درخشش سطحی قمر اروپا از رازهای آن پرده برمی‌دارد

اگر همه‌چیز طبق برنامه پیش برود، کاوشگر اروپا کلیپر ناسا در سال ۲۰۲۴ پرتاب خواهد شد. هدف این کاوشگر بررسی قابلیت حیات در اروپا، قمر یخی سیاره‌ی مشتری است. مشکل بزرگ این مأموریت وجود آب مایع زیر سطح یخی قمر است. در بهترین حالت، می‌توان امیدوار بود که شواهدی از ترکیب مواد یخی یا آبفشان‌های احتمالی به‌دست خواهند آمد. درنتیجه، سنجش از‌راه‌‌دور به یکی از گزینه‌های حیاتی این مأموریت تبدیل می‌شود. برای این منظور، دانشمندان ناسا رفتار یخ در محیط‌ پرتشعشع اطراف مشتری را بررسی کردند. آن‌ها متوجه شدند یخ سطح قمر اروپا در تاریکی می‌درخشد و این درخشش می‌تواند اطلاعات مفیدی را درباره‌ی ترکیب یخ‌های آن بدهد.

درخشش سطحی

مکانیزم درخشش یخ‌های اروپا را می‌توان تا حدودی به پوستر نور سیاه (Black Light) تشبیه کرد. نور خارج از امواج طیف مرئی مولکول‌ها را برانگیخته می‌کند و سپس انرژی این مولکول‌ها در طیف مرئی منتشر می‌شود. درباره‌ی قمر اروپا، انرژی برانگیختگی از نور سرچشمه نمی‌گیرد؛ بلکه میدان‌های مغناطیسی مشتری به‌صورت غیرمستقیم آن را تأمین می‌کنند. این میدان‌ها ذرات باردار سیاره یا یکی از قمر‌های آن را جذب می‌کنند و سرعت آن‌ها را افزایش می‌دهند. بخش زیادی از مواد موجود در مناطق پرتشعشع مشتری به‌دلیل فعالیت‌های آتشفشانی در قمرهایی مثل آیو به داخل فضا دفع می‌شوند.

برخی از ذرات باردار با قمرهای مشتری برخورد می‌کنند و به انباشته‌‌شدن انرژی در مواد سطحی منجر می‌شوند. بخشی از این انرژی به شکل فوتون منتشر می‌شود؛ اما پرسش این است: انرژی فوتون‌ها از چه نوعی است و چگونه می‌توان آن را آشکار کرد؟ مورتی گودیپاتی و برایانا هندرسون، از ناسا، همراه‌با فرد بتمن، از مؤسسه‌ی ملی استاندارد و فناوری، گرد‌هم آمدند و برای پاسخ به پرسش‌های یادشده آزمایش‌هایی انجام دادند: دمای یخ را تا منفی ۱۷۳ درجه‌ی سانتی‌گراد کاهش دادند و آن را با الکترون بمباران کردند. سپس ترکیب‌های مختلف نمک را منجمد و  تغییرات آن را بررسی کردند.

طول‌موج‌های بسیار

گودیپاتی و همکاران با استفاده از نمونه‌ای آبی در شرایط طیفی خاص متوجه درخشش یخ در تاریکی در طول‌موج‌های مرئی شدند. درخشش با توقف پرتودهی کاهش و با افزایش انرژی پرتودهی الکترونی شدت یافت. درمقابل، محلول‌های نمکی مانع از چنین درخششی شدند؛ اما این تداخل به‌صورت یکسان نبود. برای مثال، سدیم سولفات باعث افت سمت آبی طیف و در افزایش سمت قرمز آن شد. درحالی‌که سدیم کلراید باعث افت کلی طیف شد، سدیم کربنات فقط طیف نزدیک به مادون قرمز را نشان داد. استثنای بزرگ منیزیم سولفات بود که بخش زیادی از طیف به‌ویژه در منطقه‌ی سبز به قرمز را پوشش داد.

قرائت نور

تفاوت بین محلول‌های نمکی نشان‌‌دهنده‌ی وجود ناخالصی‌هایی در ترکیبی یخ اروپا و اقیانوس زیر سطح آن است. پژوهشگران در مرحله‌ی اول، تصاویر تلسکوپ‌های زمینی از بخش تاریک اروپا  را بررسی کردند. متأسفانه این تصاویر با درخشش پرتوهایی همراه هستند که به گازهای رقیق اطراف قمر اروپا برخورد کردند و این یکی از مشکلات عکس‌برداری از زمین است؛ اما این پرتوها برای کاوشگر آینده‌ی اروپا کلیپر مشکل‌ساز نخواهند شد؛ زیرا این کاوشگر از میان منبع پرتوها و سطح اروپا عبور خواهد کرد.

درنتیجه هر سه دانشمند اطلاعات لازم را درباره‌ی ابزار موردنیاز اروپا کلیپر جمع‌آوری کردند و پرتوهای دریافتی کلیپر از سطح تاریک اروپا را تخمین زدند. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که دوربین زاویه‌ی واید بهترین گزینه برای این مأموریت خواهد بود. با اینکه وضوح دوربین نسبتا کم است (دوربین باید بین ترکیب‌ها و چشم‌اندازهای سطحی ارتباط برقرار کند)، کلیپر می‌تواند نور بیشتری در هر پیکسل جمع‌آوری کند. پژوهشگران مقدار نور تولیدشده‌ی قمر اروپا را باتوجه‌به قدرت پرتوهای محیطی و تعداد تخمینی فوتون‌های دریافتی دوربین محاسبه کردند.

این مأموریت با مشکلات زیادی همراه است. برای مثال، شماری از فیلترهای دوربین باعث می‌شوند برخی طول‌موج‌ها با یکدیگر ادغام شوند. مشکل دیگر این است که یخ نمونه‌های آزمایش از آب خالص و نمک تشکیل شدند؛ درحالی‌که اروپای واقعی از مجموعه‌ی مواد زیستی تشکیل شده است.

سولفور و اکسیژن و هیدروژن

الکترون‌ها فقط پرتوهای برخوردی به یخ نیستند و مواد مختلفی ازجمله یون‌های سولفور و اکسیژن و هیدروژن در میدان مغناطیسی مشتری جابه‌جا می‌شوند. این یون‌ها هم به شیوه‌های مختلف بر یخ‌های اروپا تأثیر می‌گذارند. باتوجه‌به پرتاب اروپا کلیپر در چند سال آینده، زمان زیادی برای تحلیل و بررسی داده‌های فوق باقی مانده است و می‌توان داده‌ها را دقیق‌تر بررسی کرد.