Hydrotermy Enceladu  
Ledový měsíc Saturnu Enceladus si pro zvědavé Pozemšťany přichystal nejedno překvapení. Zatím se zdá, jakoby byl pevně rozhodnut splnit planetárním geologům i astrobiologům vánoční přání na mnoho let dopředu. Svět o průměru pouhých 500 km nejenže hostí kapalný oceán ve svém nitru a jeho vodu marnotratně vystřikuje do kosmu v orgiích geologické aktivity, nýbrž se zřejmě honosí i něčím ještě nečekanějším – horkým kamenným jádrem. Co to znamená pro hledání mimozemského života?

 

Umělecká představa nitra Enceladu. Pod gejzíry tryskajícími z trhlin v ledovci se ukrývá polární oceán, jehož voda proniká do pórů skalnatého jádra, kde se ohřívá a v hydrotermálních vývěrech proudí zpět do moře. Chemické látky vzniklé na mořském dně se mohou s gejzíry dostat až do kosmického prostoru. Enceladus měří přibližně 500 km v průměru. Oceán leží na jeho jižní polokouli pod 20 - 30 km ledu a dosahuje mocnosti kolem 10 km.
Umělecká představa nitra Enceladu. Pod gejzíry tryskajícími z trhlin v ledovci se ukrývá polární oceán, jehož voda proniká do pórů skalnatého jádra, kde se ohřívá a v hydrotermálních vývěrech proudí zpět do moře. Chemické látky vzniklé na mořském dně se mohou s gejzíry dostat až do kosmického prostoru. Enceladus měří přibližně 500 km v průměru. Oceán leží na jeho jižní polokouli pod 20 - 30 km ledu a dosahuje mocnosti kolem 10 km.
Enceladus je malý ledový měsíc, jeden z mnoha obíhajících obří plynné planety. Jde o kosmického trpaslíka, který by podle všech měřítek měl být jen mrtvým balvanem ledu a kamene. Pozorování sondy Cassini (která k Saturnu dorazila roku 2004) jej ale katapultovala do elitního klubu geologicky nejaktivnějších světů Sluneční soustavy. Probíhá zde aktivní geologická činnost (kterou jsme zatím prokazatelně nalezli jen na Zemi, Io a Tritonu, a zřejmě i na Venuši a Europě, tedy tělesech mnohonásobně větších). Mocné síly taví led uvnitř měsíčku do podoby moře či malého oceánu, lámou jeho ledovou kůru a pohánějí výtrysky par, plynů a ledových částeček, které prýští do kosmu a vytvářejí jeden z prstenců Saturnu (Prstenec E). Kde se bere na tak malém tělese tolik energie? Od Slunce jistě ne, to ohřívá běloskvoucí Enceladův povrch stěží na teplotu kapalného dusíku. V podezření je slapový ohřev, radioaktivita a chemické reakce, žádné vysvětlení se však dosud nezdá uspokojivým.



Enceladus vychází vědcům vstříc mnohem výrazněji, než jakékoli jiné těleso. K podrobné analýze povrchu potřebujeme obyčejně drahé přistávací moduly, a hlubiny planet a měsíců se současnou technologií zkoumat nedokážeme vůbec. Sonda Cassini, naše úžasné „oko“ v Saturnově soustavě, měla původně v popisu práce Enceladus pozorovat z dálky – nicméně prachové částice a plyny uvolňované ledovými gejzíry překvapivě čilého měsíčku jí „přišly naproti“ a umožnily přímo „ochutnat“ materiál pocházející z hlubin tělesa. A že to stálo za to! Třebaže interpretace dat nebyla a není přímočará, ukázalo se, že plyny se nejspíše uvolňují přímo z kapalné vody, a ledové částečky jsou z části zkondenzovanou párou, zčásti zmrzlými kapénkami mírně slané mořské vody! To znamená, že zde lidstvo poprvé, ač zcela neplánovaně, studuje vzorky mimozemského oceánu. Oceánu, jehož kyselost, slanost a teplota nejsou vzdáleny pozemským mořím, a kde navíc existují přinejmenším jednoduché organické látky (např. metan a etan).

Enceladus je velmi malé kosmické těleso, v průměru má jen zhruba 500 km. (c) Tomáš Petrásek
Enceladus je velmi malé kosmické těleso, v průměru má jen zhruba 500 km. (c) Tomáš Petrásek


Nyní Enceladus nabídl další překvapivý kousek ze své „kuchyně“ – a tentokrát pěkně ode dna. Hsiang-Wen Hsu a jeho kolegové se v aktuálním článku v časopise Nature zaměřili na drobné křemíkaté částečky (stream particles), zaznamenané sondou Cassini v Saturnově soustavě. Jde o částice tvořené nejpravděpodobněji oxidem křemičitým, o velikosti 2-8 nm, které se uvolňují v prstenci E, odkud se rozptylují a dokonce opouštějí Saturnův systém úplně (takto malá tělíska jsou silně ovlivňována elektromagnetismem a tlakem světla, proto nezůstávají na stabilních orbitách). Usuzuje se, že tyto nanočástice byly původně zamrzlé ve větších ledových zrníčkách vysoptěných Enceladem do prstence E (která mívají spíše mikrometrové rozměry), z nichž se postupně uvolnily vlivem kosmického záření. Početný mezinárodní kolektiv si položil otázku, kde se takové částečky v enceladovském gejzíru vlastně vzaly, a proč jsou jejich rozměry relativně uniformní. Preferovanou hypotézou je, že částice vznikly ve chvíli, kdy se poměrně horký (>90°C) zásaditý roztok, obohacený rozpuštěným oxidem křemičitým, dostal do kontaktu s výrazně chladnější a/nebo kyselejší vodou. Právě tak totiž může dojít k vysrážení nanočástic oxidu křemičitého v podobných velikostech. Zajímavé také je, že proces vyžaduje nepříliš slanou vodu (<4%), což ovšem podmínkám v oceáně docela dobře odpovídá.



Tato zjištění jsou zajímavá v mnoha směrech. Chemické a fyzikální podmínky nutné pro vznik nalezených částeček odpovídají hydrotermálním systémům – místům, kde mořská voda proniká horkou skálou, ohřívá se a obohacuje koktejlem chemických látek, aby se opět vrátila do oceánu. Skutečnost, že částice pronikají takto hojně až k povrchu svědčí podle autorů spíše pro aktuálně probíhající proces než stopy již vyhaslé aktivity. To ale znamená, že skalnaté jádro Enceladu – navzdory vytrvalému chlazení proudící vodou – je stále horké! Zda se toto teplo získává slapovým ohřevem, nebo serpentinizací (chemickou reakcí mezi vodou a horninami) ponechme zatím stranou, možná se zapojují oba procesy. Každopádně to ukazuje, že aktivita Enceladu není záležitostí toliko povrchových vrstev ledovce a oceánu, ale také „poctivé“ skály na dně.



Jak moc horko tam dole je, to se odhadnout nedá. Hydrotermy jsou ale obecně zajímavé proto, že vytvářejí chemickou nerovnováhu. V horku vznikají energeticky bohaté sloučeniny (např. vodík nebo sirovodík), které mohou být po uvolnění do oceánu využity jako potenciální zdroj energie pro živé organismy. To je nesmírně důležitá věc – v mimozemském podledovém oceánu je totiž dostupná chemická energie nezbytnou podmínkou pro vznik a existenci živých organismů. Sluneční paprsky totiž zhruba dvacet kilometrů silnou krustou Enceladu proniknout nemohou. Bez hydroterm by byl případný domorodý život odkázaný na zdroje mnohem méně bohaté (např. molekuly vody rozštěpené na vodík a kyslík náhodným rozpadem radioizotopů) nebo spíše spekulativní (kyslík vznikající radiolýzou ledu na povrchu měsíce a pronikající při geologických pohybech do vody). Také samotné teplo se v ledových vodách vždycky hodí. To vše dobře ilustrují oázy života, které obklopují podobné vývěry na dnech pozemských oceánů (tzv. černé a bílé kuřáky). Navíc podmořská vřídla jsou jedním z nejpravděpodobnějších míst, kde mohlo v šerém dávnověku Země dojít ke vzniku živé hmoty... došlo k tomu tedy i na Enceladu?

Enceladus. Vpravo dole trhliny Tygřích pruhů, nahoře hluboký kaňon Labtayt. NASA/JPL/SSI
Enceladus. Vpravo dole trhliny Tygřích pruhů, nahoře hluboký kaňon Labtayt. NASA/JPL/SSI


Další aktuální zprávu přinesli Alexis Bouquet a kol. v časopise Geophysical Research Letters. Všimli si totiž paradoxní situace – v gejzírech uniká z Enceladu množství metanu, nicméně v chladném oceánu pod 20 km silným ledovcem by měl být tento plyn snadno vázán do podoby klatrátu (ledu podobný materiál tvořený molekulami vody s uvězněným metanem stabilní za nízkých teplot a vysokých tlaků, typický i pro dna pozemských oceánů). Vysvětlení? Buď je metan produkován tak rychle, že jej proces vzniku klatrátu nedokáže vychytat, anebo jsou již vzniklé klatráty vynášeny do malých hloubek, kde se snížením tlaku destabilizují a metan uvolní. Obě varianty jsou vzrušující, ta první nicméně sedí k představě horkovodních vývěrů, o nichž uvažují Hsu a jeho kolegové, protože hydrotermální systémy, zejména provází-li je serpentinizační reakce, představují také zdroj metanu (a případně i jiných organických látek).



Jistě nemůžeme předkládaná tvrzní brát za jasný důkaz hydrotermální aktivity na dně Enceladova moře - konec konců, jde sice o dobře odůvodněnou, ale stále jen hypotézu zformulovanou na základě spršky mikroskopických částic nasbíraných v kosmickém prostoru a analýzy unikajících plynů. Ovšem znovu se potvrzuje, že Enceladus je nejlogičtějším místem pro další pátrání po životě mimo Zemi. Je tam totiž všechno, co život potřebuje (kapalná voda, biogenní prvky, organické látky, zdroje energie) a je to snadno dostupné našemu bádání. Na Marsu jistě existuje také kapalná voda – ale jen někde a někdy. Strefit se na taková místa přistávacím modulem nebo dokonce navrtat podzemní akvifer, to je jiná liga, než jakou zatím naše kosmonautika kope. Na Europě je víc kapalné vody než na Zemi – ovšem chrání ji kilometrové ledovce a radiace Jupiterovy magnetosféry, ničící stejně snadno sondy jako stopy života vynesené na povrch. Dostat se k čemukoli zajímavému tu bude obtížné a drahé – a nemáme vůbec jistotu, nakolik je místní oceán vhodným útočištěm pro případné organismy (může být příliš slaný nebo kyselý, příliš chladný... to prostě nevíme). Na Enceladu je ale situace jiná – víme, že životu by se tam dařilo, a vzorky naděluje sama příroda, stačí tam přistát či jen proletět kolem a vzít si. Je možné, že zatímco utrácíme miliardy dolarů na mise hledající stopy dávné vody na Marsu a lámeme si hlavu nad tím, jak alespoň škrábnout ledový pancíř Europy, na jižním pólu Enceladu vytrvale, klidně a tiše sněží ledové částečky plné zmrzlých mikrobů...



Poznámka redakce: Autor provozuje stránky Vzdálené světy


Zdroje

Spacecraft Data Suggest Saturn Moon"s Ocean May Harbor Hydrothermal Activity (NASA/JPL, 2015) http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4507
Hsiang-Wen Hsu, Frank Postberg, Yasuhito Sekine, Takazo Shibuya, Sascha Kempf, Miha´ly Hora´nyi, Antal Juha´sz,Nicolas Altobelli, Katsuhiko Suzuki, Yuka Masaki, Tatsu Kuwatani, Shogo Tachibana, Sin-iti Sirono, Georg Moragas-Klostermeyer, Ralf Srama. Ongoing hydrothermal activities within Enceladus. Nature, 2015
Bouquet, A., Mousis, O., Waite, J. H., & Picaud, S. (2015). Possible evidence for a methane source in Enceladus" Ocean. Geophysical Research Letters.

Autor: Tomáš Petrásek
Datum: 13.03.2015 20:23
Tisk článku

Poker Svět kolem nás -
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 79 Kč
cena: 70 Kč
Poker Svět kolem nás


Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni