Podvodní oceány na měsících typu Měsíce (např. Europa, Enceladus) a hledání biosignatur
Nový přístup k obyvatelnosti
Desítky let planetologové hledali podmínky vhodné pro život především na pevné povrchy typu Země, s předpokladem, že se to děje v tzv. „obyvatelné zóně“, kde může existovat kapalná voda. Novější objevy však ukazují, že v ledových měsících mohou být vnitřní oceány udržované slapovými zdroji tepla nebo radioaktivními látkami, kde kapalná voda leží pod silnými ledovými vrstvami – bez přístupu slunečnímu záření. To rozšiřuje naše chápání, kde může život prosperovat: od blízkých Slunci (Země) až po vzdálené, chladné, ale energeticky a stabilně vhodné prostředí v oblastech obřích planet.
Ze všech příkladů vynikají Europa (měsíc Jupiteru) a Enceladus (měsíc Saturnu): oba mají spolehlivé důkazy o slaných podledových oceánech, možném zdroji chemické nebo hydrotermální energie a možných výživných zdrojích. Studium těchto, stejně jako Titanu či Ganymeda, ukazuje, že obyvatelnost může existovat v různých formách a nemusí být nutně jen v tradičně chápaných povrchových vrstvách. Níže shrnujeme, jak byly tyto prostředí objeveny, jaké mohou být podmínky pro život a jak budoucí mise plánují hledat biosignatury.
2. Europa: oceán pod ledovým povrchem
2.1 Geologické náznaky z „Voyageru“ a „Galilea“
Europa, o něco menší než Měsíc, má světlý povrch pokrytý vodním ledem, který je rozčleněn tmavými lineárními strukturami (trhliny, hřebeny, chaotické oblasti). První náznaky byly objeveny na snímcích „Voyageru“ (1979), podrobnější data z „Galilea“ (90. léta) ukázala mladý, geologicky aktivní povrch s málo krátery. To naznačuje, že vnitřní teplo nebo slapové síly neustále obnovují povrch kůry a pod ledovou vrstvou může existovat oceán, který udržuje hladký i „chaotický“ led.
2.2 Přílivové teplo a podledový oceán
Europa se pohybuje v Laplaceově rezonanci společně s Io a Ganymedem, takže přílivové efekty při každé orbitě ohýbají Europu. Toto tření generuje teplo, které brání zamrznutí oceánu. Modely předpokládají:
- Tloušťka ledové vrstvy: od několika do ~20 km, nejčastěji uváděno ~10–15 km.
- Hloubka tekuté vody: 60–150 km, takže na Europě by mohlo být více vody než ve všech oceánech Země dohromady.
- Slanost: pravděpodobně je oceán slaný, obsahující chloridy (NaCl) nebo sírany hořečnaté, což ukazují spektrální analýzy a geochemické výpočty.
Přílivové teplo chrání oceán před zamrznutím a ledová pokrývka izoluje a pomáhá udržet tekutou vrstvu dole.
2.3 Možnosti existence života
Pro život, jak ho chápeme, jsou nejdůležitější tekutá voda, zdroj energie a základní chemické prvky. Na Europě:
- Energie: přílivové teplo a možná hydrotermální prameny na dně, pokud je kamenná plášť aktivní.
- Chemie: oxidanty vytvářené radiací v povrchovém ledu mohou pronikat do oceánu skrze trhliny a umožňovat redoxní reakce. Mohou tam být také soli a organické sloučeniny.
- Biosignatury: možné hledání zahrnuje organické molekuly v uvolněných povrchových materiálech nebo dokonce chemické stopy oceánu (např. nerovnováhy naznačující životní reakce).
2.4 Mise a budoucí výzkum
Mise NASA „Europa Clipper“ (plánované spuštění v polovině roku 2020) provede několik průletů, bude zkoumat tloušťku ledové vrstvy, chemické složení a hledat možné gejzíry či anomálie povrchového složení. Navrhovaný přistávací modul (lander) by mohl odebrat vzorky z povrchu. Pokud praskliny v ledu nebo gejzíry přivádějí materiál z oceánu na povrch, taková analýza by mohla odhalit stopy mikrobního života nebo složitých organických sloučenin.
3. Enceladus: měsíc gejzírů obíhající Saturn
3.1 Objevy sondy „Cassini“
Enceladus, malý (~500 km v průměru) měsíc Saturnu, se stal nečekaným překvapením, když sonda „Cassini“ (od roku 2005) zachytila gejzíry vodní páry, ledových částic a organických látek vycházející z jižního pólu (tzv. „tygří pruhy“). To naznačuje, že pod tenkou vrstvou ledu se v této oblasti nachází tekutá voda.
3.2 Vlastnosti oceánu
Data z hmotnostního spektrometru Cassini odhalila:
- Slaná voda v částicích gejzírů, s NaCl a dalšími solemi.
- Organické sloučeniny, včetně složitých uhlovodíků, podporující možnost rané chemické evoluce.
- Teplotní anomálie: Slapové teplo koncentrované na jihu, udržující alespoň regionální podledový oceán.
Data naznačují, že Enceladus může mít globální oceán pokrytý 5–35 km ledem, i když tloušťka se může lišit na různých místech. Existují náznaky, že voda interaguje s kamenným jádrem, možná vytvářejícím hydrotermální zdroje energie.
3.3 Potenciál vhodnosti pro život
Enceladus má vysoký potenciál pro životaschopnost:
- Energie: slapové teplo plus možné hydrotermální zdroje.
- Voda: potvrzený slaný oceán.
- Chemie: přítomnost organických sloučenin v gejzírech, různé soli.
- Dostupnost: aktivní gejzíry vyvrhují vodu do vesmíru, takže sondy mohou přímo sbírat vzorky bez nutnosti vrtání ledu.
Navrhované mise by mohly zahrnovat orbitální nebo přistávací sondu pro detailní analýzu částic gejzírů – hledání složitých organických sloučenin nebo izotopů, které by mohly svědčit o biochemických procesech.
4. Další ledové měsíce a tělesa s možnými podledovými oceány
4.1 Ganymed
Ganymed, největší měsíc Jupitera, může mít vrstvenou vnitřní strukturu s možnou vodní vrstvou. Data z Galileo o magnetickém poli ukazují vodivou (pravděpodobně slanou vodní) vrstvu pod povrchem. Předpokládá se, že tento oceán může být uzavřen mezi několika ledovými vrstvami. I když je Ganymed dále od Jupitera, slapové teplo je tam menší, ale radioaktivní a zbytkové tepelné zdroje mohou udržovat částečně tekutou vrstvu.
4.2 Titan
Největší měsíc Saturnu Titan má hustou dusíkovou atmosféru, jezera metanu/etanu na povrchu a možná podledový oceán vody a amoniaku. Data z Cassini ukazují gravitační odchylky, které odpovídají tekuté vrstvě hluboko uvnitř. I když jsou povrchové kapaliny převážně uhlovodíky, vnitřní oceán Titanu (pokud je potvrzen) by pravděpodobně byl z vody, což by mohlo být další prostředí pro život.
4.3 Triton, Pluto a další
Triton (Neptūno měsíc, pravděpodobně „unesený" z Kuiperova pásu) mohl udržet podledový oceán díky slapovému ohřevu po zachycení. Pluto (zkoumaný sondou „New Horizons") může mít také částečně tekuté jádro. Mnoho transneptunických objektů (TNO) může mít krátkodobé nebo zmrzlé oceány, i když je to těžké přímo potvrdit. Takže voda nemusí být jen v oblasti Marsovy orbity: ve vzdálenějších oblastech mohou existovat vodní vrstvy a potenciální inkubátory života.
5. Hledání biosignatur
5.1 Příklady indikátorů života
Možné známky života v podledových oceánech mohou být:
- Chemická nerovnováha: Např. koncentrace neslučitelných oxidantů a reduktantů, obtížně vysvětlitelná nebiologickými procesy.
- Složité organické sloučeniny: Aminokyseliny, lipidy nebo polymerní sloučeniny vyvržené v gejzírech nebo v povrchovém ledu.
- Izotopové poměry: Složení uhlíkových nebo sírových izotopů, které se liší od abiotických frakcionačních modelů.
Protože tyto oceány leží pod několika nebo dokonce desítkami kilometrů ledu, je obtížné přímo získat jejich vzorky. Nicméně gejzíry Enceladu nebo možná výtrysky Europy umožňují zkoumat obsah oceánu přímo ve vesmíru. Budoucí přístroje by mohly detekovat i malé množství organiky, buněčných struktur nebo izotopových podpisů.
5.2 Mise přímého průzkumu a nápady na vrtání
Plánované projekty, jako „Europa Lander“ nebo „Enceladus Lander“, navrhují vyvrtat alespoň několik centimetrů či metrů do čerstvého ledu nebo odebrat materiál vyvržený gejzíry pomocí pokročilých přístrojů (např. plynový chromatograf s hmotnostní spektrometrií, mikroskopické zobrazování). Navzdory technologickým výzvám (riziko kontaminace, radiační prostředí, omezený zdroj energie) by takové mise mohly rozhodujícím způsobem potvrdit či vyvrátit existenci mikrobního života.
6. Obecná role světů podledových oceánů
6.1 Rozvoj konceptu „zóny života“
Obvykle zóny života znamenají oblast kolem hvězdy, kde se na povrchu skalnatých planet může vytvořit kapalná voda. Avšak objevením vnitřních oceánů, udržovaných přílivovým nebo radioaktivním teplem, vidíme, že obyvatelnost nemusí přímo záviset na teple hvězdy. Proto měsíce obřích planet – i daleko od „klasické zóny života“ – mohou mít životně důležité podmínky. To znamená, že obyvatelnost měsíců vnějších oblastí exoplanetárních systémů je také reálnou možností.
6.2 Astrobiologie a původ života
Studium těchto oceánských světů osvětluje alternativní evoluční cesty. Pokud může život vzniknout nebo přežít pod ledem, bez slunečního světla, znamená to, že jeho rozšíření ve vesmíru může být mnohem širší. V hlubinách pozemského oceánu u hydrotermálních pramenů se často vidí možnost, že zde mohly vzniknout první živé organismy; podobné podmínky na mořském dně Europy nebo Enceladu by mohly vytvořit chemické gradienty pro život.
"6.3 Význam budoucího výzkumu"
"Pokud by se podařilo najít jasné biosignatury v ledovém měsíci, byl by to obrovský vědecký průlom, ukazující „druhý původ života" v naší Sluneční soustavě. To by změnilo naše představy o rozšířenosti života ve vesmíru a podpořilo cílenější hledání exoměsíců v dalších hvězdných systémech. Mise jako NASA „Europa Clipper", navrhované orbitery Enceladu nebo pokročilé technologie vrtání jsou klíčovým krokem k tomuto astrobiologickému průlomu."
7. Závěr
"Podzemní oceány v ledových měsících, jako jsou Europa a Enceladus, jsou jedny z nejperspektivnějších míst s obyvatelností mimo Zemi. Přílivové teplo, geologické procesy a možné hydrotermální systémy naznačují, že i daleko od Slunce by tyto skryté oceány mohly hostit mikrobní ekosystémy. Několik dalších těles – Ganymedes, Titan, možná Triton nebo Pluto – také mohou mít podobné vrstvy, každá se svou vlastní chemií a geologií."
"Hledání biosignatur na těchto místech je založeno na studiu ejekt (vystřelených materiálů) nebo v budoucnu na odběru hlubinných vzorků. Jakýkoli objev života (nebo alespoň pokročilých chemických systémů) zde by způsobil vědeckou revoluci, odhalující „druhý" původ života ve stejné Sluneční soustavě. To by rozšířilo naše chápání, jak široce může život ve vesmíru existovat a jaké mohou být jeho podmínky. Pokračující výzkum neustále rozšiřuje pojem, že "obyvatelnost" je možná pouze v tradičním povrchovém kontextu v obyvatelné zóně nejbližší hvězdy – potvrzuje, že vesmír může skrývat životní prostředí na nečekaných a vzdálených místech."
Odkazy a další čtení
- Kivelson, M. G., et al. (2000). „Měření magnetometrem Galileo: Silnější důkaz pro podpovrchový oceán na Europě.“ Science, 289, 1340–1343.
- Porco, C. C., et al. (2006). „Cassini pozoruje aktivní jižní pól Enceladu.“ Science, 311, 1393–1401.
- Spohn, T., & Schubert, G. (2003). „Oceány v ledových galileovských měsících Jupitera?“ Icarus, 161, 456–467.
- Parkinson, C. D., et al. (2007). „Enceladus: pozorování Cassini a důsledky pro hledání života.“ Astrobiology, 7, 252–274.
- Hand, K. P., & Chyba, C. F. (2007). „Empirická omezení slanosti oceánu Europy a důsledky pro tenkou ledovou krustu.“ Icarus, 189, 424–438.