה במשך הזמן שבו פעולת הגאות והשפל מחממת את פנימו של אֶנקֶלַדוּס, וזה תלוי במידת ההשפעה של הירח על שבתאי וכן על שכנו הירח דיוני.

כדי להבין את פעולות הגומלין הכבידתיות האלה, אפשר להתבונן במערכת המוכרת של כדור הארץ והירח שלנו, מערכת הדומה במידה כלשהי לזו של שבתאי ואֶנקֶלַדוּס. הירח שלנו מחולל גאות בכדור הארץ, ואֶנקֶלַדוּס עושה זאת בשבתאי. באוקיינוסים של כדור הארץ, זרמי הגאות והשפל נחלשים בהדרגה בשל החיכוך עם קו החוף ועם הקרקעית, פעולה שמאטה את סיבוב כדור הארץ סביב עצמו במידה שאפשר למדוד אותה. עוד מאה שנה, היום יהיה ארוך בשתי אלפיות השנייה מאורכו עכשיו, וכדור הארץ כבר ישאב די אנרגיית גאות ירחית כדי להגדיל את מרחק הירח ממנו בארבעה מטרים כמעט. בדומה, חיכוך הגאות בתוך שבתאי משפיע במידה זעירה על סיבובו של כוכב הלכת הענק, מרחיק את אֶנקֶלַדוּס ממנו ומגדיל את העיוות (האקסצנטריות) של מסלולו. ככל שגדולה האקסצנטריות, כלומר ככל שהמסלול מוארך יותר, מתחזקת השפעה הגאות וגובר החימום בתוך אֶנקֶלַדוּס. לפי הערכות תיאורטיות מוקדמות, אֶנקֶלַדוּס היה אמור לגרום רק לחיכוך גאותי חלש בשבתאי ולשוב למסלול ממורכז יותר, כך שתוחלת חייו של כל אוקיינוס המצוי בו, המחומם באמצעות אפקט הגאות, לא הייתה עולה על מיליון שנה.

הירח אנסלדוס של שבתאי. בתחתית התמונה נראה הקוטב הדרומי שלו ובו רצועות הנמר שמהן יוצאים סילוני המים, הנובעים מאוקיינוס של מים נוזליים המתחבא מתחת לשכבת קרח חיצונית. מחקר החדש מצביע על כך ששכבת הקרח הזו דקה הרבה יותר משחשבו עד כה באזור הקוטב הדרומי, דבר שיכול לסייע רבות במשימת מחקר עתידית לירח. מקור: NASA/JPL/Space Science Institute.
הירח אנסלדוס של שבתאי. בתחתית התמונה נראה הקוטב הדרומי שלו ובו רצועות הנמר שמהן יוצאים סילוני המים, הנובעים מאוקיינוס של מים נוזליים המתחבא מתחת לשכבת קרח חיצונית. מחקר החדש מצביע על כך ששכבת הקרח הזו דקה הרבה יותר משחשבו עד כה באזור הקוטב הדרומי, דבר שיכול לסייע רבות במשימת מחקר עתידית לירח. מקור: NASA/JPL/Space Science Institute.

לאחרונה, עשו ואלרי לני ממצפה הכוכבים של פריז ושותפיו (ובהם טובי) ניתוח מפורט של תנועת הירחים הגדולים של שבתאי כדי להציב חסמים הדוקים יותר על עוצמת חיכוך הגאות בחלקים הפנימיים של כוכב הלכת הענקי. הם מצאו שחיכוך הגאות בתוך שבתאי חזק פי עשרה לפחות מכפי שצפו המודלים הקודמים. אם כך, הערך הגדול הזה פירושו שאֶנקֶלַדוּס נע במסלול שהאקסצנטריות שלו יציבה וארוכת ימים, מה שמאפשר גאות חזקה שיכולה לקיים אוקיינוס במשך עשרות מיליוני שנים לפחות, ואולי אף הרבה יותר מזה. ככל שהאוקיינוס של אֶנקֶלַדוּס יכול להתקיים זמן רב יותר, יש לשער, כן גדול הסיכוי שישגשגו בו חיים.

עולם תת־מימי חדש ואמיץ

בינתיים, יש מקור חום אפשרי אחר שצריך לתת עליו את הדעת מלבד אנרגיית הגאות. כשמים מחלחלים בסלע סיליקטי, הם יכולים לחדור למבנים הגבישיים של מינרלים מסוימים, או למַיֵים (hydrate) אותם, ולשנות אותם מבחינה כימית. התהליך הזה, המכונה סֶרפֶּנטיניזציה, משחרר כמויות חום לא מבוטלות. סֶרפֶּנטיניזציה, מתוגברת בזרימה זמינה של מים בגלעין הסלע הנקבובי והעשיר בסיליקטים של אֶנקֶלַדוּס, יכולה לייצר הספק של כמה ג'יגה־וואטים ולהיות מרכיב מכריע בתקציב החום הפנימי של הירח. כל זמן שמינרלים טריים, שלא השתנו, באים במגע עם המים הזורמים, מקור החום הזה יפעל. אבל לאחר מיליוני שנים, כשהסלע יעבור סֶרפֶּנטיניזציה מלאה, שוב לא ייווצר חום בדרך זו, ובלא השפעות אחרות, כגון חיכוך גאות, הוא יתחיל להתקרר. לכן נראה שסֶרפֶּנטיניזציה לבדה לא יכולה לקיים אוקיינוס גלובלי די זמן להתפתחותה של כימיה שעשויה ליצור חיים.

אף על פי כן, הסֶרפֶּנטיניזציה יכולה בכל זאת לתרום לביוספרה אפשרית במעמקי אֶנקֶלַדוּס. בכדור הארץ גילו מדענים תהליכי סֶרפֶּנטיניזציה המניעים נביעות הידרותרמיות ב"עיר האבודה" ובאתרים תת־ימיים אחרים. מלבד חום, התגובות האלה גם מפיקות מימן, מתאן ותרכובות אורגניות אחרות שמהן ניזונים חיידקים ויצורים זעירים דומים. היצורים האלה בתורם, מהווים את בסיס שרשרת המזון של המערכת האקולוגית המבודדת הזאת, הרחק מאור השמש. כמה מן המדענים שחקרו את האורגניזמים האלה תוהים בעקבות מחקרם אם אור שמש בכלל נחוץ לקיום חיים.

בשלהי שנות ה-80, העלו מייקל ראסל, שהיה אז באוניברסיטת סטראת'קלייד בסקוטלנד, ועמיתיו את ההשערה שנביעות הידרותרמיות בסיסיות היו אולי מקום הולדתם של האורגניזמים החיים הראשונים בכדור הארץ הקדום. אף כי באותה עת לא ידעו על נביעות כאלה בכדור הארץ, טען ראסל שבמקומות כאלה יכולה להתקיים סביבה שהתנאים בה מתונים ועם זאת היא עתירת אנרגיה. סביבה כזאת אפשרה את קיומן של התגובות הכימיות שהקדימו את הופעת החיים ויצרו את הגרסאות הראשוניות של הביוכימיה העכשווית: ממברנות, חילוף חומרים (מטבוליזם) ומולקולות המשכפלות את עצמן. מעטים התייחסו לרעיון ברצינות והוא לא עורר דיון או ויכוח אלא בחוגים אקדמיים מצומצמים.

סילוני המים שנפלטים מקוטבו הדרומי של אנקלדוס. מקור: NASA/JPL/Space Science Institute.
סילוני המים שנפלטים מקוטבו הדרומי של אנקלדוס. מקור: NASA/JPL/Space Science Institute.

גילוי "העיר האבודה" חידש את העניין בהשערתו של ראסל והציב אותה בחזית הדיון העכשווי באשר למקור החיים. כעת גילוין של סביבות דומות בתוך אֶנקֶלַדוּס, והאפשרות לקיומן גם בירחי קרח אחרים כמו אירופה של צדק, מחולל תפנית נוספת במחשבתנו על האפשרות לחיים במקומות אחרים במערכת השמש. הביולוגיה אינה חייבת להיות מוגבלת לפני קרקע רטובים וחמימים של כוכבי לכת סלעיים ושטופי שמש, אלא יכולה אולי לשגשג במגוון רחב הרבה יותר של סביבות ולהתקיים באופן מלא או חלקי מחום הנובע מאיזוטופים רדיואקטיביים, מסֶרפֶּנטיניזציה, או מכוחות גאות. אֶנקֶלַדוּס ואירופה הם אולי, פשוטו כמשמעו, רק קצה הקרחון: רמזים לכך שאוקיינוסים תת־קרקעיים יכולים להתקיים אולי גם בגנימד ובקליסטו, ירחיו של צדק, כמו גם בטיטאן, ובמימאס, ירחיו של שבתאי, ואולי גם בכוכב הלכת הגמדי פלוטו. חוקרים המתעניינים, כמונו, בחיים מחוץ לכדור הארץ רק מתחילים לבחון את ההשערות האלה ואת השלכותיהן, אבל נראה יותר ויותר סביר שעד כה המעטנו מאוד בפוריותו הביולוגית של היקום.

לעת עתה, אין לנו ברירה אלא להישאר בלי תשובה לשאלה האם פנימם של ירחים קרחיים באמת מספק את המרכיבים הנחוצים לקיום חיים מחוץ לכדור הארץ. איננו יודעים עדיין את מֶשֶך הפעילות ההידרותרמית בתוך אֶנקֶלַדוּס ואת עוצמתה, והדיון בדבר האפשרות של פעילות הידרותרמית בתוך אירופה כמעט אינו אלא השערה פרועה. נאס"א וסוכנות החלל האירופית מחפשות במרץ תשובות לשאלות האלה ומתכננות לשגר כלי טיס לירחיו הקרחוניים של צדק. אלה יוכלו לחפש תִמרות כמו זו של אֶנקֶלַדוּס בסוף שנות ה-20 או בתחילת שנות ה-30 של מאה זו. החללית קאסיני תמשיך לחקור את אֶנקֶלַדוּס עד תום המשימה שלה ב-2017, אז תתרסק אל מעמקי שבתאי כדי למנוע כל אפשרות לזיהום של אֶנקֶלַדוּס או של ירח קרחוני אחר בביולוגיה מכדור הארץ. בסופו של דבר, דור חדש של חלליות יוכל להישלח לשם כדי לעשות מחקרים בשטח, לנחות על הירח, ואף ללקט דגימות כדי להביאן לארץ. לעת עתה, משימות כאלה קיימות רק בתקוותיהם ובחלומותיהם של אסטרוביולוגים – אבל אולי בקרוב זה ישתנה.

על הכותבים

פרנק פוסטברג – מנהל את הערכת הנתונים של תרשימי ספקטרום המסות שמפיק המכשיר לניתוח אבק קוסמי, CDA, המותקן על החללית קאסיני. פוסטברג, הבקיא הן במדעים פלנטריים והן בפיזיקה ובכימיה, פועל באוניברסיטאות הגרמניות של היידלברג ושל שטוטגרט וחוקר בהן אבק קוסמי וירחי קרח.

גבריאל טובי – מדען של כוכבי הלכת שהחל לחקור את פנימם של ירחי קרח לאחר שספג השראה ממשימת "גלילאו" של נאס"א שחקרה את כוכב הלכת צדק. היום הוא מפתח מודלים להבנת האופן שבו חיכוך גאות יכול להניע את הפעילות באירופה, באֶנקֶלַדוּס ובירחי קרח אחרים.

תורסטן דאמבק – פיזיקאי גרמני וכתב מדע המתמקד באסטרונומיה ובמדעים פלנטריים. הוא הציץ באֶנקֶלַדוּס לראשונה באמצעות טלסקופ בנערותו בשנות ה-80 המוקדמות, כשטבעות שבתאי היו בקו ישר עם כדור הארץ, והירח הזעיר הופיע כנקודה לבנה קלושה.

לקריאה נוספת

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

3 תגובות

  1. אנו מחפשים חיים כפי שאנו מכירים אותם, כי זה הדבר היחיד שאנו מכירים, וכי הכוכבים הקרובים לנו שוממים. יפה לראות מאמץ משותף של כמה מדינות למחקר, וחשיבה ארוכת טווח על שימור החיים הפוטנציאליים בירחים הללו.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן