نتايج جديد مأموريت كاسيني نشان مي دهد كه هيدروژن و اَسِتيلن بر سطح تيتان، قمر زحل، تَه مي‌كشند و به اتمام مي رسد (مطلب «حيايت تيتانيِ متاني!» را در نجوم شماره‌ي 198، ص12 بخوانيد). البته اين نتايج هنوز ابتدايي‌اند و به ويژه كاهش هيدروژن نتيجه‌ي محاسبات رايانه اي است و نه اندازه‌گيري و رصد مستقيم. هرچند اين يافته ها براي اختر زيست‌شناسان جذّاب است. هيتر اسميت و من (كريس مكِ كي، اختر زيست‌شناس مركز تحقيقات اِيمز ناسا) در مقاله‌اي، كه 5 سال پيش منتشر كرديم، صحبت از حيات بر پايه‌ي متان- به جاي حيات بر پايه‌ي آب- به ميان آورديم؛ يعني موجودات «متان‌خور» بر تيتان كه ممكن است هيدروژن، استيلن، و اِتان مصرف كنند. نتيجه‌ي كليدي آن مقاله (آخرين جمله‌ي چكيده‌ي مقاله) چنين بود: «نتايج جديد كاوش‌گر هويگنس شايد دلالت بر وجود چنين حياتي داشته باشد، اگر تَه‌كشيدن غيرعادي استيلن و اتان و هيدروژن را بر سطح تيتان نشان دهد».
حالا ظاهراً شواهدي از ته‌كشيدن هر سه‌ي آنها بر تيتان پيدا شده است. گروهي به رهبري راجر كلارك، از مركز پژوهش‌هاي زمين‌شناختي گروه كاسيني در دِنوِر آمريكا، داده هاي طيف‌سنج نقشه‌بردار مرئي و فروسرخ كاسيني را بررسي كردند و ته‌كشيدن استيلن در سطح تيتان را گزارش كردند. دانشمندان، پيش‌تر انتظار داشتند كه طي واكنش نور خورشيد با مواد شيميايي موجود در جوّ تيتان، استيلني توليد شود كه بر سطح اين قمر ببارد. اما كاسيني هيچ نشاني از استيلن بر سطح تيتان نيافت.
گروهي ديگر به رهبري دَرِل استروبِل، دانشمند ميان‌رشته‌اي در گروه كاسيني از دانشگاه جان هاپكينز در بالتيمور، كه لايه‌هاي بالايي جوّ زحل و تيتان را بررسي مي كردند، با تحليل داده‌هاي طيف‌سنج مركب فروسرخ و طيف‌سنج يوني و خنثاي كاسيني، تمركزهايي نامساوي از هيدروژن در بخش‌هاي مختلف جوّ و سطح يافتند كه منجر به بارش هيدروژن بر سطح مي شود. البته اين هيدروژن، هنگام رسيدن به سطح ناپديد مي شود. البته اين يافته هاي جديد درباره‌ي هيدروژن، ممكن است با شرايط تولد حيات عجيب و غريب متان‌خور مرتبط باشد، اما وجود آنها را به طور قطع اثبات نمي كند. هنوز راه درازي تا «شواهدي از حيات» در پيش داريم، هرچند كه اين يافته‌ها بسيار جذّاب‌اند.
دانشمندان پيش‌تر، حدود 6 سال پيش، اعلام كرده بودند كه هيدروكربن‌هاي مايع روي تيتان مي‌توانند پايه‌ي حيات باشند و همان نقشي را داشته باشند كه آب براي حيات روي زمين دارد. به باور آنها، از بسياري جهات، حلاّل‌هاي هيدروكربن براي ايجاد واكنش‌پذيري شيميايي پيچيده‌ي آلي بهتر از آب‌اند. همچنين آنها معتقد بودند كه H2 (هيدروژن) روي تيتان همان نقش O2 (اكسيژن) روي زمين را دارد. روي زمين، موجودات زنده (مانند انسان) اكسيژن را با مواد آلي وارد واكنش مي كنند و براي عملكردهاي حياتي خود انرژي مي گيرند. روي تيتان، هم شايد موجودات زنده اي باشند كه هيدروژن را با مواد آلي وارد واكنش كنند و انرژي بدست آورند. محصول زايد سوخت‌وساز O2 روي زمين CO2 (دي‌اكسيدكربن) و O2H (آب) است و روي تيتان، محصول زايد سوخت‌وساز H2 مي‌تواند CH4 (متان) باشد. و حالا فضاپيماي كاسيني شواهد فراواني از حضور CH4، حتي به صورت مايع، بر تيتان يافته است.
اين مشابه تجربه‌ي ما روي زمين است. قطعه‌اي شكلات را درون ظرفي پُر از هوا فرض كنيد. اگر اجزاي سازنده‌ي شكلات با اكسيژن موجود در هوا واكنش انجام بدهند، انرژي آزاد مي كنند اما چنين واكنشي در شرايط عادي رخ نمي دهد. سه راه براي رخ دادن واكنش وجود دارد: تا دماهاي بالا شكلات را حرارت بدهيم، آن را در معرض كاتاليزور فلزي مناسبي قرار دهيم تا واكنش را به راه بيندازد، يا آن را بخوريم تا كاتاليزورهاي زيستي موجب واكنش شوند! زيست‌شناسي در محيطي غني از انرژي شيميايي كامياب مي شود اما براي آزاد شدن انرژي شيميايي به كاتاليزور نياز است. شرايط روي تيتان هم چنين است.
من و اسميت پيش‌بيني كرده بوديم كه اگر حياتي روي تيتان وجود داشته باشد كه در متان مايع زندگي كند، بايد در سرتاسر سطح قمر پراكنده باشد، زيرا متان مايع بر سرتاسر سطح تيتان پراكنده است. شواهد مستقيمي داريم كه سطح تيتان در محلّ فرود هويگنس، نزديك استوا، مرطوب از متان مايع بوده است. تصويربرداري هاي راداري و فروسرخ كاسيني هم درياچه‌هاي قطبي را در شمال و جنوب تيتان آشكار كرده است. حيات متان‌خور براي زندگي، محيط هاي مناسب بسياري دارد.
باز هم شبيه زمين است. حيات در سرتاسر زمين پراكنده است، زيرا به آب وابسته است و آب هم در سرتاسر زمين پراكنده است. همچنين، اين حياتِ جهان‌گستر بر محيط هم اثري عميق دارد. مثلاً هر بهار ميزان CO2 جوّ كاهش مي يابد، چون گياهان از آن براي توليد برگ استفاده مي كنند؛ و هر پاييز، با تجزيه شدن برگ ها، ميزان CO2 افزايش مي يابد. اصطلاحاً مي گوييم زمين نفس مي كشد: دم در بهار و بازدم در پاييز! حياتِ جهان‌گستر اثرات مشاهده‌پذيري دارد.
من و اسميت، با تعميم اين منطق به تيتان، پيش‌بيني كرديم كه حيات تيتاني در سطح اين قمر هيدروژنِ نزديك به سطح را مصرف مي كند و شايد اين فرآيند، قابل آشكارسازي باشد. مصرف هيدروژن به اين سبب مهم است كه تمام مدل هاي شيميايي پيشنهاد شده براي روش هاي كسب انرژي حيات از محيط روي تيتان شامل مصرف هيدروژن هم مي شود. البته اين نوع حيات ممكن است استيلن، اتان، و مواد آلي جامد را هم مصرف كند. استيلن، بيشترين انرژي را توليد مي كند، اما بازده انرژي هر سه آن‌قدر هست كه ريزموجودات زنده‌ي تيتاني زنده بمانند.
نكاتي درباره‌ي حيات وابسته به متان مايع روي تتيان
نخست، با اينكه اين نوع حيات توليدكننده‌ي متان است منبع عمده‌ي متان نيست بلكه صرفاً تبديل‌كننده‌ي كربن به متان است و در واقع عمل نورشيمي (فوتوشيمي) حاصل از نور خورشيد در جوّ بالايي را معكوس مي كند. بنابراين، پايداري متان بر تيتان طي عمر، اين كره را توجيه نمي كند.
دوم، پيش‌بيني هر اثر ايزوتوپي اين نوع از حيات بر كربن ناممكن است. روي زمين، موجودات متان‌خور از تركيب آب و دي‌اكسيدكربن، يا از مواد آلي مشتق از دي‌اکسيد كربن متان مي‌سازند. واكنش شيميايي چنين است:
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O
و بنابراين، متان‌خورها روي زمين منبع عمده‌ي متان در دنياي دي‌اكسيد كربن‌اند. آنزيم‌هايي كه اين واكنش‌ها را تسهيل مي‌كنند متان را با نسبت ايزوتوپي بالاي 12C نسبت به حدود 5 درصدِ 13C توليد مي كنند.
روي تيتان، پيش‌بيني شده بود كه متان‌خورها متان را ازطريق واكنش زير توليد مي كنند:
H2C2 + 3H2= 2CH4
روشن است كه اين منبع خالص متان نيست: در واقع صرفاً به بازيافت متان مي‌پردازد و به اين‌ ترتيب تجزيه‌ي شيميايي متان بر اثر تابش را خنثا مي‌كند و دليلي وجود ندارد كه انتظار داشته باشيم اين متانِ حاصل از اين واكنش‌ها دچار تغيير ايزوتوپي شود. روي زمين هم، حيات پيوند قويِ ميان اتم‌هاي نيتروژن را در مولكول N2 مي‌شكند، بدون اينكه اثر ايزوتوپي روشني برجاي بگذارد. پس، حالت ايزوتوپي كربن روي تيتان احتمالاً ربطي به حضور متان‌خورهاي تيتاني ندارد.
داده‌هايي كه نشان مي دهند ميزان اتان روي تيتان كمتر از حدّ انتظار است، تأييد شده‌اند. مدل‌هاي نور شيميايي پيش‌بيني كرده اند كه تيتان بايد لايه‌اي از اتان داشته باشد به حدّي‌ كه براي پوشاندن سطح قمر با لايه‌اي به ضخامت چند متر كافي‌ست اما كاسيني چنين لايه‌اي را نيافت. نتايج جديد هم كه نبود استيلن را نشان دادند؛ با وجودي ‌كه توليدش در جوّ تيتان و رسوب بعدي آن در سطح، از قبل پيش‌بيني شده بود. همچنين در گازهاي رها شده از سطح تيتان پس از فرود كاوش‌گر هويگنس نيز هيچ ردي از استيلن يافت نشد. بنابراين شواهد اين كه اتان و استيلن از ميزان پيش‌بيني شده كمترند بي‌چون‌وچرا روشن است.
به سبب تازه‌ترين گزارش‌ها مبني بر جريان يافتن هيدروژن از جوّ به سوي سطح تيتان، تهي شدن تيتان از اتان و استيلن از منظر زيست اخترشناسي هم مهم شده است. اين كليدي است كه نشان مي‌دهد اين تهي‌شدگي نه فقط به سبب نبود توليد، بلكه به سبب برخي واكنش هاي شيميايي در سطح رخ مي دهد.
البته استروبل جريان يافتن هيدروژن از جوّ به سطح تيتان را مستقيم رصد نكرده، بلكه اين نتيجه‌گيري حاصل شبيه‌سازي رايانه‌اي است كه به منظور اندازه‌گيري تراكم هيدروژن در لايه‌هاي پاييني و بالايي جوّ تيتان انجام شده بود. فعلاً بر اساس نتايج استروبل روشن نيست كه اين نتيجه‌گيري درباره‌ي جريان هيدروژن چقدر مبتني بر روش رايانه و چقدر مبتني بر دقت رايانه در شبيه‌سازي شيميِ تيتان است.
در نتيجه‌گيري‌ها، چهار احتمال درباره‌ي يافته‌هاي گزارش شده ارايه شده است كه بر اساس نزديك ‌بودن‌شان به واقعيت مرتب شده‌اند:
- اعلام وجود جرياني از هيدروژن به سوي سطح، اشتباه بوده است. جالب است كه ببينيم آيا ديگر پژوهش‌گران هم، در تلاش براي رسيدن به نتايج استروبل، به همين نتيجه‌گيري مي‌رسند يا خير.
- فرآيندي فيزيكي وجود دارد كه هيدروژن را از جوّ بالايي به جوّ پائيني منتقل مي كند. يك احتمال جذب سطحي به ذرات جامد و آلي غبار جوّي است كه سرانجام بر سطح مي بارند. هرچند، اين فقط جرياني از هيدروژن است و نه از دست رفتن هيدروژن.
- اگر ازدست رفتن هيدروژن بر سطح درست باشد، براي ارايه‌ي توضيحي غيرزيستي نيازمند نوعي كاتاليزور سطحيِ فعلاً ناشناخته هستيم كه واكنش تبديل به هيدروژن (هيدروژناسيون) را در دماي 95كلوين- دماي سطح تيتان- تسهيل كند. اين يافته‌اي بسيار جذّاب و تكان‌دهنده خواهد بود؛ البته نه به تكان‌دهندگي يافتن حيات.
- تَه كشيدن هيدروژن، استيلن، و اتان به سبب وجود نوعي از حيات بر پايه‌ي متان مايع است كه پيش‌تر هم وجودش پيش‌بيني شده بود.
منبع:نشريه نجوم- ش 200