أحد صفحات التقدم العلمي للنشر
غير مصنف

سر وجود الميثان على المريخ وتيتان(*)

إن وجود الميثان في الغلاف الجوي لكل من المريخ وتيتان،

قد يعني وجود حياة أو نشاطٍ جيولوجيٍ غير عادي عليهما،

ويعد ذلك أحد أعظم الألغاز المحيرة في المنظومة الشمسية.

<K.S.أتريا>

 

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/10-9/126.gif
ساد الاعتقاد طويلا في احتمال أن يكون المريخ مقرا للحياة؛ واكتشاف الميثان في جوه أعاد بعث هذه الرؤى. ويبدو الوجه المرئي للمريخ ساكنا تقريبا، إلا من سحب قشّيّة قليلة (بيضاء). ولكن الميثان ينم عن آثار دؤوبة لنشاط بيولوجي أو جيوكيميائي تحت السطح.

من بين جميع كواكب المنظومة الشمسية فيما عدا الأرض، حظي المريخ، على نحو قابل للجدل، باحتمالية عظمى لوجود حياة عليه، إما بائدة أو لاتزال قائمة. فهو يشبه الأرض في نواحٍ عديدة: عملية تكوينه والتاريخ المبكر لمناخه ومستودعاته المائية وبراكينه وعملياته الجيولوجية الأخرى. وهذا ما يتواءم مع نشوء أحياء ميكروية (مجهرية). وثمة جسم كوكبي آخر هو تيتان، أكبر أقمار زحل، الذي عادة ما يُقحَمُ بصورة روتينية في مناقشات حول علم الأحياء خارج الأرض. فقد امتلك تيتان في المراحل البدائية من ماضيه، ظروفا تؤدي إلى تكون جزيئات مبشرة بنشوء حياة. ويعتقد بعض العلماء في احتمال أنه كان ينبض بالحياة حينذاك، وربما ينبض بالحياة الآن.

 

ومما زاد الهواجس في هذه الاحتمالات، هو أن الفلكيين الدارسين لكلا العالمين قد اكتشفوا غازا، غالبا ما يقترن بأشياء حية وهو: الميثان. إنه يوجد في المريخ بكميات صغيرة لكنها ذات مغزى. أما تيتان فإنه، بالمعنى الحرفي، يموج بالميثان. والمصدر البيولوجي (الحيوي) للميثان هو الذي يبدو مقبولا، على الأقل كمصدر جيولوجي، بالنسبة إلى المريخ إذا لم يكن كذلك بالنسبة إلى تيتان. وربما يكون كل من التفسيرين خلابا في حد ذاته، بما يبين إما أننا لسنا وحدنا في الكون أو أن كلا من المريخ وتيتان يُؤويان كميات كبيرة من المياه الجوفية، إضافة إلى مستويات غير متوقعة من الأنشطة الكيميائية. ولعل فهم أصل الميثان ومصيره على هذه الأجرام سوف يمدنا بأدلة قاطعة عن العمليات التي أدت إلى تكوين وتطور وملاءمة السكنى للعوالم الأرضية في النظام الشمسي، وربما في عوالم أخرى.

 

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/10-9/131.gif
من الوجهة التقنية، يعتبر تيتان تابعا لزحل، ولكنه يعتبر كوكبا مكتملا بجميع المعاني والمقاييس، فغلافه النيتروجيني أكثف من غلاف الأرض وسطحه تم تشكيله بواسطة النشاط التكتوني وأنهار من ميثان سائل. لا أحد يعرف يقينا من أين يأتي الميثان. وقد التقط المسبار كاسيني الفضائي في عام 2006 هذه الصورة المركبة بالأشعة تحت الحمراء.

 

 والميثان (CH4) متوفر في الكواكب العملاقة مثل ـ المشتري وزحل ويورانوس ونپتون. فهو نتاج عمليات كيميائية لمادة السديم الشمسي الأولي. أما على الأرض فإن الميثان يمثل حالة خاصة. وإن كان الميثان يشكل جزءا من بين 1750جزء من البليون في الحجم (ppbv)  في الغلاف الجوي للأرض، فإن ما يراوح بين90 و 95 في المئة منه ذو أصل بيولوجي. وذوات الحوافر آكلة الحشائش، مثل البقر والماعز وثيران الصوف الضخمة، تتجشأ وتطلق سنويا خُمْس كمية ميثان الكرة الأرضية كنتيجة إضافية مرتبطة بالعمليات البيولوجية البكتيرية في أحشائها. وهناك مصادر مهمة أخرى تشمل النمل الأبيض ومزارع الأرز والمستنقعات وتسرب الغاز الطبيعي (هو نفسه نتاج حياة مضت) ونباتات التمثيل الضوئي [انظر: «الميثان والنباتات وتغير المناخ»،مجلة العلوم، العدد 4 (2007)، ص 46]. وتضيف البراكين أقل من  0.2 %من المخزون الكلي للميثان على الأرض، وحتى هذه البراكين قد تكون ببساطة منفذا لتصريف الميثان المنتج من الأعضاء الحية في الماضي. وتعتبر المصادر غير البيولوجية مثل العمليات الصناعية، أقل نسبيا. ولذلك فإن اكتشاف الميثان، على جرم آخر مشابه للأرض يقوي بطبيعة الحال توقع وجود الحياة على ذلك الجرم.

 

في الهواء الجوي(**)

 

 هذا ما حدث مع المريخ عامي 2003 و 2004، حينما أعلنت ثلاث مجموعات من العلماء، كل على حدة، اكتشاف الميثان في الغلاف الجوي لذلك الكوكب. وباستخدام مطياف ذي قوة ميز عالية في مدى المقراب تحت الأحمر بهاواي وفي مقراب جيميني بشيلي، نجح فريق يقوده <M.موما> [في مركز گودارد الفضائي بوكالة الفضاء الأمريكية (ناسا)] في اكتشاف تركيزات للميثان بزيادة قدرها PPhv 250، مع تذبذب في قيمته على الكوكب وربما مع الزمن. وقد قام<V.فورميسانو> [من معهد الفيزياء والعلوم بين الكوكبية في روما] وزملاؤه (بمن فيهم أنا) بتحليل آلاف الأطياف تحت الحمراء التي سجلتها السفينة المدارية «مارس اكسبرس»(1) لكوكب المريخ. وقد وجدنا الميثان أقل كثيرا في الوفرة ويراوح بين صفر و ppbv 10، مع معدل كوكبي قدره ppbv 10 تقريبا. وأخيرا قام <V.كراسنوپولسكي> [من الجامعة الكاثولوكية بأمريكا] وزملاؤه باستخدام المقراب (التلسكوب) الكندي الفرنسي بهاواي في قياس قيمة كوكبية متوسطة حددت بحوالي ppbv10، ولم يستطيعوا تعيين التغير على الكوكب بسبب ضعف الإشارة المستقبلة وصغر قوة الميز الحيزي.

 

 ويقوم الآن فريق <موما > بتحليل بياناته محاولا تعليل لماذا جاءت قيمتها خارج الحد المعقول. وللآن، فإني اعتقد أن القيمة pphv 10   هي الأكثر احتمالا. فهي تناظر تركيز الميثان (بالجزيئات في وحدة الحجم) التي تساوي فقط 40جزءا من المليون من تركيزه في الغلاف الجوي للأرض. ومع ذلك فحتى وجود الغاز الظاهر للعيان لا يزال يتطلب تفسيرا.

 

ومع أن الفلكيين قد اكتشفوا الميثان على تيتان في أوائل عام 1944، فإن اكتشاف النيتروجين بعد مرور 36 عاما على ذلك كان إضافة عملت على تكوين اهتمام هائل بهذا القمر البعيد البارد(2). ويعتبر النيتروجين مفتاحا لتكوّن الجزيئات البيولوجية مثل الأحماض الأمينية والنووية. إن أي جرم له جو من الميثان والنيتروجين بحيث يكون الضغط السطحي عليه يعادل مرة ونصف ما هو نظيره على كوكبنا، فإنه من المحتمل أن يكون له المكونات الصحيحة لتكون المواد الجزيئية المبشرة بالحياة، بل إن البعض قد تأمل حتى في نشأة الحياة نفسها.

 

ويؤدي الميثان دورا مركزيا تحكميا في صون الغلاف الجوي النيتروجيني السميك لتيتان. فهو منبع الضباب (الشبورة) الهيدروكربوني الذي يمتص الأشعة الشمسية تحت الحمراء، ويدفئ طبقة الستراتوسفير بحوالي 100 درجة سيلزية، وكذلك الهدروجين، الذي تؤدي تصادمات جزيئاته إلى تدفئة نطاق التروبوسفير بمقدار 20 درجة. فإذا هرب الميثان، تنخفض درجة الحرارة، ويتكثف غاز النيتروجين إلى قطيرات سائلة وينهار بذلك الغلاف الجوي. ويتغير إلى الأبد السلوك الخاص بتيتان؛ فينقشع ضبخانه وسحبه، وتتوقف أمطار الميثان التي تبدو وكأنها قد شكلت سطحه، وتجف البحيرات والبرك والجداول. ومع رفع هذه الحُجُب يصبح سطح تيتان المتشقق عاريا، ويبقى مرئيا بوضوح للمقاريب على الأرض. ويفقد تيتان غموضه وينقلب إلى مجرد تابع آخر له غلاف جوي رقيق.

 

هل كان من الممكن أن يكون الميثان على المريخ وتيتان له أصل بيولوجي، كما هي الحال على الأرض، أم هناك تفسير آخر، مثل البراكين أو تصادم المذنبات والنيازك بالكوكب ؟ لقد ساعد فهمنا للعمليات الجيوفيزيائية والكيميائية والبيولوجية على تضييق مجال مصادر الميثان الممكنة على المريخ، وكذلك العديد من الأدلة نفسها التي تنطبق على تيتان أيضا.

 

تحلل بضوء الشمس(***)

  

إن أول خطوة للإجابة عن هذا التساؤل هو تعيين المعدل الذي يفترض أن ينتج عنده الميثان أو يتم الحصول عليه. ويعتمد ذلك، من ثم، على مدى سرعة تخلص الغلاف الجوي منه. فعند ارتفاعات 60 كم أو أكثر فوق سطح المريخ يقوم الإشعاع فوق البنفسجي بتفكيك جزيئات الميثان عن بعضها. وفي أسفل الغلاف الجوي، تُكسرُ فوتوناتُ الأشعةِ فوق البنفسجية روابط جزيئات الماء التي تعمل على تأكسد الميثان. وتتكون ذرات الأكسجين والهيدركسيلات الأساسية (OH)، ويختفي الميثان تدريجيا من الغلاف الجوي وبلا رجعة. و «عمر» الميثان ـ الذي يعرف بالزمن الذي يستغرقه تركيز الميثان لينخفض بمعدل معامل الثابت الحسابي e أو تقريبا بالمعدل 3 ـ يراوح بين 300 و 600  سنة،  معتمدا في ذلك على كمية بخار الماء الذي يتعرض لتغيرات فصلية، وكذلك على قوة الإشعاع الشمسي الذي يتغير خلال الدورة الشمسية. فالعمليات المشابهة على الأرض، تعطي الميثان عمرا يقارب عشر سنوات. وعلى تيتان، حيث تكون الأشعة فوق البنفسجية أضعف كثيرا وتكون الجزيئات الحاملة للأكسجين أقل وفرة بصورة جوهرية، يبقى الميثان من 10 ملايين إلى 100 مليون سنة (وهو ما  يعتبر وقتا قصيرا بالمفهوم الجيولوجي).

 

 

 

نظرة إجمالية/الميثان(****)

 

  تحدث الفلكيون عن الحياة على المريخ على مدى قرن أو أكثر، ولكن نادرًا ما استخدمت بيانات ذات جدوى. وهذا الموقف قد تغير عام2003 مع اكتشاف الميثان في الغلاف الجوي.  وهناك بعض العمليات الجارية التي يجب أن تضخه إلى الخارج كي توازن تحطيمه المستمر بضوء الشمس.

  لقد حصر الباحثون الاحتمالات في أمرين: الأول هو المريخيات – نوعيا فيما يشبه البكتيرات التي تنفث الميثان مثل ما يحدث في أحشاء البقر. والأمر الآخر هو تفاعل الصخر المائي (المسمى الدورة الالتفافية أو السربنتينية) الذي يقع في نفاثات الأدخنة السوداء في قيعان البحار على الأرض. والاحتمال الأخير يبدو مخيبا للآمال، ولكنه ربما يستحق أن يكون اكتشافا مثيرا. وقد صممت عربة جوالة جديدة للانطلاق عام 2009 قد تكون قادرة على التثبت من هذا الأمر.

  وهناك جدل دائم حول قمر زحل الأكبر تيتان. فقد بين المسبار الفضائي هايجنز في عام2005 أن الميثان يؤدي على تيتان، إلى حد كبير، الدور نفسه الذي يؤديه الماء على الأرض. وقد ينتج الميثان من تفاعلات كيميائية في مياه خفية (تحت سطحية) شاسعة.

 

 

 

لقطات فوتوغرافية من تيتان والمريخ(*****)

 

اكتشف الفلكيون الميثان في غلاف تيتان الجوي في عام 1940، ولكن الضباب (الشبورة) الكثيف حجب رؤيتهم السطح. وقد شاهدت بعثة كاسيني-هايجنز المدى الذي وصل إليه الميثان في تشكيل التضاريس.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/10-9/0001.gif
أحجام كبيرة من سائل، ربما يكون الميثان، تبدو في صور المسبار كاسيني الرادارية لنصف كرة تيتان الشمالي البعيد. ويبدو السائل داكنا (باللون الأزرق) وللسبب نفسه يبدو الطريق المبتل داكنا حينما تتحرك ليلا. ويعكس سطح السائل الناعم أشعة الضوء العمودية بعيدا عن عينيك. وبالعكس، تبدو المنطقة الجافة الخشنة لامعة. وقوة ميز هذه الصورة 500 متر.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/10-9/Copy%20of%200001.gif
تشكلت قنوات النهر بالميثان السائل المنساب من سلسلة من الأخاديد [بارتفاع حوالي 200 متر] منحدرا إلى قاع بحيرة (جافة الآن). وتدل تشكيلة الروافد على أن الميثان جاء من المطر الساقط. لقد التقط المسبار هايجنز هذه الصورة من ارتفاع 6.5 كيلومتر، عندما كان يهبط خلال الغلاف الجوي.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/10-9/128.gif
ضباب في غلاف تيتان العلوي يتكون من الهيدروكربونات التي تتشكل عندما يتفاعل ضوء الشمس مع الميثان، ويشبه هذا الضباب الضبخان في المدن. وقوة ميز هذه الصورة 700 متر.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/10-9/127.gif
سطح تيتان الذي لم يتم لمحه قبل هبوط المسبار هايجنز عليه في الشهر 2/2005. وربما يشبه حقلا مدكوكا بالصخور، لكن هذه الصخور هي في الواقع قطع غليظة من الجليد في حجم قبضة اليد، وبفحصها عن كثب تبدو علامات التآكل عليها من انسياب الماء وربما الميثان. وبينما يسخن المسبار التربة يرشح منها الميثان.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/10-9/Copy%20(2)%20of%20Copy%20of%200001.gif
 

يوجد الميثان على الكوكب الأحمر فقط بأجزاء من البليون في الحجم [ppbv]، لذلك لا يُرى مباشرة مثلما يُرى على تيتان. وهناك عمليات تم رصدها يمكنها تدمير الميثان وتكوينه.

المريخ

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/10-9/Copy%20of%20Copy%20of%200001.gif
زوابع ترابية مثل تلك التي كشفتها سفينة مارس جلوبال سيرفيور في 21 مايو 2002. تحتك حبيبات التراب معا، وهكذا تنشأ مجالات كهربائية ستاتيكية قوية يمكنها أن تمزق جزيئات الماء فتفصل بينها، وتؤدي إلى إنتاج البيروكسيدات المدمرة للميثان.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/10-9/Copy%20(3)%20of%20Copy%20of%200001.gif
انسياب مياه جوفيه في ماضي المريخ قد يفسر هذه الحافة البيضاء المرتفعة (السهم) التي اكتشفتها حديثا سفينة مارس ريكونيسانس المدارية. فانسياب الماء خلال شقوق الصخر قد رسب المعادن، تماما مثلما يسبب الماء العسر تراكمات في أنابيب المنازل. وحينما تتآكل الصخور المحيطة تبقى المعادن على هذه الحافة. وربما تكون المياه الجوفية قد سهلت إنتاج الميثان.

 

إن عمر الميثان على المريخ طويل بما يكفي لكي تقوم الرياح وعمليات التشتت بخلط الغاز في الغلاف الجوي بانتظام تقريبا. وهكذا، تعتبر التغيرات المشاهدة لمستويات الميثان على الكوكب محيرة. فقد تكون علامة على أن الغاز يأتي من مصادر محلية أو يختفي في مستودعات محلية. والمستودع المحتمل هو التربة المنشطة كيميائيا، التي يمكنها أن تُعجِّل في فقد الميثان. فإذا ما عملت تلك المستودعات الإضافية، فإن الأمر يحتاج إلى مصدر أكبر للميثان للحفاظ على وفرة العنصر المشاهدة.

 

 والخطوة التالية هي تدارس السيناريوهات المحتملة لتكوين الميثان. ويعتبر الكوكب الأحمر مكانا جيدا للبدء بذلك؛ لأن وفرة الميثان به منخفضة للغاية. فإذا لم تستطع الآلية المقترحة تفسير حتى هذه الكمية الصغيرة، فمن غير المحتمل أنها تكفي لتعليل كمية الميثان الكثيرة جدا على الكوكب تيتان. ولعمر قدره 600 سنة، يجب أن ينتج ما يزيد على 100 طن متري من الميثان كل سنة للحفاظ على متوسط سنوي ثابت معدله pphv 10. وهذا يعادل ربع في المليون من المعدل المنتج على الأرض.

 

 وكما هي الحال على الأرض، فإن البراكين ليست هي المسؤولة بالدرجة الأولى عن وجود الميثان، أما براكين المريخ فقد خمدت لمئات الملايين من السنين. إضافة إلى أنه إذا كان البركان مسؤولا عن الميثان، فإنه يضخ كذلك كميات ضخمة من ثنائي أكسيد الكبريت، في حين أن جو المريخ مفتقد لمركبات الكبريت. والمدد القادم من خارج الكواكب يبدو كذلك ضئيلا. ويؤخذ في الحسبان حوالي ألفي طن من تراب النيازك الدقيقة التي تصل إلى سطح المريخ كل عام. وأقل من  1 % من كتلتها من كربون، وحتى هذه المادة تتأكسد بشدة، ومن ثم فهي مصدر غير مُجدٍ للميثان. وتمثل المذنبات حوالي 1 %  بالوزن من الميثان، ولكنها ترتطم بالمريخ بمعدل مرة واحدة فقط كل 60 مليون سنة في المتوسط. وبذلك تكون كمية الميثان المنقولة في هذه الحالة حوالي طن سنويا أو أقل من  1 % من الكمية المطلوبة.

 

 هل كان من الممكن أن مذنبا قد صدم المريخ في الماضي القريب؟ فربما قد أمده بكمية كبيرة من الميثان، وانخفضت مع الزمن الوفرة في الغلاف الجوي إلى نسبتها الحالية. إن تصادما بواسطة مذنب قطره 200 متر قبل 100 سنة أو مذنب قطره 500 متر قبل 2000 سنة، من الجائز أنه قد أمد الكوكب بكمية كافية من الميثان ليؤدي بذلك إلى المعدل العام والشامل الذي تكرر رصده وتحديده بما يساوي ppbv 10، ولكن هذه الفكرة تجرنا إلى مشكلة: لأن توزيع الميثان على الكوكب غير منتظم. والوقت الذي يستغرقه توزيع الميثان بانتظام رأسيا وأفقيا هو عدة أشهر على الأكثر. لذلك يكون المصدر المذنبي المؤدي إلى انتظام توزيع الميثان على المريخ مناقضا للأرصاد.

 

دخان في المائيات(******)

 

 نحن بصدد مصدرين محتملين لإنتاج الميثان: مصدر مائع كيميائي أرضي والآخر ميكروبي، وكلاهما قد يكون آسرا للفكر. فمنافذ الموائع الحرارية المعروفة بنفاثات الأدخنة السوداء التي اكتشفت أول مرة على الأرض سنة 1977 في حافة صدع گالاپاگوس(3)Gal?pagos Rift   ومنذ ذلك الحين، وجد دارسو المحيطات هذه النفاثات الدخانية على طول العديد من الأخاديد وسط المحيطات. وتبين التجارب المختبرية أنه تحت هذه الظروف المنتشرة عند هذه المنافذ، فإن صخور السيليكا الغنية بالحديد أو المغنيسيوم، مثل الزبرجد الزيتوني olivineوالپيروكسين pyroxene يمكنها أن تتفاعل لتنتج الهدروجين بطريقة تعرف بوجه عام بالدورة الالتفافية أو السرپنتينية serpentinization، ومن ثم يمكن أن ينتج الميثان من تفاعل الهدروجين مع حبيبات الكربون، أو ثنائي أكسيد الكربون، أو أول أكسيد الكربون أو الأملاح المعدنية الكربونية.

 

 

 

الميثان على المريخ(*******)

 

بكل الأدلة، يجب ألا يكون للميثان وجود على المريخ. إذ ينمحي الغاز من الهواء بالتفاعلات الكيميائية الموجَّهة بضوء الشمس أو بعوامل الطقس. والعمليات الجيولوجية والفلكية المعروفة لا يمكن أن تستعيضه بسرعة كافية. وهكذا يبدأ ظهور الميثان نتيجة لنشاط غير ملحوظ مثل نفاثات الأدخنة السوداء أو الميكروبات المولدة للميثان السابحة في الخزانات الجوفية للمياه.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/10-9/0002.gif

 

 مفاتيح هذه العملية هي الهدروجين والكربون والمعادن (التي تقوم بدور العوامل المساعدة) إلى جانب عوامل الحرارة والضغط. كل ذلك ممكن على المريخ أيضا. ويمكن أن تقع عملية الدورة الالتفافية إما في درجات حرارة مرتفعة (360إلى 400 سيلزية) أو عند درجات معتدلة (30 إلى 90 سيلزية). ومن المقدر أن هذه الدرجات المنخفضة يمكن أن تحدث داخل طبقات الصخور المائية المفترض وجودها على المريخ.

 

 ومع أن عملية الدورة الالتفافية منخفضة الحرارة قد تكون مسؤولة عن إنتاج الميثان المريخي، فإن المجال البيولوجي تبقى له إمكانيات فعّالة. فعلى الأرض، تعمل العضويات البيولوجية الميكروية المعروفة بالميثانوجينات methanogensعلى توليد الميثان كناتج جانبي للهدروجين المستهلك وثنائي أكسيد الكربون أو أول أكسيد الكربون. فلو أن مثل هذه العضويات قد عاشت على المريخ، فإنها كانت سوف تجد مددا جاهزا من المواد المغذية لهذه العملية: كالهدروجين (المنتج إما من عملية الدورة الالتفافية أو المنتشر في التربة من الغلاف الجوي) إضافة إلى أول وثنائي أكسيد الكربون (في الصخور أو من الغلاف الجوي).

 

 وبمجرد تكوّن الميثان، إما بواسطة عملية الدورة الالتفافية أو الميكروبات فإنه يمكن أن يخزن على صورة كلاثْرات متميئة clathratehydrate، أي كتركيبة كيميائية تحتجز جزيئات الميثان كحيوانات في قفص ـ لتنطلق فيما بعد إلى الغلاف الجوي، ربما عن طريق التسرب الغازي التدريجي خلال الشقوق والصدوع أو بواسطة الانفجارات العرضية التي تحفزها البراكين. ولا يوجد من يؤكد كيفية تكون الكلاثْرات بفاعلية أو كيفية وصولها إلى حالة عدم الاستقرار.

 

لقد أشارت أرصاد سفينة مارس اكسبرس إلى تركيزات أكبر للميثان في مساحات تحتوي على جليد مائي تحت سطحي. وقد يُفَسَّر هذا الترابط عن طريق سيناريوهات جيولوجية أو بيولوجية. فقد توفر الصخور المائية تحت الثلج مسكنا لمخلوقات أو موقعا للإنتاج الجيوكيميائي المهدرج للميثان. ومن دون الحاجة إلى بيانات إضافية، تبدو الإمكانات البيولوجية والجيولوجية متساوية في احتمالاتها.

 

محيط في تيتان(********)

 

من أول وهلة، قد يعتقد المرء أن ميثان تيتان ربما يكون أسهل على الفهم: فهذا القمر قد تكوَّن في سديم فرعي لزحل، الذي يحتوي غلافه الجوي على كميات هائلة من الغاز. وحتى الآن تُظهر البيانات أن إنتاج الميثان محليا على تيتان أكثر احتمالا من جلب الميثان إليه. فالمسبار هايجنزHuygens  للبعثة المشتركة «كاسيني ـ هايجنز» بين وكالتي «ناسا» والفضاء الأوروبية، لم يجد غاز زينون أو غاز كريپتون في غلاف تيتان الجوي. فلو أن اللبنات الكوكبية الأولية التي كونت تيتان قد جلبت معها الميثان، لكان من المفروض أن تجلب أيضا هذه الغازات النبيلة الثقيلة. إن غياب تلك الغازات يدل على أن الميثان في أغلب الاحتمالات قد يكون على تيتان نفسه.

 

 

الميثان على تيتان(*********)

 

الميثان لتيتان مثل الماء للأرض: مادة تحفر الجداول في السطح، والبرك بالأحجام المتاحة، ويتبخر في الهواء، ليعود أمطارا إلى أسفل. وكما على المريخ، تستنفد التفاعلات الكيميائية ميثان تيتان، لذا يجب أن يعوضه النشاطان الجيولوجي والبيولوجي.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/10-9/120.gif

 

  لذلك يعتبر وجود الميثان له طبيعة غامضة على تيتان كما هي الحال على المريخ ـ من بعض النواحي أكثر من ذلك بسبب كميته الضئيلة (5 % في الحجم). وهناك مصدر معقول، كما هي الحال على المريخ، وهو حدوث ظاهرة الدورة الالتفافية عند درجة حرارة منخفضة نسبيا. لقد افترض، جدلا،<Ch.سوتن>وزملاؤه [من جامعة نانتز بفرنسا] أن تيتان ربما أمكنه الاحتفاظ بمحيط جوفي سائل (انظر المؤطر في هاتين الصفحتين). والأمونيا الذائبة، التي تعمل كمضاد للتجمد، قد ساعدت على حفظه من التحول إلى الحالة الجامدة الصلبة. وفي نموذجهم، يبلغ المحيط 100 كم تحت سطح تيتان ويمتد في العمق إلى ما يراوح بين من 300 و 400 كم. في الماضي، عمل تحلل العناصر المشعة والحرارة المتخلفة عن تكون تيتان على إذابة كامل الجسم الثلجي تقريبا ـ لذلك امتد هذا المحيط قاطعا جميع الطرق إلى أسفل حتى النواة الصخرية.

 

وفي هذه الظروف تطلق التفاعلات بين الماء والصخر غاز الهدروجين الذي يتفاعل من ثم مع ثنائي وأول أكسيد الكربون وحبيبات الكربون أو المادة الكربونية الأخرى ـ منتجا الميثان. وفي تقديري أن هذه العملية قد تكون قادرة على تفسير وفرة الميثان المرصود على تيتان. وبمجرد إنتاج الميثان، يُخزَّن على صورة كلاثْرات مائية مستقرة، ثم ينطلق إلى الجو، إما تدريجيا خلال التبركن، أو أثناء الانفجارات، التي تحدثها التصادمات النيزكية.

 

  وهناك دليل دامغ هو غاز الأرجون 40 الذي سجلته سفينة هايجنز Huygensعندما كانت تهبط خلال الغلاف الجوي لتيتان. ويتكون هذا النظير بواسطة التحلل الإشعاعي للبوتاسيوم 40، الذي ينفصل في الصخور عميقا في لب تيتان. ولأن عمر النصف الإشعاعي للبوتاسيوم 40 هو 1.3 بليون سنة، فإن الكمية الصغيرة للأرجون 40 في الغلاف الجوي تعتبر دليلا على الانطلاق البطيء للغازات من الداخل. إضافة إلى أن الصور البصرية والرادارية للسطح تبين علامات التبركن البارد ـ نافورات الأمونيا الساخنة ـ الثلج المائي ـ الذي يدل أيضا على أن المادة تنبجس من الباطن. ويبدو أن سطح تيتان حديث نسبيا وخالٍ من الحفر النيزكية، الأمر الذي يشكل علامة على إعادة تشكل السطح بالمادة المنسابة من الباطن. والمعدل المقدر لإعادة تشكل السطح يتطلب انفلات الميثان من الداخل بسرعة كافية لتعويض الفقد الضوئي الكيميائيphotochemical. ويؤدي الميثان على تيتان الدور نفسه الذي يؤديه الماء على الأرض، حيث توجد مستودعات للسائل السطحي والسحب والأمطار ـ أي دورة ميثالوجية كاملة الأركان. وهكذا يتحقق الحيز البرهاني الأساسي حتى بدرجة تفوق ما هو متاح للمريخ، فإن الميثان المخزون في الباطن سوف لا يواجه صعوبة في خروجه إلى السطح، ومن ثم في تبخره في الغلاف الجوى.

 

 

عربة ناسا الجوالة التالية(**********)

 

الخطوة التالية لحل مشكلة الميثان على المريخ هي بعثة الوكالة ناسا لمختبر مارس ساينس المزمع إطلاقه عام 2009. ومن المقرر أن تكون أجهزته قادرة على قياس بنية نظير الميثان (الدال على أصله)، ثم يمحص في التربة بحثا عن المركبات العضوية [التي قد يدل تركيبها على أيِّ العمليات الكيميائية أو البيولوجية قد كوّنت الميثان أو حطمته].

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/10-9/0006.gif

 

   هل أمكن العمليات البيولوجية أيضا أن تؤدي دورا في تكوين ميثان تيتان؟ لقد اقترح كل من <Ch.ماكَّاي> [من مركز أبحاث أميز Ames في الوكالة ناسا] و<H.سميث> [من جامعة الفضاء العالمية في ستراسبورگ بفرنسا] وأيضا <D.شولزي-ماكوش> [من جامعة واشنطن الحكومية] و<D.جرنسپون>[من متحف دينکر للطبيعة والعلوم] أن الأسيتيلين والهدروجين يمكن أن يعملا كعناصر مغذية لتكون الميثانوجينات حتى عند أقصى برودة لسطح تيتان (179- درجة سيلزية). تختلف عملية النشوء البيولوجي هذه عن تلك التي تستخدمها الميثانوجينات على الأرض، وأي من أقربائها، فعلى المريخ، لا يحتاج إلى الماء في ذلك. وتقوم الهيدروكربونات السائلة كبديل في توفير الوسط المساعد على سطح تيتان.

 

ولاتزال هذه الفرضية تعاني بعض القصور. فالبيانات المعطاة بواسطة السفينة «هيجنز» تستبعد المصدر الجوفي للأسيتيلين: هذا المركب الذي يجب أن يأتي أساسا من الميثان في الغلاف الجوي. وهكذا يبدو كدليل ثابت على إنتاج الميثان (بواسطة الميكروبات)، فالمرء يحتاج إلى الميثان. إضافة إلى ذلك فإن الوفرة الهائلة جدا للميثان على تيتان تتطلب أن تعمل الميثانوجينات بمعدل زائد يؤدي إلى إنتاجه بالدرجة التي تساعد على استنفاد العناصر المتاحة المغذية لتكوينه.

 

 

سوف تدرس عربة مختبر مارس سينسالجوالة العينات الغازية والصلبة للشواهد الكيميائية في ماضي الحياة وحاضرها.

 

 

وبالنظر إلى هذه العوائق، نجد أن التفسير البيولوجي للميثان أقل جاذبية على تيتان منه على المريخ. ولهذا تتطلب، فرضية الاستيطان على القمر مزيدا من البحث. ويقترح بعض العلماء أن هذا القمر كان أو يجب أن يكون مأهولا. فهو يستقبل ما يكفي من ضوء الشمس ليحول النيتروجين والميثان إلى جزيئات تبشر بنشوء الأحياء. فالمنقوع الجوفي من الماء والأمونيا مع بعض الميثان وبعض الهيدروكربونات الأخرى، المتبعثره هنا وهناك، يمكن أن تكون بيئة صديقة لتكوّن جزيئات معقدة أو حتى أعضاء حية. وفي الماضي البعيد، حينما كان تيتان يبرد فإنه من الممكن حينذاك أن يكون الماء السائل قد غمر سطح هذا القمر.

 

غذاء عضوي(***********)

 

  ومن القياسات الحاسمة التي أمكنها الإسهام في تعيين مصادر الميثان على المريخ وتيتان هي نسبة نظير الكربون. فالحياة على الأرض قد تطورت بتفضيل الكربون 12، الذي يتطلب طاقة أقل للترابط مما يتطلبه الكربون 13. فحينما تتحد الأحماض الأمينية، فإن الپروتينات الناتجة تبدي عدم كفاءة ملحوظة في حالة النظائر الأكثر ثقلا. وتحتوي الأعضاء الحية على الأرض من92 إلى 97 مرة من الكربون 12 أكثر من الكربون 13. أما بالنسبة إلى المادة غير العضوية، فإن النسبة العيارية هي 98.4.

 

   إلا أن المسبار هايجنز قد قاس على تيتان نسبة 82.3 في الميثان، وهي تعتبر أصغر، وليس أكبر، من القيمة العيارية غير العضوية الأرضية. وهذه النتيجة تقف بشدة ضد وجود الحياة كما نعرفها. وللتأكيد، يقترح بعض العلماء أن الحياة يمكن أن تتهيأ على تيتان بشكل مختلف عنها على الأرض، أو أن نسبة النظير غير العضوي قد تكون مختلفة هناك.

 

  وحتى الآن لم يُعيِّن أحد نسبة نظير الكربون للمريخ. وهذه القياسات تمثل تحديا حينما يكون تركيز الغاز منخفضا جدا (جزء من البليون مما هو على تيتان). إن المختبر العلمي الجوال للمريخ (MSL)(4) التابع لوكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) والمخطط لوصوله إلى المريخ عام 2010، سوف يكون قادرا على إجراء قياسات دقيقة لنظائر الكربون في الميثان وربما في مواد عضوية أخرى. وسوف يدرس أيضا عينات غازية وصلبة لمكونات كيميائية أخرى في ماضي الحياة وحاضرها، مثل نسبة الوفرة العالية جدا للميثان مقارنة بالهيدوركربونات الأثقل (الإيثان والبروبان والبيوتان) والعوامل السائدة(5)(أفضلية الجزيئات العضوئية طبقا لقاعدة اليد اليسرى واليمنى).

 

وهناك تساؤل شديد الارتباط بهذه المسائل، وهو لماذا تبدو العضويات غائبة عن سطح المريخ. فحتى مع غياب الحياة والنيازك والمذنبات وجسيمات التراب بين الكوكبي فقد كان يجب أن يستقبل الكوكب المواد العضوية على مدى ما مضى من عمره الذي يقدر بأربعة بلايين ونصف البليون سنة. وربما تكمن الإجابة في الزوابع الترابية للمريخ وعواصفه العاتية والحركة التراقصية المعهودة للأتربة (حيث تتراقص حبيبات التراب المتطايرة بواسطة الرياح فيما يشبه رقصة الحجلة). وهذه العمليات تولد مجالات كهربائية ساكنة يمكنها أن تحفز التركيب الكيميائي لبيروكسيد (فوق أكسيد الهدروجين) hydrogen peroxide. ولكونه مانعا فعالا للتعفن، ذلك أن بيروكسيد الهدروجين سوف يعمل على تعقيم الأرض وتخليصها بسرعة من العضويات. ويعجل المؤكسد أيضا من فقدان الميثان محليا من الغلاف الجوي، متطلبا ذلك مصدرا أكبر لتعليل معاملات الوفرة المشاهدة في الغلاف الجوي للمريخ.

 

وإيجازا لما سبق، يقوم الميثان كلاصق يعمل على تماسك تيتان بطرق غامضة بعض الشيء. إن وجود الميثان على المريخ خادع بالقدر نفسه وليس أقل من ذلك، لأنه يوحي بوجود صور للحياة على ذلك الكوكب. والكشف المستقبلي لكلا الجرمين سوف يلتمس تحديد ما إذا كانا مأهوليْن من عدمه. ومع أن الحياة كما نعرفها يمكن أن تنتج الميثان، فإن وجود الميثان لا يشير بالضرورة إلى وجود حياة. لذا يجب على علماء الكواكب إجراء دراسة جادة لمصادر هذا الغاز والمكامن التي يوجد بها والتركيب النظائري له، وذلك بالتوازي مع الجزيئات العضوية الأخرى، ويتلمسوا هذه المكونات في العينات الغازية والصلبة على السواء. وحتى لو وجد أن الميثان ليس له ارتباط بالحياة فإن دراسته سوف تبين بعض الأوجه التي لها أهمية قصوى بالنسبة إلى نشأة المريخ وتيتان والتواريخ المناخية لهما وخصائصهما الجيولوجية وتطورهما بصفة عامة.                 

 

المؤلف

Sushil K. Atreya

 

 بدأ وظيفته الفضائية في الفرق العلمية لبعثات فويجر إلى الكواكب العملاقة، مستمرا مع سفن جاليليو وكاسيني-هايجنز وفينوس-اكسبرس ومارس اكسبرس ومختبر مارس سينس [المعد للإطلاق عام 2009] وجونو جوبتر بولر المدارية .2011 تركز أبحاثه على أصل وتطور الأغلفة الجوية ونشأة الأنظمة الكوكبية. وهو أستاذ في جامعة ميتشگان في آن آربور، وهو زميل في جمعية تقدم العلوم الأمريكية، وعالم زائر متميز في مختبر الدفع النفاث. ويدين <أتريا> بالفضل لكل من <Ch.أتريا> و <W.هنترز> و<P.ماهاني>و <E.آدمز>  للمناقشات والتعليقات على مسودات هذه المقالة.

 

  مراجع للاستزادة

 


Eletectian of Methane In the Atmosphere of Mars, Vittoria Farmisana,
Susl1il  Atreya, Therese Encrenaz, Nikolai Ignatiev and Marco Gluranna
in Science, Vol. 306, pages 1758-1761; October 28, 2004.


A Sensitive Search for SO2; In the Martian Atmosphere; Implications
for Seepage and Origin of Methane, Vladimir A. Krasnopolsky in lcarus,
Vol. 178, No.2, pages 487-492; November 2005.


Episodlc Outgassing as the Origln of Atmospheric Methane on Titan.
Gabriel Tabie, Jonathan I. Lunine and Christophe Satin in Nature,
Val. 440, pages 61-64; March 2, 2006.


Titan’s Methane Cycle. Sushil K. Atreya, Elena Y. Adams, Hasso B.
Niemann, Jaime E. Demick·Montelara.Tobias C. Owen, Marcello
Fulchignoni, Francesca Ferri and Eric H. Wilson in Planetary and Space
Science, Vol. 54, N0.12, pages 1177—1187; October 2006.


Methane and Related Trace Species an Mars: Origln, Loss,
Implications for Llfe, and Habitability. Sushil K. Atreya, Paul R.
Mahaffy and Ah-San Wong in Planetary and Space Science, Vol. 55,
No. 3, pages 358—369; February 2007.


Sushii K. Atreya’s Web page: 
www.umitch.edu/~atreya

 

(*) THE MYSTRY OF METHANE ON MARS & TITAN

(**) In the Air

(***) Split by Sunlight

(****)Overview/ Methane                                                          

(*****) SNAPSHOTS FROM TITAN AND MARS

(******)Smoke the Waters

(*******) METHANE ON MARS

(********)A Titanic Ocean 

(*********)METHANE ON TITAN

(**********)NASA’s NEXT ROVER

(***********)Organic Food

                                                             

(1)Mars Express orbiter

(2)انظر: by Tobias Owen; Scientific American, February 1982″طTitan”

(3)انظر: by Ken C. Macdonald – Bruce P. Lugendyle; “زThe Crest of The East Pacific Rise”

 .Scientific American, May 1981

(4) NASA’s Mars Science Laboratory (MSL) rover

(5)chirality

تسوق لمجلتك المفضلة بأمان

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

For security, use of Google's reCAPTCHA service is required which is subject to the Google Privacy Policy and Terms of Use.

I agree to these terms.

شاهد أيضاً
إغلاق
زر الذهاب إلى الأعلى