كان الجسم الأكثر بركانيًا في النظام الشمسي، وهو قمر كوكب المشتري آيو، في حالة اضطراب لمدة 4.57 مليار سنة على الأقل، بدءًا من ولادته وبداية ظهور الشمس.
هذه هي النتائج التي توصل إليها فريق من العلماء الذين فحصوا آيو باستخدام مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / تحت المليمترية (ALMA) لتتبع الكبريت والكلور في الغلاف الجوي للقمر جوفيان.
لقد أدرك العلماء أن لعبة شد الحبل الجاذبية بين كوكب المشتري وقمري جوفيان المجاورين يوروبا وجانيميد تولد قوى مد هائلة داخل آيو، مما يتسبب في نشاطه البركاني المكثف. ما لم يكن واضحًا حتى الآن هو المدة التي ظل فيها تأثير كوكب المشتري وأقماره يعيث فسادًا على آيو. وذلك لأن التدفق المستمر للحمم البركانية من هذا النشاط البركاني الشديد عبر سطحه يجعل هذا القمر يبدو جديدًا.
متعلق ب: مسبار جونو التابع لناسا يرى ثورانات بركانية نشطة على القمر البركاني لكوكب المشتري آيو (صور)
تقول كاثرين دي كلير، قائدة الفريق والأستاذة المساعدة في علوم الكواكب وعلم الفلك في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: “سطح آيو صغير جدًا، مما يعني أن تدفقات الحمم البركانية ورواسب الأعمدة البركانية تغطي أي ميزات يزيد عمرها عن مليون عام تقريبًا”. قال Space.com. “لذلك، لم يكن من الممكن سابقًا معرفة أي شيء عن التاريخ البركاني لآيو بعد المليون سنة الماضية، وهو تاريخ حديث جدًا من منظور جيولوجي.
“يمثل آيو لغزا كبيرا لأن سطحه لا يحمل سجلا لتاريخه كما تفعل أسطح الأقمار الأقل نشاطا.”
لا يمكن للغلاف الجوي لأيو أن يخفي عمر نشاطه البركاني
تعتمد النشاط البركاني الشديد لآيو على الترتيب الدقيق للأقمار الثلاثة ورقصة الجاذبية الإيقاعية التي تدور فيها حول كوكب المشتري.
وقال دي كلير: “آيو في رنين مداري مع أوروبا وجانيميد، مما يعني أن فتراتهما المدارية هي مضاعفات صحيحة لبعضهما البعض”. لكل أربعة مدارات لآيو، هناك بالضبط مداران لأوروبا ومدار واحد لجانيميد. وهذا يعني أن تأثيرات جاذبية الأقمار على بعضها البعض تكون في نفس المكان في كل مدار، مما يؤدي إلى تغيير المدارات من الدوائر إلى القطع الناقص.”
وأضافت أنه بمجرد أن تكون هذه الأقمار في شكل إهليلجي، فإن بعدها عن المشتري يتغير أثناء دورانها، لذا فهي تواجه تغيرًا في الجاذبية من المشتري. إن الكمية المتغيرة لجاذبية المشتري التي يشعر بها آيو تؤدي إلى مد الصخور على القمر، وينضغط شكل آيو ويمتد في كل مدار، وهو 1.8 يوم فقط. وهذا يولد احتكاكًا في وشاحها، مما ينتج عنه حرارة كافية لإذابة الصخور.
إن قوة دفع وسحب كوكب المشتري وأوروبا وجانيميد على آيو تولد قوى مد وجزر شديدة لدرجة أنها يمكن أن تتسبب في ارتفاع وهبوط سطح القمر على ارتفاعات تصل إلى 330 قدمًا (100 متر). وهذا يعادل قفز سطح الأرض في نيويورك فجأة فوق قمة تمثال الحرية.
والسؤال الكبير هو: هل كان هذا يحدث منذ وجود هذه الأقمار؟
وتابع دي كلير: “أظهرت عمليات المحاكاة الحاسوبية المنشورة على مدار العشرين عامًا الماضية أنه من الممكن أن يتم التقاط آيو وأوروبا وجانيميد في تكوينها المداري الرنان الحالي أثناء تشكلها”. “هذا الرنين هو ما يسبب النشاط البركاني في النهاية. لذلك، فمن المنطقي أنه إذا كانت الأقمار في هذا التكوين منذ وقت تكوينها، لكان آيو بركانيًا لنفس الفترة الزمنية.”
ومع عدم قدرة العلماء على جمع معلومات حول المدة التي ظل فيها آيو بركانيًا للغاية، استخدم دي كلير وزملاؤه ALMA، وهي مجموعة من 66 هوائيًا لاسلكيًا في صحراء أتاكاما في شمال تشيلي، للبحث عن أدلة في غلافه الجوي الرقيق.
وعلى وجه الخصوص، بحثوا عن أجهزة راديوية نظائرية مستقرة للجزيئات الحاملة للكبريت والكلور. ووجد الفريق أن كلا العنصرين موجودان بشكل أكبر في متغيرات النظائر الثقيلة – الذرات التي تحتوي على أعداد أكبر من النيوترونات – مقارنة بمتوسط القيمة الموجودة عبر النظام الشمسي والتي تحدث نتيجة النظائر الأخف وزنا من الطبقات الجوية العليا في العالم الآخر.
على آيو، تتسبب البراكين في إعادة تدوير المواد بشكل مستمر بين باطن القمر والغلاف الجوي، ووجد دي كلير وطاقمه نتيجة لذلك، أن قمر المشتري فقد ما يصل إلى 94% إلى 96% من نظائر الكبريت الأخف. وهذا شيء لم يكن ممكنًا إلا في مواجهة مليارات السنين من البراكين التي تعود إلى ولادة آيو.
وقال دي كلير: “لقد استخدمنا نظائر الكبريت في الغلاف الجوي لآيو لاستنتاج أن آيو كان ينتج غازًا غنيًا بالكبريت – وبالتالي، كان نشطًا بركانيًا – لمليارات السنين”. “هذا تأكيد جيد لبعض التوقعات السابقة التي تم إجراؤها.”
بالنسبة إلى دي كلير، تمثل النتائج افتتانًا طويل الأمد بآيو الذي يقدم إجابات للأسئلة المزعجة.
وقالت: “لقد انبهرت بمسألة تطور آيو على المدى الطويل طوال فترة دراستي لآيو”. “أنا مهتم ليس فقط بما هي عليه الكواكب والأقمار اليوم، ولكن كيف أصبحت على ما هي عليه الآن.”
قصص ذات الصلة:
– ثوران بركاني هائل يستمر لعدة أشهر يهز قمر المشتري آيو
– شاهد القمر البركاني لكوكب المشتري آيو يتوهج باللون الأحمر الساخن في صور مذهلة من مسبار جونو التابع لناسا
– جونو: إلقاء نظرة طويلة على كوكب المشتري
وأستاذ معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا لم ينته من آيو بعد. بعد الإجابة على أسئلة حول الطبيعة النارية للقمر جوفيان، تريد معرفة ما إذا كان له جانب أكثر برودة وما إذا كان قد تم تدميره بسبب البراكين.
واختتم دي كلير حديثه قائلاً: “أما بالنسبة لما هو قادم، فأنا أود أن أعرف ما إذا كان آيو كان يمتلك في السابق محيطًا مائيًا وقشرة جليدية، كما هو الحال مع جيرانه يوروبا وجانيميد، والتي فقدتها لاحقًا بسبب البراكين أو بعض الوسائل الأخرى”.
نُشر بحث الفريق يوم الخميس (18 أبريل) في مجلة Science.