Jääkaaslastel (nt Europa, Enceladus) asuvad ookeanid ja biosignatuuride otsing
Uus lähenemine elamiskõlblikkusele
Kümneid aastaid on planetoloogid otsinud elu toetavaid tingimusi peamiselt Maataoliste kivistel pindadel, eeldades, et see toimub nn „eluvööndis“, kus võib esineda vedelat vett. Kuid viimased avastused näitavad, et jääkaaslastel võib olla sisemisi ookeane, mida toetavad tõmbejõust tingitud soojusallikad või radioaktiivsed ained ning kus vedel vesi asub paksu jääkihina all – ilma Päikese kiirguseta. See laiendab meie arusaama, kus elu võib õitseda: alates Päikese lähedal asuvast (Maa) kuni kaugete, külmade, kuid sobiva energia ja stabiilsuse tingimustega hiidplaneetide piirkondadeni.
Kõigist näidetest paistavad Europa (Jupiteri kaaslane) ja Enceladus (Saturni kaaslane) eriti eredalt silma: mõlemal on usaldusväärseid tõendeid soolaste jääaluste ookeanide olemasolu kohta, võimaliku keemilise või hüdrotermilise energiaallika ning võimalike toiteallikate kohta. Nende, samuti Titani ja Ganymedese uurimisel on näha, et elamiskõlblikkus võib eksisteerida erinevates vormides ega piirdu tingimata traditsiooniliselt mõistetavate pindmiste kihtidega. Allpool vaatleme, kuidas sellised keskkonnad avastati, millised tingimused võivad elu toetada ja kuidas tulevased missioonid plaanivad otsida biosignatuure.
2. Europa: ookean jääpinna all
2.1 Geoloogilised vihjed „Voyageri“ ja „Galileo“ andmetest
Europa, mis on veidi väiksem kui Kuu, Maa kaaslane, omab heledat veejääga kaetud pinda, mida lõikavad tumedad lineaarstruktuurid (praod, mäekurud, kaootilised alad). Esimesed vihjed leiti „Voyageri“ fotodel (1979), detailsemad „Galileo“ andmed (1990ndad) näitasid noort, geoloogiliselt aktiivset pinda väheste kraatritega. See viitab sellele, et sisemine soojus või tõmbejõud uuendab pidevalt kooriku pinda ning jääkihist allpool võib eksisteerida ookean, mis hoiab ühtlast ja „kaootilist“ jääd.
2.2 Tõusu-kõigu soojus ja jääalune ookean
Europa liigub Laplace'i resonantsis koos Io ja Ganymedega, mistõttu tõusu-kõigu efektid iga orbiidiga painutavad Europat. See hõõrdumine tekitab soojust, mis takistab ookeanil külmuda. Mudelid ennustavad:
- Jääkatte paksus: mõnest kilomeetrist kuni ~20 km-ni, tavaliselt mainitakse ~10–15 km.
- Vedela vee sügavus: 60–150 km, seega võib Euroopas olla rohkem vett kui kõigis Maa ookeanides kokku.
- Soolasus: tõenäoliselt on ookean soolane, sisaldades kloriide (NaCl) või magneesiumsulfaate, mida näitavad spektraalanalüüs ja geokeemilised arvutused.
Tõusu-kõigu soojus hoiab ookeani külmumast, jääkate isoleerib ja aitab hoida vedelat kihti allosas.
2.3 Elu olemasolu võimalused
Eluks, nagu me seda mõistame, on kõige olulisem vedel vesi, energiaallikas ja põhikeemilised elemendid. Euroopas:
- Energia: tõusu-kõigu soojus ja võib-olla hüdrotermilised allikad põhjas, kui kivimantli aktiivsus on olemas.
- Keemia: pinnajää kiirgusest tekkinud oksüdeerijad võivad tungida ookeani pragude kaudu ja võimaldada oksüdatsiooni-redutseerimise reaktsioone. Võivad esineda ka soolad ja orgaanilised ühendid.
- Biosignatuurid: nende otsing hõlmab orgaaniliste molekulide leidmist pinnalt paisatud materjalist või isegi ookeani keemilisi jälgi (nt tasakaalutused, mis viitavad elutegevusele).
2.4 Missioonid ja tulevased uuringud
NASA missioon „Europa Clipper“ (plaanitud start 2020. aastate keskel) teeb mitu lähenemist, uurib jääkatte paksust, keemilist koostist ja otsib võimalikke geisreid või pinnakoostise anomaaliaid. Pakutav maandur võiks võtta proove pinnalt. Kui jääpraod või geisrid toovad ookeanist materjali pinnale, võiks selline analüüs paljastada mikroobsete eluvormide jälgi või keerukaid orgaanilisi ühendeid.
3. Enceladus: geisrite kuu ümber Saturni
3.1 „Cassini“ avastused
Enceladus, Saturni väike (~500 km läbimõõduga) kaaslane, oli ootamatu üllatus, kui „Cassini“ sond (alates 2005. aastast) avastas veeauru, jääosakeste ja orgaanika geisreid, mis kerkivad lõunapooluse piirkonnast (nn „tiigri triibud"). See viitab sellele, et selle ala all õhukese jääkihina on vedel vesi.
3.2 Ookeani omadused
"Cassini" massispektromeetri andmed näitasid:
- Soolane vesi geisrite osakestes, NaCl ja teiste sooladega.
- Orgaanilised ühendid, sealhulgas keerukad süsivesinikud, mis tugevdavad varajase keemilise evolutsiooni võimalust.
- Termilised anomaaliad: tõusutermiline soojus, mis on koondunud lõunasse, toetades vähemalt piirkondlikku jäätunud ookeani.
Andmed näitavad, et Enceladusel võib olla globaalne ookean, mida katab 5–35 km jää, kuigi paksus võib erinevates kohtades varieeruda. On vihjeid, et vesi suhtleb kivise tuumaga, mis võib tekitada hüdrotermilisi energiaallikaid.
3.3 Eluvõimaluste potentsiaal
Enceladus omab suurt eluvõimaluste potentsiaali:
- Energia: tõusutermiline soojus pluss võimalikud hüdrotermilised allikad.
- Vesi: kinnitatud soolane ookean.
- Keemia: orgaaniliste ühendite olemasolu geisrites, erinevad soolad.
- Juurdepääsetavus: aktiivsed geisrid paiskavad vett kosmosesse, nii et sondid saavad proove otse koguda, jää puurimine pole vajalik.
Pakutavad missioonid võiksid hõlmata orbiidil või maandumissiooni, mis on mõeldud geisrite osakeste detailseks analüüsiks – keerukate orgaaniliste ühendite või isotoopide otsimiseks, mis võivad viidata biokeemilistele protsessidele.
4. Teised jäised kaaslased ja kehad võimalike jäätunud ookeanidega
4.1 Ganymedes
Ganymedes, Jupiteri suurim kaaslane, võib omada kihilist sisemist struktuuri koos võimaliku veekihiga. "Galileo" magnetvälja andmed näitavad juhtivat (tõenäoliselt soolase vee) kihti pinna all. Arvatakse, et see ookean võib olla surutud mitme jääkihiga vahele. Kuigi Ganymedes on Jupiterist kaugemal, on tõusutermiline soojus seal väiksem, kuid radioaktiivne ja järelejäänud soojusenergia allikas võib säilitada osaliselt vedela kihi.
4.2 Titan
Saturni suurim kaaslane Titan omab tihedat lämmastiku atmosfääri, metaani/etaan järvi pinnal ja võib-olla jäätunud vee/ammoniaagi ookeani all. "Cassini" andmed näitavad gravitatsioonilisi kõrvalekaldeid, mis sobivad vedela kihiga sügaval sees. Kuigi pinnal olevad vedelikud koosnevad peamiselt süsivesinikest, on Titani sisemine ookean (kui see kinnitatakse) tõenäoliselt vee baasil, mis võiks olla veel üks elu keskkond.
4.3 Triton, Pluuto ja teised
Tritonas (Neptūno kaaslane, tõenäoliselt Kuiperi vööst „ära röövitud") võis säilitada jäätunud ookeani pärast röövimisest tingitud tõusu soojenemist. Pluuto (mida uuris "New Horizons") võib samuti omada osaliselt vedelat sisemust. Paljud transneptuunilised objektid (TNO) võivad omada lühiajalisi või külmunud ookeane, kuigi seda on raske otseselt kinnitada. Seega ei pruugi vesi peituda ainult Marsi orbiidi lähedal: ka kaugemates piirkondades võivad eksisteerida veekihid ja potentsiaalsed elu inkubaatorid.
5. Biosignatuuride otsing
5.1 Eluindikaatorite näited
Võimalikud elu tunnused jääookeanides võivad olla:
- Keemiline tasakaalutus: nt omavahel sobimatute oksüdeerijate ja redutseerijate kontsentratsioon, mida on raske seletada mittebioloogiliste protsessidega.
- Komplekssed orgaanilised ühendid: aminohapped, lipiidid või polümeersed ühendid, mis paiskuvad geisrites või pinnase jääs.
- Isotoopide suhted: süsiniku või väävli isotoopide koostis, mis erineb abiootilistest fraktsioneerimismustritest.
Kuna need ookeanid asuvad mitme või isegi mitmekümne kilomeetri jää all, on nende proovide otsene saamine keeruline. Kuid Enceladuse geisrid või võib-olla Euroopa pursked võimaldavad ookeani sisu uurida otse kosmoses. Tulevased seadmed võiksid tuvastada isegi väikeseid orgaanika, rakkude struktuuride või isotoopsete jälgede koguseid.
5.2 Otseste uurimismissioonide ja puurimisideede kavandamine
Planeeritud projektid, nagu „Europa Lander“ või „Enceladus Lander“, pakuvad puurida vähemalt paar sentimeetrit või meetrit värskesse jäässe või koguda geisritest paiskuvat materjali arenenud seadmetega (nt gaasikromatograafia-massispektromeetria seadmed, mikroskoobitasemel pildistamine). Hoolimata tehnoloogilistest väljakutsetest (saastumise oht, radioaktiivne keskkond, piiratud energiaallikas) võiksid sellised missioonid otsustavalt kinnitada või ümber lükata mikroobse elu olemasolu.
6. Jääookeanimaailmade üldine roll
6.1 "Elualade" mõiste areng
Tavaliselt tähendab elualad piirkonda tähe ümber, kus kiviplaneedi pinnal võib tekkida vedel vesi. Kuid sisemiste ookeanide avastamisel, mida toetab tõusu- või radioaktiivne soojus, näeme, et elamiskõlblikkus ei sõltu tingimata otseselt tähe soojusest. Seetõttu võivad hiidplaneetide kaaslased – isegi kaugel "klassikalisest elualast" – omada eluliselt tähtsaid tingimusi. See tähendab, et eksoplaneetide süsteemides välispiirkondades tiirlevate kaaslaste elamiskõlblikkus on samuti reaalne võimalus.
6.2 Astrobioloogia ja elu päritolu
Nende ookeanimaailmade uurimine valgustab alternatiivseid evolutsiooniteid. Kui elu võib tekkida või püsida jää all ilma Päikesevalguseta, tähendab see, et elu levik universumis võib olla palju laiem. Maa ookeani sügavustes hüdrotermiliste allikate juures nähakse sageli võimalust, et siin võisid tekkida esimesed elusorganismid; sarnased tingimused Euroopa või Enceladuse merepõhjas võiksid luua keemilisi gradiiente elule.
6.3 Tulevaste uuringute tähtsus
Kui õnnestuks leida ilmseid elusignatuure jääkuul, oleks see suur teaduslik läbimurre, mis näitaks „teist elu päritolu“ meie Päikesesüsteemis. See muudaks meie arusaama elu levikust kosmoses ja soodustaks sihipärasemaid eksokuude otsinguid kaugemates tähtsüsteemides. Sellised missioonid nagu NASA „Europa Clipper“, kavandatavad Enceladuse orbiiterid või arenenud puurimistehnoloogiad on selle astrobioloogia läbimurde jaoks olulised etapid.
7. Kokkuvõte
Veealused ookeanid jääkuudel, nt Europal ja Enceladusel, on üks perspektiivikamaid elamiskõlblikkuse kohti väljaspool Maad. Tõusu soojus, geoloogilised protsessid ja võimalikud hüdrotermilised süsteemid viitavad, et isegi Päikesest kaugel võivad need peidetud ookeanid mahutada mikroobseid ökosüsteeme. Veel mõned kehad – Ganymedes, Titan, võib-olla Triton või Pluuto – võivad samuti omada sarnaseid kihte, igaüks oma keemia ja geoloogiaga.
Elusignatuuride otsing nendes paikades põhineb eektoosi (purskuva materjali) uurimisel või tulevikus sügavate proovide võtmisega. Igasugune elu (või vähemalt arenenud keemilise süsteemi) avastus siin põhjustaks teadusrevolutsiooni, paljastades „teise“ elu päritolu samas Päikesesüsteemis. See võimaldaks laiendada arusaama, kui laialdaselt võib elu universumis eksisteerida ja millised võivad olla selle tingimused. Uurimiste jätkudes laieneb arusaam, et „elamiskõlblikkus“ on võimalik ainult traditsioonilises pinnalises kontekstis lähimas tähe tsoonis – kinnitades, et universum võib peita elu elupaiku ootamatutes ja kaugetes paikades.
Viited ja edasine lugemine
- Kivelson, M. G., jt (2000). „Galileo magnetomeetri mõõtmised: tugevam tõend Euroopa allpool oleva ookeani olemasolu kohta.“ Science, 289, 1340–1343.
- Porco, C. C., jt (2006). „Cassini jälgib Enceladuse aktiivset lõunapoolust.“ Science, 311, 1393–1401.
- Spohn, T., & Schubert, G. (2003). „Ookeanid Jupiteri jäälistel Galilei kuudel?“ Icarus, 161, 456–467.
- Parkinson, C. D., jt (2007). „Enceladus: Cassini vaatlused ja elu otsimise tagajärjed.“ Astrobiology, 7, 252–274.
- Hand, K. P., & Chyba, C. F. (2007). „Empiirilised piirangud Euroopa ookeani soolsusele ja õhukese jääkoore tagajärjed.“ Icarus, 189, 424–438.